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直流微网系统的动态建模及其关键问题的研究

徐靖雨  
【摘要】:随着生活环境的不断恶化和化石能源的日益枯竭,传统大电网已不能满足当今社会对电力的需求。在这种情况下,清洁的可再生能源越来越受到人们的重视,利用可再生能源进行分布式发电的技术也逐渐得到广泛应用,但大量的分布式电源直接并网运行会对电网造成不利影响。为了克服这一弊端,通常将各种分布式发电装置有机结合组成微电网,并入大电网。虽然对微电网的研究一直以交流微电网为主,但是随着直流负载和直流分布式电源的大量使用,直流微电网展现出强大的优势,成为了国内外学者研究的焦点。因此,本文以直流微电网为研究对象,着重研究其建模、能量管理以及孤岛检测等问题。首先,本文介绍了所研究的直流微电网的拓扑结构,详细分析了直流微电网中光伏发电系统、风力发电系统、蓄电池储能系统以及并网系统的工作特性和数学模型。在此基础上,确定了各个模块的运行模式,并在PSIM环境下建立了直流微电网动态仿真平台,便于对直流微电网进行系统性仿真研究,协调控制各单元工作以实现直流微电网的能量管理,确保直流微网系统可靠运行。其次,本文对孤岛的定义以及危害进行了概括,选择了几种典型的孤岛检测方法进行研究,分析比较了各自的优缺点。在相位扰动孤岛检测方法基础上加以改进,提出了一种可消除逆变器并联稀释效应的相位扰动孤岛检测新方法,并对其进行了仿真,证明了该孤岛检测方法的有效性。最后,结合电价的分时收费原则,在满足直流微电网中负荷需求的前提下,以蓄电池在24h内的充放电功率为优化变量,考虑多种约束条件,以系统向大电网售电获得收益最高为目标建立优化配置模型。在MATLAB环境下编程求解,基于遗传算法得到储能单元的最优调度策略。通过优化蓄电池在不同时段的充放电功率,使得系统在向大电网售电的同时获得最高收益。


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