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微电网的建模与控制策略研究

刘旭峰  
【摘要】:能源是我们人类生存发展所必不可少的物质资源,随着人类社会发展,人均能源消耗越来越高,能源危机也促使人们加大力量研究并利用可再生能源,提高能源利用率。电能是最方便传输和利用的能源,光伏发电、风力发电等形式的新能源发电是当今世界普遍采用并日益受到重视的能源利用方式。微电网可以整合用电区域多种可再生能源,并和大电网双向输电,极大提升了再生能源利用率和供电给用户的可靠性。由于微电网系统本身含有多种电力电子器件,惯性小,光伏和风力发电等微电源又具有间歇发电等自然特点,如何保证微电网系统的稳定运行,如何提升可再生能源的利用效率,是当今对微电网的研究热点所在,也是微电网发展并推广应用的关键技术所在。 本文围绕微电网中的微源建模以及各个源之间的协调控制等问题,展开了深入研究,其主要研究内容和成果如下: (一)针对微电网系统中常见的微源特性进行研究分析,并建立其数学模型,在PSCAD/EMTDC软件中设计其模型并仿真分析。本文研究分析的微电源几乎涵盖了目前微电网系统中最常见的发电单元,分别有光伏发电单元、风力发电单元、微型燃气轮机发电单元、储能蓄电池和超级电容等,逐一对其展开了数学建模、软件模型设计和仿真验证分析,为后续搭建一个微电网系统并研究其系统稳定性和协调控制建立正确单元模块,做好基础铺垫工作; (二)针对微电网主从控制结构,分析了目前典型的V-f控制模式和P-Q控制模式,并提出一种改进的V-f控制和P-Q控制结构,仿真分析并验证了其控制方式的有效性; (三)为提升可再生能源的利用率,在微电网系统中保持光伏单元运行在最大功率点,考虑到储能蓄电池的SOC特性,设计了蓄电池控制方案和整个系统的协调控制方案,建立了仿真模型并分析验证了其正确性和有效性,提升了光伏等可再生能源的利用率,同时保障了微电网系统在孤岛模式下运行的稳定性; (四)针对微型燃气轮机的输出惯性相对光伏逆变器大的问题,设计了超级电容补偿在控制模式切换点瞬间的功率波动,解决了微电网在主从控制结构下主控单元的平滑切换问题,通过PSCAD/EMTDC软件仿真分析,验证了其正确性和有效性。


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