交直流混合微电网的运行及控制策略研究

摘要

世界正在掀起一场以清洁能源为特征的新一轮能源变革，微电网是解决大规模可再生能源接入问题的重要途径。随着分布式微电源及负荷形式的多样化，兼顾交流微电网和直流微电网优点的交直流混合微电网将成为一种新的供电网络形式，如何对不同运行模式下交直流混合微电网的功率控制，以及对电压频率的稳定性控制是交直流混合微电网发展的关键。因此，本文以交直流混合微电网为研究对象，主要对其做了以下几个方面的研究： 1）总结了三种交直流混合微电网的典型拓扑结构，论述了每一种结构的优缺点和适用性；对混合微电网中的常用微电源进行建模，并研究其工作原理及输出特性；对交直流混合微电网互联变流器的基本结构与工作原理进行了分析，建立了电压源型互联变流器dq坐标系下的数学模型，设计了互联变流器直流侧滤波电容以及交流侧LCL滤波电路参数，提高了互联变流器接口的稳定性及滤波效果。 2）对交直流混合微电网在并网运行模式和孤岛运行模式下的功率平衡关系进行了分析。本文着重研究了混合微电网中储能单元的控制策略，针对传统单一蓄电池在功率突变时响应速度难以满足要求，研究了一种混合储能系统并设计了系统的并网控制策略，混合储能采用基于P-U下垂特性的控制策略自动调节储能系统的输出功率，同时超级电容器可以迅速响应负荷功率变化的高频分量，减小了功率突变时对蓄电池和母线电压造成的冲击，通过仿真验证了在分布式电源功率波动时控制策略可以有效稳定母线电压。 3）针对传统下垂控制受线路阻抗的影响，混合微电网孤岛运行时负载功率在各个微电源及子网间的分配会出现一定的偏离现象。本文建立了一种对等控制模式下的混合微电网改进下垂功率控制策略，通过建立电压、频率及交换功率之间的数学关系，提出基于公共母线电压的单位化混合下垂控制系统来改善微电网的功率分配问题，通过检测直流子网公共母线电压和交流侧频率对互联变流器传输的功率进行动态调节，并对各微电源的传统下垂控制策略进行了修正，所建立的方法适用于微电源和负载间的不同线路阻抗。此外，为了提高交流子网的母线电压质量，所提出的方法还可以控制互联变流器对交流子网进行无功补偿。最后在MATLAB/Simulink中搭建了混合微电网的模型，对采用传统下垂控制和改进控制策略的混合微电网进行了比较分析，仿真结果表明混合微电网在并网模式下可稳定运行以及在孤岛模式下负载功率在各单元间的准确分配，改善了电能质量，验证了系统协调控制的有效性。

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附表索引

第1章 绪论

1.1课题背景及意义

1.2微电网系统架构

1.2.1交流微电网

1.2.2直流微电网

1.2.3交直流混合微电网

1.3国内外发展现状与趋势

1.3.1交直流混合微电网发展现状

1.3.2交直流混合微电网控制策略研究现状

1.4本文主要研究内容

第2章 微电源及微电网控制策略研究

2.1微电源的控制策略

2.1.1恒功率控制

2.1.2恒压恒频控制

2.1.3下垂控制

2.2微电网的控制模式

2.2.1主从控制

2.2.2对等控制

2.2.3分层控制

2.3 本章小结

第3章 交直流混合微电网的拓扑结构及建模

3.1交直流混合微电网的拓扑结构

3.2交直流混合微电网的微电源建模

3.2.1光伏发电单元模型

3.2.2风力发电单元模型

3.2.3微型燃气轮机模型

3.2.4储能系统单元模型

3.3交直流混合微电网互联变流器的建模及参数设计

3.3.1互联变流器的数学模型

3.3.2互联变流器接口参数设计

3.4 本章小结

第4章 交直流混合微电网的运行及储能策略

4.1交直流混合微电网的运行方式

4.1.1并网模式运行分析

4.1.2孤岛模式运行分析

4.2直流子网混合储能系统结构及控制策略

4.2.1混合储能系统拓扑结构

4.2.2混合储能系统控制策略

4.2.3混合储能系统仿真

4.3本章小结

第5章 交直流混合微电网的控制策略

5.1交/直流微电网的传统控制策略

5.1.1交流微电网传统下垂控制策略

5.1.2直流微电网传统下垂控制策略

5.2传统下垂特性误差分析

5.3双向AC/DC互联变流器运行控制策略研究

5.3.1双向AC/DC互联变流器的运行模式

5.3.2双向AC/DC互联变流器控制系统设计

5.3.3公共母线电压的确定

5.3.4微电源的修正下垂特性

5.4混合微电网协调控制仿真与结果分析

5.4.1并网运行仿真及分析

5.4.2孤岛运行仿真及分析

5.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

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