微电网实验室建模及不同工况下的运行控制研究

摘要

随着微电网概念的兴起，微电网的建模及控制日益成为学术界研究的热点。本文总结了微电网建模控制领域的研究现状，在仿真软件中对某实验室微电网进行了详细建模，分析了微电网并网和离网运行时的控制策略:主从控制和对等控制。对微电网运行的四种模式:离网、并网、并离网切换和离并网切换进行了细致的建模仿真。
　　鉴于微电源及储能设备是构成微电网的要素，对其建模采用了逼近实际物理装置的机理模型，在建模过程中对仿真速度和模型精确度采取了适当的折中处理，模型能接近实际物理设备，同时不影响仿真速度。针对微电源，建立光伏、燃料电池、燃气轮机和风电为主的四种常见类型的出力源;针对能量型和功率型储能单元，根据实际参数搭建了电池（铅酸蓄电池和锂电池）模型及超级电容器模型。
　　微电网的控制是微电网研究中的热点。本文将微电网的控制分为两层控制微源级控制和微网级控制。针对微电网运行中实际存在的四种工况:并网、离网及离并网切换和并离网切换进行了仿真研究。依据离网状态下的主从控制思想，借助锂电池实现了一般文献中较少涉及的多主控制。采用超级电容器配合微电源，实现并网转离网的无缝切换。针对离网转并网的切换，提出了增加控制器输出状态跟随机制的控制策略，实现了该种模式下的无缝切换。仿真结果验证了上述控制算法的有效性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外微电网实验示范工程

1．2．1 美国

1．2．2 欧洲

1．2．3 国内

1．3 微电网实验系统的建模控制

1．3．1 微电网实验系统建模

1．3．2 微电网实验系统控制

1．4 国家能源微电网实验室简介

1．4．1 系统功能和架构

1．4．2 主要系统组成

1．5 论文的主要研究工作

第二章 实验室微电源建模仿真

2．1 光伏发电

2．1．1 光伏电池原理

2．1．2 光伏发电系统

2．1．3 建模与仿真分析

2．2 燃料电池发电

2．2．1 燃料电池原理

2．2．2 燃料电池分类

2．2．3 建模与仿真分析

2．3 微型燃气轮机发电

2．3．1 微燃机发电系统

2．3．2 微燃机的控制

2．3．3 建模与仿真分析

2．4 风力发电

2．4．1 风力发电系统

2．4．2 建模与仿真分析

2．5 小结

第三章 实验室储能单元建模仿真

3．1 储能电池

3．1．1 蓄电池充放电特性及参数

3．1．2 锂电池简介

3．1．3 数学模型及等效电路

3．1．4 建模仿真

3．2 超级电容

3．2．1 原理简介

3．2．2 建模仿真

3．3 小结

第四章 实验室微电网控制策略选取

4．1 运行工况及控制目标

4．1．1 微电网的控制目标

4．1．2 两层控制架构

4．2 微源级控制

4．2．1 PQ控制

4．2．2 V／f控制

4．2．3 下垂控制

4．3 微网级控制

4．3．1 主从控制(Master-Slave)

4．3．2 对等控制(Peer to Peer)

4．4 小结

第五章 实验室微电网不同工况仿真

5．1 系统简述

5．2 并网模式

5．2．1 并网控制方式一

5．2．2 并网控制方式二

5．3 离网模式

5．3．1 单主控制

5．3．2 多主控制

5．4 切换模式

5．4．1 传统切换控制

5．4．2 改进切换控制

5．5 小结

第六章 结论

6．1 主要结论

6．2 进一步研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间已发表论文