分布式新能源直流供电系统电能质量问题检测与治理研究

摘要

在全球能源供给的结构变化和环境污染影响越来越大的形势下，可再生能源的利用越来越受到重视，包含光伏、风电在内的分布式发电（Distributed Generation,DG）并网技术得到快速发展；直流供电系统具有接入方便、控制简单、转换效率高、中间转换环节少等优点，也正在逐渐被重视起来。二者结合的分布式直流供电系统不但解决了传统供电方式很难达到冗余供电和不间断供电的问题，而且系统模块化程度更高，易于扩展，更加可靠。但分布式直流供电系统自身容量较小，且分布式电源又易受外界环境影响，使得分布式直流供电系统容易因其运行状态的改变而导致电能质量的下降，而电能质量的下降将导致系统不能稳定运行。为了保证分布式直流供电系统能对负荷进行正常有效的供电，确保系统拥有良好的电能质量是其根本所在。 本文在分析分布式直流供电系统电能质量问题的研究上主要针对其电能质量问题的检测和治理这两方面。通过对比分析不同的电能质量检测方法，最后采用小波变换的方法对系统的电能质量问题来源进行检测；通过分析分布式直流供电系统的功率关系及控制方法，提出基于直流母线电压的分层控制策略。最后搭建了仿真模型，经过对仿真结果的分析，验证了所提出方案的可行性，为其更深入的研究奠定了基础。具体研究内容如下： 首先构建了由光伏发电单元、蓄电池和超级电容器组成的混合储能装置、直流负荷组成的分布式直流供电系统，即直流微电网系统。并对各组成单元的特性及其接口控制进行了分析，包含光伏发电单元、混合储能装置超级电容器与蓄电池以及并网变流器的数学模型及其控制方法。 然后对分布式直流供电系统中存在的电能质量问题的形成原因进行了分析，主要包括来自光伏发电单元输出功率的突变、大型负荷的投切、系统进行并离网运行切换的影响。并采用小波变换的方法对出现的电能质量问题进行检测，根据小波变换良好的时频自适应特性及模极大值原理来确定直流母线电压对应时刻的污染源。 接着采用锂电池和超级电容器组合的混合储能方式，并利用双向DC/DC的拓扑接口连接储能装置与系统母线，使两者能进行有功功率的交互，综合分析整个系统存在多种的工作模式，提出基于直流母线电压对系统运行进行分层的协调控制策略。根据母线电压的范围，对分布式直流供电系统采取相应的控制方法，保证系统运行模式改变时仍能保持稳定运行。 最后通过Matlab/Simulink平台搭建了包含光发电模块、储能模块、电阻负荷模块的仿真模型，并模拟微电源端和负载端给系统带来的电能质量问题，对基于小波变换的电能质量检测方法及基于直流母线电压的分层控制策略进行了验证。实验结果验证了本文所提出方案的有效性。

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