基于微电网的微电源控制策略研究及控制系统设计

摘要

由于传统大电网的输配电方式存在着许多的不足,这也就促使了分布式发电技术的发展。但现有的运行模式早已不能满足更多的应用要求。所以在分布式发电技术的基础上,将微型电源与负载融为一个“整体”,这个“整体”就是一个既可并网运行也可孤岛运行的微型电网。无论这个微型电网处于何种状态,都需要保证其电能质量的稳定。而这一目的可以通过对各个微型电源进行适当的调节加以实现。大多数的微电源都是经过逆变器后再接入微电网系统的,所以即可将控制对象转变成逆变器。
　　v/f控制就是运用在逆变器上的一种恒压恒频控制,v/f控制中运用了类似传统发电机那样的下垂特性来实现微电源之间的无线并联控制。文章利用P-f、Q-U下垂特性对v/f控制系统进行设计,整个控制系统包含PQ测量与计算、P-f、Q-U下垂控制、电压电流双闭环控制。在双闭环设计中,文章选用滤波电容电流作为电流内环的控制变量,电流内环则可及时的抑制由负载变化所产生的负载电流扰动。文章所设计的v/f控制系统可根据下垂系数的设置,保证频率、幅值小范围变化的同时将微电网中的功率合理的分配给每一个微电源承担,避免了部分微电源过多的承担负载。
　　PQ控制是恒功率控制,适合于微电网的并网运行。文章所设计的PQ控制系统通过控制逆变器输出的有功电流及无功电流来达到控制输出功率的目的。该控制系统可以使微电源根据设定的参考值输出恒定的有功率和无功功率。
　　文章以两相同步旋转坐标系(d,q)中三相逆变器的数学模型为基础并结合一定的解耦手段,对v/f和PQ控制系统进行设计。采用化典型的方法将设计过程简化。针对v/f控制系统,结合其逆变器等效输出阻抗,对控制系统的参数进行了一定的优化。
　　本文在Matlab/Simulink环境下,选择相应的控制系统进行微电源的独立、组网运行仿真,以验证所设计的控制系统是否有效。实验结果表明文章所设计的v/f控制系统能够稳住负载的电压和频率,并在微电源并联的情况下实现了功率的合理分配。PQ控制系统在参考值不变的情况下输出功率依然不变,并不会受到系统功率变化的影响,变化的功率全由低压配电网承担。
　　文章还通过现在有资源,建立了一个简易的分布式发电系统。并结合系统在本地的运行情况,探究分布式发电的经济性与环保性。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 课题研究的意义

1.3 国内外研究与应用现状

1.4 论文主要内容

第二章 微电网中的电源系统

2.1 微电网的基本结构

2.2 电源系统中的微型电源

2.3 电源系统中的能量储能

2.4 本章小结

第三章 基于微电网的微电源控制策略

3.1 带逆变器接口的微电源

3.2 微电源的控制方法

3.3 三相电压型逆变器拓扑结构及其数学模型构建

3.4 本章小结

第四章 v/f、PQ控制系统设计

4.1 v/f控制系统设计

4.2 PQ控制系统设计

4.3 本章小结

第五章 系统仿真及自建系统

5.1 基于MATLAB/Simulink的微电网仿真模型

5.2 仿真实验及分析

5.3 自行建立的分布式系统

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结 论

6.2 展 望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果