孤岛式微电网中央稳定控制器研究与设计

摘要

随着近年来社会环境污染问题与能源短缺的日益突出，利用分布式发电技术的微电网愈发的受到青睐与重视。并且对于微型海岛或边远山区等大电网无法覆盖的区域，孤岛式微电网也是其居民生产生活用电的最佳解决方案。本文设计了一种孤岛式微电网中央稳定控制器，并介绍了一套基于风光柴储的协调控制策略解决方案，可以有效的适用于孤岛式微电网的控制系统。本文首先对相关的分布式发电技术与微电网技术结构进行了研究，并介绍了本文的微电网架构。在此基础之上介绍了一种孤岛式微电网协调控制策略。该策略之中包含一种网内分布式发电设备与负载的快速评估方法、一种基于动态切机减载的频率控制策略，一种基于模糊PID的电压控制策略，和一种基于频率与电压稳定时的蓄电池优化控制策略。其中基于动态切机减载法的频率控制策略考虑到部分的经济性能，将柴油发电机作为恒功率非经济性分布式电源在该控制策略的各种子策略之中进行了逐一的探讨。基于模糊PID的电压控制策略对传统的PID改进为一种查表法的模糊PID无功控制，提升了系统稳定性能。蓄电池优化控制策略中，介绍了充电控制，放电控制与能量平衡控制三种子策略，使得蓄电池在固定充放电寿命之下，具有更优的经济性能。该策略可以良好的控制孤岛式微电网内部的电压稳定与频率稳定，并优化其内部的能量平衡。本文还介绍了详尽的孤岛式微电网中央稳定控制器的硬件设计与软件设计，以及其配套的负载测量保护单元的硬件设计与软件设计。该孤岛式中央稳定控制器充分的考虑到了海岛等地区的实际使用环境，当前电力电子设备通信接口等，保留了功能丰富的接口，用以控制孤岛式微电网内部设备。文章的最后，介绍了一套基于威海小石岛为代表的渔业生产生活海岛与居民生产生活用电的孤岛式微电网方案。并基于该方案按比例搭建了孤岛式微电网实验模型，在该模型上对本文介绍的协同控制策略与孤岛式微电网中央稳定控制器进行验证，对电能质量的控制均符合国标GB/T12325和GB/T15945的规定，属于理想效果范围。本文对孤岛式微电网的实际推广具有积极意义。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 微电网技术研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 论文主要工作与组织结构

第2章 孤岛式微电网相关控制技术研究

2．1 分布式发电机与储能的工作原理

2．1．1 光伏电源的工作原理

2．1．2 风力发电机工作原理

2．1．3 柴油发电机工作原理

2．1．4 储能技术研究

2．2 分布式发电机的控制方法

2．2．1 恒功率控制原理

2．2．2 恒压恒频控制原理

2．2．3 下垂控制原理

2．3 微电网架构研究

2．3．1 直流微电网架构

2．3．2 交流微电网架构

2．3．3 交直流混合微电网架构

2．4 微电网控制模式研究

2．4．1 主从控制模式

2．4．2 对等控制模式

2．4．3 分层控制模式

2．5 孤岛式微电网方案设计

第3章 孤岛式微电网协调控制策略设计

3．1 一种基于快速采样模糊评估方法

3．1．1 光伏电源的快速评估方法

3．1．2 风力发电机的快速评估方法

3．1．3 柴油发电机的快速评估方法

3．1．4 负载状态快速评估

3．2 频率控制策略

3．2．1 A区的频率控制策略

3．2．2 BH区频率控制策略

3．2．3 BL区频率控制策略

3．2．4 CH区频率控制策略

3．2．5 CL区频率控制策略

3．3 电压控制策略

3．3．1 A区与B区的电压控制策略

3．3．2 CH区电压控制策略

3．3．3 CL区电压控制策略

3．4 一种蓄电池最佳经济状态控制策略

3．4．1 蓄电池充电控制策略

3．4．2 蓄电池放电控制策略

3．4．3 蓄电池平衡控制策略

第4章 孤岛式微电网中央稳定控制器的设计

4．1 孤岛式微电网中央稳定控制器的功能需求设计

4．2 孤岛式微电网中央稳定控制器的硬件设计

4．2．1 ARM模块设计

4．2．2 电源模块设计

4．2．3 485通信模块设计

4．2．4 SD存储卡模块设计

4．2．5 以太网接口设计

4．2．6 多功能复用接口设计

4．2．7 DSP接口／备份机接口设计

4．2．8 DSP模块设计

4．2．9 实时参数监控显示模块设计

4．2．1 0 多功能调试232接口设计

4．3 孤岛式微电网中央稳定控制器的软件设计

4．3．1 ARM工作流程

4．3．2 DSP工作流程

4．4 孤岛式微电网中央稳定控制器配套显示器UI设计

4．4．1 UI界面设计

4．5 孤岛式微电网保护测量装置硬件设计

4．6 孤岛式微电网保护测量装置软件设计

第5章 孤岛式微电网模型的搭建与系统测试

5．1 孤岛式微电网容量调研与配置

5．2 孤岛式微电网模型的实物搭建

5．2．1 光伏电源模型搭建

5．2．2 风力发电机模型搭建

5．2．3 柴油发电机模型搭建

5．2．4 储能模型搭建

5．2．5 无功补偿装置模型搭建

5．2．6 母线模型搭建

5．3 孤岛式微电网运行测测试

5．3．1 孤岛式微电网启动测试

5．3．2 孤岛式微电网稳定运行试验

5．3．3 孤岛式微电网能量平衡试验

5．3．4 孤岛式微电网24小时测试试验

第6章 总结

参考文献

致谢

攻读学位期间发表学术论文和参加科研情况