孤岛式交流微电网控制技术研究

摘要

近年来，可再生能源的兴起拉开了新一轮能源革命的序幕，分布式发电技术为可再生能源并网提供了突破口。为高效利用可再生能源，应对分布式发电带来的挑战，微电网技术应运而生。微电网拥有的投资小、清洁环保和发电形式灵活等优点是海岛等传统电网未覆盖地区供电用电的理想选择。为满足边远地区日益增长的用电需求，开展微电网相关研究势在必行。
　　本文在研究孤岛微电网相关概念、拓扑结构、控制技术等的基础上，设计了基于风光储分布式发电系统的孤岛交流微电网方案，并搭建实物模型验证方案的有效性。本文研究内容主要包括:
　　首先，本文以实验室现有分布式发电设备为基础，就分布式能源发电原理与输出特性进行研究;然后分析微电源控制方法与孤岛微电网典型架构;最后结合实际需求，完成孤岛式交流微电网方案设计。
　　其次，本文依据分层控制的微电网协调控制思想，结合孤岛交流微电网方案，提出孤岛交流微电网功率平衡控制策略。策略以能量管理后台的预测、发电计划为基准，结合实时数据，针对微电网运行的各类工况采取措施，保障微电网系统安全、稳定运行。
　　再次，本文设计基于STM32F207的孤岛微电网中央控制器。硬件方面，对CPU模块、电源电路、电力参数采集模块、数据通信传输模块、控制执行模块等进行设计;软件方面，编程中央控制器程序，实现中央控制器主程序、电力参数采集模块、数据通信传输模块与控制执行模块的程序;调试中央控制器，保证中央控制器可靠运行。
　　最后，本文对孤岛交流微电网模型进行搭建与实验。搭建过程根据设计方案，合理选择微电网系统组件完成搭建。实验包括孤岛式交流微电网模型实物稳定运行实验、中央控制器与能量管理后台交互实验与孤岛交流微电网功率平衡控制策略验证实验。实验表明，孤岛交流微电网模型运行稳定，中央控制器与能量管理后台联调正常，功率平衡控制策略可靠有效。本文对微电网实用化具有积极意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 微电网技术研究现状

1．2．1 国外微电网研究现状

1．2．2 国内微电网研究现状

1．3 孤岛式微电网概述

1．4 本文研究内容

第2章 孤岛交流微电网方案设计

2．1 微电源原理研究

2．1．1 光伏发电研究

2．1．2 风力发电研究

2．1．3 储能技术研究

2．2 微电源控制方法研究

2．2．1 恒功率(P／Q)控制原理

2．2．2 恒压恒频(V／f)控制原理

2．2．3 下垂(Droop)控制原理

2．2．4 微电源控制方法分析、对比

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 微电网架构分析、对比

2．4 孤岛微电网方案设计

2．5 本章小结

第3章 孤岛交流微电网协调控制方法设计

3．1 微电网协调控制方法研究

3．1．1 主从控制

3．1．2 对等控制

3．1．3 分层控制

3．1．4 协调控制方法分析、对比

3．2 基于分层控制的孤岛微电网协调控制方法设计

3．2．1 协调控制结构设计

3．2．2 能量管理后台功能设计

3．2．3 中央控制器控制功能设计

3．2．4 就地控制层控制功能设计

3．2．5 能量管理后台通信协议设计

3．3 孤岛交流微电网功率平衡控制策略

3．3．1 孤岛交流微电网功率平衡控制策略目标

3．3．2 孤岛交流微电网功率平衡控制策略约束条件

3．3．3 正常运行策略

3．3．4 紧急处理策略

3．4 本章小结

第4章 集中控制层中央控制器设计

4．1 中央控制器整体框架设计

4．2 中央控制器硬件电路设计

4．2．1 CPU模块电路设计

4．2．2 电源模块设计

4．2．3 电力参数采集模块

4．2．4 数据通信传输模块

4．2．5 控制执行模块

4．3 中央控制器软件设计

4．3．1 中央控制器主流程

4．3．2 电力参数采集模块

4．3．3 数据通信传输模块

4．3．4 控制执行模块

4．4 中央控制器实现与调试

4．4．1 中央控制器PCB设计与焊接

4．4．2 中央控制器调试

4．5 本章小结

第5章 孤岛交流微电网模型实物搭建与实验

5．1 孤岛交流微电网模型实物搭建

5．2 孤岛交流微电网模型测试实验

5．2．1 孤岛交流微电网模型实物稳定运行实验

5．2．2 中央控制器与能量管理后台交互实验

5．2．3 孤岛交流微电网功率平衡控制策略验证实验

5．3 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况