含分布式电源和储能装置的微电网控制技术研究

摘要

常规能源短缺、环境污染和电力负荷增长给新能源分布式发电带来了发展机遇。微电网是一种将不同的分布式电源及储能装置连接起来，靠近用户、独立/并网双模式运行的小型电力系统，能够减小分布式发电对电网的影响，降低输电损耗，根据用户需要可靠供电。因此，微电网的控制成为近几年来研究的热点。分布式电源种类多样，对其特性分析是微电网组网和控制策略选择的前提。本文对光伏、风电等分布式发电系统以及储能装置的特性进行阐述，并对不同分布式电源与微电网连接的接口形式进行研究。
　　 在交流微电网中，接口逆变器控制对微电网的性能有重要的影响。本文建立了基于dq同步坐标系下的逆变器数学模型，给出了逆变器输出滤波器的设计方法，研究了PQ控制、下垂控制的原理，并采用典型系统工程设计法对相应的控制器进行参数设计。研究了基于正序分量分离的三相软件锁相环，仿真验证了其在被测电压三相不平衡情况下的优良性能。
　　 本文研究了微电网独立运行模式下分布式电源并联组网的负荷分配问题，阐述了有功功率分配不受线路参数影响可以精确分配的原理。分析了系统稳定的相角条件，给出分布式电源平滑并联投切的预同步技术。针对传统V-Q下垂控制的无功功率分配误差，分析了无功功率分配的影响因素，在此基础上对传统下垂控制V-Q曲线斜率进行修正，给出限制负荷端电压最小值的V-Q下垂曲线修正方法，从而实现无功功率准确分配并防止负荷点电压超出电压最小值下限。对于持久性负荷变化，采用频率电压恢复算法将下垂控制产生的频率和电压与额定值的误差降为零。在Psim仿真软件中搭建微电网模型，对上述理论进行了仿真验证。
　　 对于微电网发电级控制，本文研究了前级电源光伏-蓄电池发电系统。首先，介绍了光伏电池的特性和最大功率点跟踪控制策略;研究了单级式光伏发电系统的MPPT模式三环控制;对于双级式光伏并网发电系统，采用前级MPPT控制、后级逆变器稳定直流母线电压的控制策略，对变流器的参数进行设计，并在Psim软件中进行验证。其次，阐述了蓄电池的等效电路模型和充电方式，对buck/boost双向变换器参数和蓄电池容量进行设计。最后，研究了蓄电池储能的光伏发电功率平抑系统，分析了不同工况下系统的能量管理策略和各变流器模块的控制策略。设计了基于状态转移法能量管理系统。其中，当蓄电池具有功率吞吐能力时，采用直流母线电压控制的方式来平衡系统的功率;当光伏电池独立给蓄电池充电时，采用MPPT限流的充电方式;当光照过大且蓄电池充满电时，光伏模块通过稳定直流母线电压来平衡系统功率，蓄电池退出运行。在此基础上，在Psim软件中搭建仿真系统进行验证。