基于能量路由器的家庭能量管理系统控制策略研究

摘要

在分布式电源的节能，需求侧管理和提高配电网稳定性方面，家域网（home area networks，HAN）将会成为未来能源互联网中必不可少的组成部分。在解决家域网与电力网之间的多端口智能交互问题上，能量路由器是个较好的选择。本论文分析并设计了一种基于能量路由器的家庭能量管理系统（home energy management system，HEMS），并针对能量路由器中的自储能系统设计了一种基于模糊控制的控制策略。
　　本论文主要工作如下：
　　（1）为了能让家庭能量管理系统更充分地利用可再生能源（renewable energy sources，RESs），分析并设计了一种基于能量路由器的家庭能量管理系统的总体结构，并针对系统各部分建立了相应的数学模型及各自的控制策略。
　　（2）本论文主要研究了能量路由器中自储能模块的充放电控制策略，并设计了一种基于模糊控制的混合储能控制策略，以及由该混合储能控制策略、基准电压和电流补偿策略组成的能量路由器协调控制方案。
　　（3）在MATLAB2016b/Simulink中搭建了基于能量路由器的家庭能量管理系统的仿真模型。主要针对能量路由器中的自储能模块进行仿真，以及该系统与电力网合作时的三种相关运行状态进行仿真。
　　仿真结果表明这种控制方案使智能家庭能量管理系统能充分利用可再生能源，同时还可以保证电网运行的稳定性，可以抑制可再生能源输出的波动与负载的变化。

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摘要

Abstract

Contents

1 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 能源互联网研究现状

1.2.2 家庭能量管理系统与控制研究现状

1.2.3 能量路由器的发展与研究现状

1.3 本论文的主要工作

2 能源互联网与家庭能量管理系统结构设计

2.1 能源互联网结构与能量路由器技术要求

2.1.1 能源互联网基本结构

2.1.2 能量路由器技术要求

2.2 基于能量路由器的家庭能量管理系统的设计

2.2.1 家庭能量管理系统总体结构设计

2.2.2 光伏发电模型及其控制方法

2.2.3 能量路由器的自储能系统及其控制方法

2.3 能量路由器协调控制方案

2.3.1 变换器的控制方法

2.3.2 能量路由器模式切换的参考电压和电流补偿策略

2.3.3 自储能系统基于功率的电流跟踪控制

2.4 本章小结

3 能量路由器混合储能模糊控制策略的设计

3.1 模糊控制的基本理论

3.1.1 模糊控制技术及其主要特点

3.1.2 模糊控制系统的基本组成

3.1.3 模糊控制器的组成和工作原理

3.2 自储能模块模糊逻辑控制器的设计

3.2.1 控制器输入和输出的模糊化

3.2.2 模糊逻辑规则的建立

3.3 能量路由器的能量管理

3.4 本章小结

4 家庭能量管理系统仿真结果与分析

4.1 仿真参数的选取

4.2 光伏发电模块的仿真与分析

4.3 能量路由器中自储能模块的仿真与分析

4.4 基于ER的HEMS的仿真结果及分析

4.4.1 情景一及其仿真分析

4.4.2 情景二及其仿真分析

4.4.3 情景三及其仿真分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附录 仿真模型

学习经历简介

攻读硕士期间主要成果