微电网控制运行及对电压稳定性的影响研究

摘要

随着经济的高速发展，石油、煤炭、天然气等传统能源消耗殆尽，人们急需寻找替代能源，太阳能和风能发电由于其清洁和易于取用的特点，受到了广泛关注。目前，分布式电源的主要形式包括:风力发电、光伏发电、燃料电池等。由分布式发电单元为主要组成部分的微电网成为研究的热点。其中还包括了电力电子变换器及其控制装置、储能单元等。这种结构的微型电网既可以连接到大电网运行，又可以与大电网断开连接单独运行。
　　 本文主要研究了分布式发电单元、逆变器的控制策略、微电网的运行、微电网的电压稳定性问题。通过Simulink软件平台搭建了直驱式风力发电机、光伏电池、光蓄储能系统的仿真模型。将这些分布式发电单元组成微电网，仿真了该微电网与大电网连接、单独运行以及在这两种状态进行转换的过程，研究了微电网在这几种情况下的电压稳定性。针对微电网孤岛运行时风力和光能的波动造成的电压稳定性问题，提出了一种综合控制策略。经过仿真分析，验证了该控制策略的有效性。
　　 (1)对双级式光伏发电单元、永磁直驱式风力发电单元、蓄电池储能单元的基本原理和数学模型进行了详细的分析。将这几种分布式发电单元的仿真模型在Simulink软件平台上进行了搭建。其中，对光伏电池的两种最大功率跟踪方法进行了仿真对比。在直驱式风力发电单元中对不同风速时风力机的输出进行了仿真。在光蓄混合发电单元中对蓄电池的充放电进行了仿真。仿真结果表明所建立的仿真模型能够真实反应光照和风速的变化，能够适用于微电网的仿真建模。
　　 (2)对目前微电源并网逆变器的三种主要控制策略进行了研究，分析了这几种控制方法的基本原理，并且在Simulink软件中对这几种控制方式进行了实现，然后应用于各分布式发电单元的并网仿真，验证了控制方法的有效性和可行性。同时介绍了微电网中各分布式电源的协调控制策略。
　　 (3)分析了下垂控制对微电网电压和频率的调节作用以及对电压稳定性的影响。当孤岛运行时，分布式发电单元采用下垂控制，风力或者光能发生变化时，分布式发电单元输出相应发生变化，但是下垂控制对系统功率的调节是一种有差调节。针对该问题提出了一种新的综合控制策略，将下垂控制和V/f控制相结合，既能利用下垂控制使分布式电源实现“即插即用”的优点，又能在电压及频率超过预定范围时，通过V/f控制实现无差调节。
　　 (4)应用所建立的双级式光伏发电单元，直驱式风力发电单元、光蓄混合发电单元的仿真模型搭建了微电网的仿真模型。在该系统中，对不同类型的微电源采用了不同的控制策略。对该系统在联网模式、孤岛模式、以及联网和孤岛切换时的运行情况进行了仿真，对三种情况下微电网的电压稳定性进行了分析。并且对提出的综合控制策略进行了仿真验证，仿真结果表明所采用的控制策略能够提升孤岛运行时微电网的电压稳定性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的背景和意义

1．2 典型微电网的结构

1．3 发展现状

1．3．1 国内外风电发展现状与趋势

1．3．2 国内外太阳能发展现状与趋势

1．3．3 微电网发展现状

1．4 本文的主要工作及创新点

第二章 分布式电源建模及仿真

2．1 光伏发电系统的数学模型与仿真

2．1．1 光伏阵列的数学模型

2．1．2 光伏发电系统及其最大功率跟踪控制策略

2．1．3 光伏发电系统的仿真模型

2．1．4 光伏发电系统仿真运行

2．2 风力发电系统的数学模型与仿真

2．2．1 风力发电系统的数学模型

2．2．2 永磁直驱风力发电系统的建模与仿真

2．3 储能系统及其控制策略

2．4 光蓄混合系统的Simulink建模与仿真

2．4．1 光蓄混合系统的控制策略

2．4．2 光储混合系统的Simulink建模

2．4．3 光储混合系统的Simulink仿真结果与分析

2．5 本章小结

第三章 微电网的控制策略

3．1 微电源的控制策略

3．1．1 最大功率控制策略

3．1．2 恒压恒频控制策略

3．1．3 下垂控制策略

3．2 微电网的综合控制策略

3．2．1 主从控制

3．2．2 对等控制

3．2．3 微电网控制策略的协调

3．3 本章小结

第四章 微电网电压稳定性分析

4．1 电力系统电压稳定性

4．1．1 电力系统电压稳定性概述

4．1．2 传统电力系统中电压控制的方法

4．2 微电网电压稳定性

4．2．1 微电网电压稳定性概述

4．2．2 微网电压控制措施

4．2．3 下垂控制对微电网的电压、频率的调节作用

4．3 综合控制策略

4．4 本章小结

第五章 微电网运行仿真及电压稳定性分析

5．1 微电网并网运行模式仿真与电压稳定性分析

5．1．1 并网运行仿真结果分析

5．1．2 并网运行微电网电压稳定性分析

5．2 微电网孤岛运行模式仿真与电压稳定性分析及改善

5．2．1 孤岛运行仿真结果分析

5．2．2 孤岛运行微电网电压稳定性分析及改善

5．3 微电网并网／孤岛模式切换仿真及电压稳定性分析

5．3．1 模式切换运行仿真结果分析

5．3．2 模式切换微电网电压稳定性分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文