含风电微电网孤岛运行控制与优化

摘要

在环境污染、能源危机等多方面的压力下，包含风能、太阳能等可再生能源的分布式发电成为电气领域的一个研究热点。分布式电源(DG)、储能装置以及负荷按照一定的拓扑结构可组成微电网，因此微电网的发展是实现分布式电源大规模应用的关键。微电网有并网运行和孤岛运行两种模式，能够为大电网提供补充，提高区域供电可靠性和电能质量。
　　本文以包含风力发电的微电网为研究对象，对其孤岛运行采用下垂控制策略出现的问题进行了详细研究。针对微电网中线路阻抗不匹配造成的无功功率不合理分配，提出了一种基于PARK变换的线路阻抗辨识新方法，对线路阻抗值进行了在线辨识，并用得到的线路阻抗值对无功功率下垂系数进行了修正。通过仿真和搭建的实验平台，验证了所提出方法的有效性和可行性。同时，为了分析下垂系数变化时系统的稳定性，建立了微电网小信号模型，并通过求解系统状态矩阵的特征值，判断系统稳定性。其次，针对上述提到无功功率不合理分配问题，提出了一种基于线路压降补偿的改进下垂控制。这种控制策略在传统下垂控制基础上加入线路压降补偿，通过平移下垂特性曲线，保证各分布式电源输出电压一致，实现无功功率的精确分配。此外，由于下垂控制存在稳态误差，因此在一次控制的基础上加入了二次控制，使得微电网电压、频率能够恢复至允许的范围内。再次，针对微电网中风电-储能系统的协调控制，设计了一种基于直流母线电压自适应调节的改进下垂控制。在风能或负载变化时，通过动态平移下垂特性曲线，实现最大程度地利用风电，波动引起的功率差额则由储能系统进行补偿。最后，针对三相负荷不对称造成的微电网交流母线电压三相不平衡，在控制策略中增加了负序电压抑制。利用Matlab/Simulink仿真对比了采用电压电流双闭环控制和所设计的正负序电压电流控制两种方法，证明了所设计的方法可有效地降低交流母线的不平衡度。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 风力发电现状及风力发电系统简介

1．2．1 国内外风力发电现状

1．2．2 风力发电系统简介

1．3 微电网研究现状及控制方法

1．3．1 国内外研究现状

1．3．2 微电网的控制策略

1．4 本文研究的主要内容

第二章 永磁同步发电机及交流器建模与控制

2．1 永磁同步发电机数学模型

2．1．1 永磁同步发电机在abc坐标系下的数学模型

2．1．2 永磁同步发电机在dq坐标系下的数学模型

2．2 永磁直驱风力发电交流器控制策略

2．2．1 机侧交流器控制策略

2．2．2 网侧交流器控制策略

第三章 微电网下垂控制策略及优化

3．1 分布式电源输出功率传输特性

3．2 下垂控制策略简介

3．2．1 下垂控制原理

3．2．2 下垂控制设计

3．3 下垂控制功率分配

3．4 基于线路阻抗参数辨识的改进下垂控制

3．4．1 线路阻抗参数在线辨识建模

3．4．2 线路阻抗参数在线辨识仿真

3．4．3 无功功率下垂系数修正仿真

3．5 基于线路压降补偿的改进下垂控制

3．5．1 线路压降补偿控制原理

3．5．2 线路压降补偿控制仿真

3．6 微电网孤岛运行风电-储能系统协调控制

3．6．1 基于直流母线电压自适应调节的改进下垂控制原理

3．6．2 基于直流母线电压自适应调节的改进下垂控制仿真

第四章 微电网下垂控制小信号分析

4．1 小信号稳定性概述

4．2 微电网下垂控制小信号建模

4．2．1 功率控制器小信号模型

4．2．2 网络及负荷小信号模型

4．3 微电网综合小信号模型及其分析

4．3．1 有功功率下垂系数影响分析

4．3．2 无功功率下垂系数影响分析

第五章 三相不平衡条件下微电网孤岛运行控制策略

5．1 三相不平衡度定义

5．2 三相不平衡条件下网侧交流器数学模型

5．3 三相不平衡条件下网侧变流器控制策略

5．4 仿真分析

5．4．1 传统电压电流双闭环控制

5．4．2 正负序电压电流控制

第六章 微电网改进下垂控制策略实验

6．1 微电网实验系统简介

6．1．1 微电网实验平台硬件系统

6．1．2 微电网实验平台软件设计

6．2 基于线路阻抗参数在线辨识的改进下垂控制实验

6．2．1 线路阻抗参数在线辨识实验

6．2．2 无功功率下垂系数修正实验

6．3 基于线路压降补偿的改进下垂控制实验

第七章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 后续工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表文章