微网分布式混合储能系统建模及控制策略研究

摘要

近年来随着环境污染、化石能源的耗尽、以及电力电子技术的发展，越来越多的新能源接入中低压电网，进而出现了供电新形式--微电网，它一般包含多种间歇性能源、负荷和相关的监控保护装置，有并网和孤网两种运行状态，主要采用主从控制和对等控制两种控制模式。微网为新能源并网打开了新的局面，但是也有诸多问题，例如可能给接入的电网造成功率扰动，孤网运行时电压和频率难以稳定，为了解决这些问题，储能装置必不可少。目前储能元件众多，各有优劣，其中液流电池（VRB）储存能量大，超级电容器（EDLC）充放电速度快，所以本文将两者结合，设计搭建了混合储能系统，针对其中DC/DC和DC/AC变换器的控制方法进行了研究，最终仿真分析了微网中分布式混合储能系统的作用。
　　本文首先介绍了微网的基本结构和主从和对等两种控制模式，对两种控制模式的特点进行了对比，并阐述了储能对于微网安全稳定的必要性，在综合分析各种储能技术的基础上，提出了液流电池/超级电容器混合储能，进而开始对混合储能系统进行了结构设计和控制策略研究。
　　然后，比较了储能系统并联和级联结构，在此基础上改进得到带有两个DC/DC变换器的级联拓扑结构，并分别对液流电池和超级电容器进行等效建模。新颖的拓扑结构为结合储能元件的优势奠定基础，而DC/DC控制回路中将先进的BP神经网络算法与传统PID结合，真正实现了两者功率的合理分配--液流电池按照计划平稳充放电，超级电容器平抑快速波动。针对微网不同的运行方式，对DC/AC的控制也采取不同的控制目标和方法，其中P/V控制，意在维持并网模式下功率交换的恒定和电压的稳定，Droop控制可以实现并网和孤网模式之间的无缝转换，V/f控制则可以维持孤网模式下电压频率的无差控制。
　　最后，仿真分析了混合储能对微网的三大作用，包括改善电能质量、提高供电可靠性和优化间歇性能源出力。此外，针对因Droop控制参数不合理引起的问题，提出了一种参数优化的方法，在等效简化微网结构之后，该方法以系统小信号状态空间方程为基础，综合考虑了系统渐近稳定、控制带宽和鲁棒性等因素，通过混沌粒子群算法寻优求出参数，最终仿真验证了该参数可以维持系统的电压和频率稳定，并实现功率的合理分配。

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1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要内容和章节安排

2 VRB/EDLC混合储能系统的结构设计与建模

2.1 混合储能系统的结构比较与改进

2.2 液流电池储能建模与仿真

2.3 超级电容器储能建模与仿真

2.4 本章小结

3 VRB/EDLC混合储能系统的控制策略

3.1 引言

3.2 加入智能算法的双向DC/DC 变换器控制策略

3.3 针对微网不同运行模式的DC/AC变换器控制策略

3.4 本章小结

4 分布式储能对微网运行特性的作用研究

4.1 混合储能改善微网运行特性

4.2 含分布式储能的微网的稳定性分析

4.3 本章小结

5总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录

附录2 攻读硕士学位期间参与的科研项目