多种混合能源直流微电网部分关键技术的研究

摘要

利用风能、太阳能等这类清洁无污染、可再生能源是目前应对能源不足和环境污染问题的一种有效方式，但是这类自然变动能源的发电一般都具有不确定性，直接接入公共电网会降低电能质量和供电可靠性，影响电网的稳定运行。为解决此问题，微电网技术应运而生。微电网是一种以可再生能源发电为主，即可独立运行又能并网运行的一个完整的供电系统，有直流、交流、交直流三种供电形式。其中以直流供电的直流微电网因其能源利率高、控制简单、供电可靠性高等特性脱颖而出，是目前微电网研究方面的一个热点。本文以多种混合能源光伏直流微电网为例，对直流微电网的控制策略和能量管理等关键技术进行了讨论与研究。主要研究内容如下：　　直流微电网中微电源和负荷的种类繁多，频域特性各不相同，本文以此为出发点考虑直流微电网在频域范围内的供需平衡及相关控制策略的制定。首先对影响系统稳定性的负荷和自然变动电源的波动功率进行频谱分析及频段划分，对蓄电池等微电源的等效数学模型进行频域特性分析，根据分析结果为微电网配置合适的微电源。为了降低并网时系统对公共电网的影响，实现与公共电网并网点潮流交换的可控以及并网点的功率跟踪，设计了基于频域分析的并网点潮流跟踪控制系统，该控制系统可以使分布式电源之间协调工作，共同抑制系统的功率波动。为了避免不同电源之间相互干扰，为每个电源分别设计控制器，使其只响应其规定频域范围内的功率波动，但是所有电源的响应频域范围综合起来可以覆盖功率波动的频带。控制系统的频域分析结果表明了所提出的控制策略可行性。　　针对本文所提出的直流微电网模型，在基于频域分析的功率跟踪控制的基础上，制定了适用于并网和孤岛两种运行模式的能量管理控制策略，并分别制定了两种模式下的运行计划，在该控制策略下，两种模式之间可以平滑的切换，并且可以有效的抑制并网时的冲击电流及跟踪并网点的潮流值。　　在Multisim和LabVIEW中搭建直流微电网的实验平台，设计了并网、孤岛模式下光伏发电功率和负荷功率波动以及两种运行模式切换的实验。仿真实验结果表明本文所提出的直流微电网的控制策略和能量管理系统能够平抑系统中的功率波动、实现并网点的潮流跟踪等功能，符合系统的设计需求。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 直流微电网的概念及其特点

1.3 直流微电网的研究现状

1.4 直流微电网的关键技术

1.5 本文主要工作

2 基于频域分析的功率跟踪控制系统分析与设计

2.1 直流微电网拓扑结构

2.2 分布式电源频率特性分析

2.3 功率跟踪控制系统建模与分析

2.4 本章小结

3 多种混合能源直流微电网建模及其接口电路分析

3.1 多种混合能源直流微电网的结构

3.2 直流微电网中的接口电路分析

3.3 直流微网的微源建模分析

3.4 本章小结

4 多种混合能源直流微网的能量管理策略

4.1 直流微电网运行控制目标分析

4.2 光伏直流微网能量管理系统模型

4.3 不同运行模式下能量管理策略

4.4 本章小结

5 多种混合能源直流微电网运行控制仿真分析

5.1 多能源直流微电网的Multisim和LabVIEW联合仿真

5.2 功率波动时运行特性分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录