能源互联配电网中电能路由器的控制研究

摘要

为应对能源危机、缓解环境污染问题，世界各国已将大力发展新能源与可再生能源发电技术并逐步取代传统化石能源作为重要的能源战略决策。但是由于分布式新能源发电受环境影响较大，其发电出力具有间歇性和不稳定性，传统配电网难以有效解决高比例可再生能源发电的电能消纳问题。能源互联网或电能互联网为新能源并网发电控制提供了新的思路。在电能互联网中，依据电能路由结果，通过电能路由器端口进行传输功率控制，能够有效、方便地进行配电网潮流控制及网络优化。当内部能量平衡时，电能路由器通过路由器端口与网络连接的变换器进行功率传输，因此端口变换器的工作性能很大程度上影响电能路由器的控制性能。研究适用于电能路由器端口的变换器模型具有重要的意义。　　首先，为了更有效和协调地控制网络中的变换器，降低控制系统对参考电压的依赖，提出了基于电压相位控制的变换器电压/功率统一控制模型。它将变换器控制为电压源，并控制变换器输出电压的幅值以控制其输出功率不大于极限功率，同时控制变换器输出电压的相位以控制变换器的工作模式。电压相位控制为固定相位时，变换器则工作于电压参考模式；电压相位随功率需要的变化而变化时，变换器的工作模式则为功率跟踪模式。同时，因无需切换工作模式，变换器两种模式间的转换过程平滑，这样消除了模式切换对电力系统的冲击。　　接着，将该电压/功率统一控制模型应用于电能路由器的交流端口控制中，并进一步研究配电网中基于电能路由器的电能路由控制。电能路由器直流母线电压由内部储能DC-DC变换器进行控制，各交流变换器所在端口的工作状态则取决于网络状态和路由器设置。此外，对于复杂交流配电网络的潮流路由，如何选择网络节点配置电能路由器也是问题之一。针对配电网中电能路由器数量配置以及电能路由器端口工作状态设置的问题，提出了一种配电网电能路由器配置方法，并进一步实现了通过电能路由器对配电网进行潮流控制。　　最后，通过在MATLAB/Simulink仿真软件中搭建的基于储能稳压的电能路由器模型以及配电网络，仿真验证了所提变换器电压/功率统一控制模型的正确性，验证了所提电能路由器控制策略的正确性，验证了所提配电网电能路由器配置方法的可行性。

目录

1 绪 论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 研究现状综述

1.2.1 能源互联网研究现状

1.2.2 电能路由器研究现状

1.2.3 配电网中基于电能路由器的电能路由控制分析

1.3 本文的主要工作内容

2 电能路由器端口电压/功率统一控制研究

2.1 AC-DC端口变换器电压/功率统一控制原理分析

2.1.1 端口变换器传输功率控制原理分析

2.1.2 具有有功约束的端口变换器输出电压特征分析

2.1.3 具有无功约束的端口变换器输出电压特征分析

2.1.4 具有功率约束的端口变换器电压源模型

2.2 AC-DC端口电压/功率统一控制模型控制策略设计

2.3 本章小结

3 电能路由器端口电压/功率统一控制仿真

3.1 仿真系统的建立

3.2 仿真波形分析

3.2.1 端口变换器功率给定跟踪仿真

3.2.2 端口变换器 V-θ状态与 P-V状态自动转换仿真

3.2.3 端口变换器最大功率输出状态仿真

3.3 本章小结

4 基于电能路由器的能源互联配电网构建

4.1 基于电压/功率统一控制模型的电能路由器

4.2 配电网中电能路由器的配置方法

4.2.1 电能路由器数量配置

4.2.2 电能路由器交流端口工作状态配置

4.3 算例配电网的电能路由器配置

4.4 基于 Dijkstra 算法的电能路由

4.5 本章小结

5 基于电能路由器的能源互联配电网路由仿真

5.1 电能路由器路由结果跟踪仿真

5.2 电能路由器端口 V-θ状态与 P-V状态自动转换仿真

5.3 电能路由器端口最大功率状态仿真

5.4 电能路由器调节损耗分配仿真

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 学位论文数据集

致谢