多能互补微网系统的优化设计及控制技术

摘要

煤炭等能源供应紧张的同时也造成了严重的环境污染问题，以大型火力电站为电源的常规电网难以满足用户在安全性和多样性方面的需求。对可再生能源的研究利用以及对多能互补微电网的需求日益增长，海洋能集成供电技术的研究对于远离大陆的海岛供电有着重要意义。由于海洋能等可再生能源发电的输出功率严重依赖于气候条件，电能质量不高，具有极度的间歇性及不可控性，难以满足用户需求，因此本论文依托于863项目开展，以工程项目应用为研究出发点，对海洋能集成供电系统设计优化、复合储能技术及直流微网控制技术展开了研究。
　　本文首先分析了海洋能集成供电系统的研究课题和研究意义，分析了分布式供电系统及微电网、复合储能系统的研究背景现状及意义，按母线类型分类分析了微电网的直流微电网及交流微电网的结构及运行特性，并分析了微电网的接口电路特性，具体包括AC/DC整流电路、DC/DC双向升降压变换电路、DC/AC逆变电路等。
　　随后搭建了多能互补直流微网系统，进行了需求分析、结构优化设计、容量配置优化，并对波浪能及潮流能发电系统及复合储能系统进行了建模分析，对相应变流器进行了结构设计及控制策略分析。设计蓄电池超级电容复合储能方案，分别分析蓄电池及超级电容的特性及等效电路模型，通过协调控制蓄电池和超级电容储能的充放电来维持系统稳定。
　　最后提出直流微电网多电源协调控制技术。通过分析直流微电网基本控制策略，提出适用于海洋能集成供电系统的微电源及储能的控制策略及能量管理方案，对直流微网采取三层控制策略，包括微电源控制层、直流母线控制层、组网控制管理层。其中直流母线控制层采用母线电压控制方法，按电压阈值将微网工作状态划分为六个阶段，根据电压判断微电源的工作模式，对储能充放电和负载的投切进行控制，从而保证在波浪能及潮流能输出不稳定或者负载波动较大的情况下，不至于造成大的电压波动，并且最大限度的利用海洋能。并在研究基础上搭建集成供电系统实验平台，通过使用可控电源模拟波浪能及潮流能发电输出，在变负载工况下运行，实验过程中蓄电池和超级电容协调工作，稳定直流母线电压，实验结果验证了控制策略可靠性及系统稳定性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 分布式发电与微网技术发展现状分析

1．2．2 储能系统研究现状分析

1．3 论文的研究内容

第2章 微网系统及接口电路分析

2．1 微电网结构

2．1．1 交流微网结构

2．1．2 直流微网结构

2．2 微电源接口电路分析

2．2．1 AC／DC整流电路

2．2．2 DC／DC双向变换电路

2．2．3 DC／AC逆变电路

2．3 本章小结

第3章 海洋能微网系统优化设计

3．1 海岛独立微网系统设计

3．1．1 集成供电系统结构设计

3．1．2 储能系统结构设计

3．2 分布式电源发电特性及变换器设计

3．2．1 波浪能发电特性及变换器设计

3．2．2 潮流能发电特性及变换器设计

3．3 复合储能系统特性及容量优化

3．3．1 蓄电池储能特性及容量优化

3．3．2 超级电容储能特性及容量优化

3．4 充放电控制器及逆变器设计

3．4．1 充放电控制器设计

3．4．2 逆变器设计

3．5 本章小结

第4章 多微源协调控制技术

4．1 微电网的基本控制策略

4．2 微电源控制层

4．2．1 蓄电池充放电控制策略

4．2．2 混合储能控制策略研究

4．3 直流母线控制层

4．4 组网管理层

4．5 本章小结

第5章 海洋能微网系统实验研究

5．1 微网系统搭建

5．2 实验验证

5．2．1 负载功率小于发电端输出功率

5．2．2 负载功率大于发电端输出功率

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 工作总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢