低壓直流微電網(wǎng)運(yùn)行控制與優(yōu)化配置研究.pdf

1、隨著可再生能源滲透率在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的不斷提高，微電網(wǎng)因可整合分布式發(fā)電單元和本地負(fù)載而受到越來越多的關(guān)注。在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，存在著大量諸如光伏和儲(chǔ)能單元的直流型微源，且直流用電設(shè)備日益增多，摒棄交流母線的直流型微電網(wǎng)在縮短能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率方面更具優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，直流微電網(wǎng)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可控性高等優(yōu)點(diǎn)。本文以低壓?jiǎn)文妇€型直流微電網(wǎng)為研究對(duì)象，圍繞其若干關(guān)鍵問題，對(duì)系統(tǒng)中各單元之間的協(xié)調(diào)控制、直流下垂控制改進(jìn)方法、混合儲(chǔ)能變換器

2、及其控制策略、直流微電網(wǎng)優(yōu)化配置技術(shù)展開研究。研究成果對(duì)直流微電網(wǎng)的運(yùn)行控制及容量?jī)?yōu)化等相關(guān)技術(shù)具有理論指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　首先，在深入分析直流微電網(wǎng)組成結(jié)構(gòu)、各單元工作狀態(tài)的基礎(chǔ)上，對(duì)其內(nèi)部各組成單元運(yùn)行控制方法展開研究。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)等控制，通過直流下垂控制解決系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)單元運(yùn)行在恒壓模式下的功率均分問題，并采用直流母線電壓信息作為系統(tǒng)內(nèi)各單元工作狀態(tài)切換的唯一判據(jù)。以最大限度利用可再生能源和提高系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)間為目

3、標(biāo)，提出一種直流微電網(wǎng)離網(wǎng)、并網(wǎng)運(yùn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制策略，系統(tǒng)可依據(jù)不同直流母線電壓等級(jí)在預(yù)設(shè)的運(yùn)行模式間切換，并可自主跳過故障模式。同時(shí)，考慮系統(tǒng)極端運(yùn)行情況，令非重要負(fù)載變換器也參與到穩(wěn)定母線電壓環(huán)節(jié)中來。進(jìn)一步，在實(shí)現(xiàn)直流微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)上，提出一種基于下垂平移的光伏單元運(yùn)行模式無縫切換方法，可使光伏單元在恒壓下垂模式和最大功率跟蹤模式之間平滑切換。
　　對(duì)直流下垂控制原理及下垂參數(shù)選取展開分析，揭示其造成直流母線電壓偏差、

4、均流精度下降的原因。在對(duì)比現(xiàn)有二次控制方案的基礎(chǔ)上，定量分析下垂平移式二次控制方法的動(dòng)態(tài)均流精度偏差，提出一種兼具高穩(wěn)態(tài)和高動(dòng)態(tài)均流精度的自適應(yīng)阻抗式直流微電網(wǎng)二次控制改進(jìn)方法。所提控制方法采用分布式二次控制方案，在平移下垂曲線的同時(shí)，依據(jù)所設(shè)計(jì)的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器和電壓平移量均一化方法，合理調(diào)節(jié)各并聯(lián)變換器下垂系數(shù)。通過建立系統(tǒng)的等效電路模型和小信號(hào)模型，分析所提控制方案下的系統(tǒng)阻抗特性并證明其穩(wěn)定性。搭建直流微電網(wǎng)下垂控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以不同

5、通訊延遲、線路阻抗和變換器數(shù)量等情形考察所提二次控制方案的有效性和動(dòng)態(tài)均流特性。進(jìn)一步，通過設(shè)置變換器接入與退出、本地負(fù)載接入與退出等手段驗(yàn)證所提二次控制方案在復(fù)雜場(chǎng)合下的可適應(yīng)性。
　　為了提高直流微電網(wǎng)暫態(tài)性能和輸出電能質(zhì)量、延長(zhǎng)儲(chǔ)能單元運(yùn)行壽命，研究混合儲(chǔ)能系統(tǒng)在直流微電網(wǎng)中的應(yīng)用。對(duì)現(xiàn)有的混合儲(chǔ)能接入方案進(jìn)行對(duì)比、分析，采用兼具高功率密度、高效率和電氣隔離的移相全橋型三端口變換器作為蓄電池、超級(jí)電容和直流母線之間的接口變換

6、器。提出一種基于虛擬電感、虛擬電容的混合儲(chǔ)能功率分配方法，實(shí)現(xiàn)混合儲(chǔ)能單元工作在恒壓模式下時(shí)，蓄電池響應(yīng)系統(tǒng)中低頻功率波動(dòng)，超級(jí)電容響應(yīng)系統(tǒng)高頻功率波動(dòng)的分頻段控制。進(jìn)一步，結(jié)合所提混合儲(chǔ)能功率分配方案和移相全橋型變換器功率傳輸原理與功率解耦方法，設(shè)計(jì)基于三端口變換器的混合儲(chǔ)能控制策略。通過仿真和實(shí)驗(yàn)手段驗(yàn)證所提混合儲(chǔ)能控制策略及其在直流微電網(wǎng)三端口變換器中的應(yīng)用情況。
　　最后，以低壓直流微電網(wǎng)為對(duì)象，研究其容量?jī)?yōu)化配置方法。針

7、對(duì)直流微電網(wǎng)需要采用并網(wǎng)變換器與電網(wǎng)連接的特點(diǎn)，考慮并網(wǎng)變換器運(yùn)行狀態(tài)和上網(wǎng)電價(jià)等因素，以系統(tǒng)年化投資費(fèi)用、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用最低為目標(biāo)，同時(shí)設(shè)置蓄電池荷電狀態(tài)、負(fù)載失電率以及可再生能源滲透率等約束條件，利用粒子群優(yōu)化算法對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化配置結(jié)果進(jìn)行求解。進(jìn)一步，在分析直流微電網(wǎng)運(yùn)行方案的基礎(chǔ)上，計(jì)及蓄電池的壽命評(píng)估結(jié)果，提出一種基于系統(tǒng)運(yùn)行模式與運(yùn)行指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)的直流微電網(wǎng)優(yōu)化配置方法?？疾熘绷魑㈦娋W(wǎng)不同負(fù)載失電率及可再生能源滲透率下的系統(tǒng)年