交流微电网能量管理系统控制策略与软件开发

发布时间：2017-03-18 16:01

  本文关键词：交流微电网能量管理系统控制策略与软件开发，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,随着国际能源供需关系日趋紧张,以可再生能源为主的分布式发电技术和微电网技术得到了越来越多的重视。可再生能源分布式并入微电网提高了资源的利用效率,但是分布式电源输出具有随机性和波动性的特点,因此储能设备也成为微电网的重要组成部分。随着微电网技术研究的深入,接入微电网设备的种类越来越多,微电网系统结构也越来越复杂,亟需针对微电网特点设计一套能量管理系统,采取适当的控制策略协调发电设备、储能设备和负荷之间的关系,保障微电网稳定运行。本文首先介绍了微电网及其能量管理系统的研究现状,概述了微电网能量管理系统的主要特点和研究方向;阐述了分布式电源和储能设备的工作原理、运行特性和控制方式,分析了混合储能设备的多种连接方式;根据交流微电网的特点,给出控制灵活且易于扩容的连接方式。其次,针对交流微电网在不同运行状态的特点,制定了相应的控制策略。微电网并网状态下以经济性为目标,给出分布式电源、储能设备的运行成本和交换功率费用、环境效益的经济模型,制定并网运行的多约束分层优化控制策略;微电网离网状态下以稳定性为目标,根据各设备运行方式的特点,提出了离网运行的多模式控制策略;分析微电网并网运行和离网运行的差异,结合储能设备特点,给出了并网向离网平滑切换的控制策略;在Matlab软件上对使用的能量管理系统控制策略进行仿真验证,仿真结果表明了并网与离网控制策略的有效性。第三,根据实验室现有微电网系统实验平台的结构和特点,开发了能量管理系统软件。整合微电网的监控系统,设计并调试了微电网通信系统,确立了微电网上位机对分布式电源和储能设备的控制基础;并在上位机开发能量管理系统软件,采用结构化程序设计方法,实现了微电网对各个设备的控制、监测以及微电网多种状态运行的功能;设计多个软件UI界面,显示微电网整体和每个微电网设备的运行情况,并通过多线程控制降低能量管理系统响应时间,实现微电网在各类工况下的稳定运行。最后,在实验室微电网系统实验平台的上位机中运行开发的能量管理系统软件,并对微电网并网状态、离网状态和并网向离网平滑切换进行实验验证。实验结果表明该能量管理系统在并网和离网状态下符合控制策略的控制要求,实现了微电网不同状态下的可靠运行;而在并网向离网平滑切换过程中,能量管理系统控制能够快速响应,保证了负荷运行的连续性;实验结果证实该软件具有可行性和实用性。
【关键词】：交流微电网 分布式电源 混合储能 能量管理 控制策略
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM73
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题研究的目的和意义10
• 1.2 微电网发展现状10-12
• 1.3 微电网能量管理系统发展现状12-13
• 1.4 本文的主要工作13-16
• 第二章 分布式电源与储能设备的工作原理与运行特性16-32
• 2.1 分布式电源发电系统16-21
• 2.1.1 光伏发电工作原理与输出特性16-18
• 2.1.2 风力发电工作原理与输出特性18-19
• 2.1.3 分布式电源控制方式19-21
• 2.2 混合储能系统21-30
• 2.2.1 锂电池工作原理与输出特性21-23
• 2.2.2 超级电容器工作原理与输出特性23-25
• 2.2.3 混合储能设备控制方式25-28
• 2.2.4 混合储能设备连接方式28-30
• 2.3 本章小结30-32
• 第三章 微电网能量管理系统控制策略32-54
• 3.1 微电网并网状态下的控制策略32-44
• 3.1.1 并网状态下微电网运行目标与约束32-38
• 3.1.2 并网状态下能量管理系统分层控制策略38-44
• 3.2 微电网离网状态下的控制策略44-46
• 3.2.1 离网状态下微电网运行目标与约束44
• 3.2.2 离网状态下能量管理系统多模式控制策略44-46
• 3.3 微电网并网向离网平滑切换控制策略46-47
• 3.4 算例分析47-53
• 3.4.1 并网状态仿真48-50
• 3.4.2 离网状态仿真50-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第四章 微电网能量管理系统设计与软件开发54-66
• 4.1 微电网系统实验平台54-55
• 4.2 能量管理系统监控与通讯系统设计55-58
• 4.2.1 能量管理系统监控系统55-56
• 4.2.2 能量管理系统通讯系统56-58
• 4.3 能量管理系统软件开发58-64
• 4.3.1 能量管理系统软件开发环境58-59
• 4.3.2 能量管理系统功能与界面设计59-64
• 4.4 本章小结64-66
• 第五章 微电网能量管理系统应用66-74
• 5.1 并网状态实验66-68
• 5.2 离网状态实验68-70
• 5.3 并网状态向离网状态平滑切换实验70-72
• 5.4 本章小结72-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 总结74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-82
• 致谢82-84
• 攻读学位期间发表的学术论文84

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本文编号：254658