基于能量路由器的分布式光伏多级消纳策略研究

发布时间：2020-03-28 08:50

【摘要】：随着化石能源的枯竭与环境问题的日益严重,以分布式光伏为代表的新能源发电技术得到了快速发展。但是在电压水平和谐波含量等因素的约束下,分布式光伏不能直接大量地接入传统配电网。为了提高配电网对分布式光伏的消纳能力,本文研究了一种基于能量路由器的交直流混合配电网的拓扑结构,并研究了此结构下分布式光伏的四级消纳策略。首先,本文研究了一种能量路由器的拓扑结构。该结构主要包括网关变流器、互济变流器、交流负载端口变流器和直流负载端口变流器。文章分析了各个变流器的工作原理、控制方法和功率传输特性。其次,本文在以能量路由器为基本单元构成的新型交直流混合配电网中,研究了分布式光伏的四级消纳策略。第一级消纳是母线内消纳,接入到交直流混合配电网的光伏,首先要在本母线内完成消纳,尽量满足本母线的用电需求;第二级消纳是跨母线消纳,当分布式光伏出力大于本母线的负载总和时,将本母线内的剩余功率传输到有功率缺额的母线进行消纳;第三级消纳是跨台区消纳,当本台区内部光伏出力大于本台区的负载总和时,将本台区内部多余的功率通过直流互济母线传输到有功率缺额的台区进行消纳;第四级消纳是能量返回电网,当每一个台区都有功率剩余时,各自将剩余的功率返回到电网。针对第三级消纳,本文提出了变截距自适应下垂控制策略。该策略可以根据各个台区光伏出力和负载功率的实时大小,自适应调整下垂曲线的截距,使得有功率盈余的台区通过直流互济母线向功率缺额的台区传输功率,同时维持直流互济母线电压的稳定。这样台区之间可以进行能量的相互支援,实现了分布式光伏的多级消纳。由于剩余的发电量不会直接大量注入配电网,因此可以减小对配电网的冲击。最后,本文在MATLAB/Simulink仿真环境下,对分布式光伏四级消纳进行了仿真验证。为了进一步验证变截距自适应下垂控制策略的有效性和正确性,本文搭建了包括3台能量路由器的交直流混合配电网仿真模型,并在各个台区光伏出力均充足、各个台区光伏出力均为0、部分台区负载突变等极端工况下进行了仿真。仿真结果表明,由能量路由器构成的交直流混合配电网可以实现分布式光伏的四级消纳。
【图文】：

网系统,微网,分布式电源,功率交换

逡逑流混合微电网得到研宄人员的青睐，如图１－２所示［３？３２］。逡逑交流子微网逦功率交换系统逦直流子微网逡逑／逦Ｙ逦＞逡逑＾－］ｄｃ／ａｃ＼－邋￣ｍｉｍ逡逑光伏阵列邋Ｉ邋逦邋ＡＣ／ＤＣ邋—－邋ｒ逦１邋光伏阵列逡逑交0荷ｉ逦；逦；邋ｉ邋Ｓ逡逑！邋Ｌ逦，！逦」邋！逡逑丨逦＿ｉ邋丨邋Ｉ邋ｊ邋，逦１逡逑ｉ逦逦邋＊ｉ邋！邋ｉ！邋ｊ邋＇邋＇－？［逦１逡逑（＾）—并网接口邋｜逦邋控制器邋逦１ＡＡＡ／Ｉ逡逑Ｌ—＾逦ｊｊＬ邋队逦逡逑图１－２交直流混合微电网系统结构逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＡＣ／ＤＣ邋ｈｙｂｒｉｄ邋ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ邋ｓｙｓｔｅｍ逡逑该结构可以大致分为三大部分：交流子微网、直流子微网和功率交换系统。逡逑交流子微网中包含交流母线、分布式电源、交流负荷和并网接口；直流子微网中逡逑包含直流母线、分布式电源、直流负荷以及蓄电池储能系统；功率交换系统本质逡逑上为一双向ＡＣ／ＤＣ变换器［３３＿３５］。逡逑一般情况下，系统工作在并网模式，双向ＡＣ／ＤＣ变换器采用Ｐ／Ｑ控制，微网逡逑内盈余的功率反馈回大电网，不足的功率由大电网补充［３６］。当大电网发生故障或逡逑者计划检修时，并网接口断开，微网运行在孤岛模式，微网负载所需的电能完全逡逑由分布式电源和储能系统提供。在此工作模式下，，双向ＡＣ／ＤＣ变换器采用Ｖ／ｆ控逡逑制ｔ３７，３８］。如果储能系统与分布式电源提供的电能不足以维持负荷的用电需求，则逡逑根据负荷的重要程度

路由器,台区,能量,拓扑结构

如第一章所述，受到电压水平和谐波含量的限制，传统配电网对于分布式光逡逑伏的接纳能力有限。虽然加入柔性环网开关ＳＮＯＰ可以在一定程度上提高配电网逡逑中的光伏渗透率［３９］，但是提高的程度有限。本文在前人的研究基础上［１９］，以图２－１逡逑所示的能量路由器作为新型交直流混合配电网的基本单元，在此结构下研宄分布逡逑式光伏的多级消纳策略。逡逑＾逦ｆ邋ｐ0ｒｔ２逦）逡逑｜邋Ｖｈ￥邋Ｉ邋Ｖ邋Ｔ邋ｔ邋Ｔ邋Ｉｉ｜邋］逦＾Ｐ0ｒｔ３逦＼逡逑ｖ邋Ｎ邋逦Ｊ邋ｖ邋＾邋＾逦＾邋ｖ逡逑图２－１能量路由器的拓扑结构逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｔｈｅ邋ｔｏｐｏｌｏｇｙ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｅｎｅｒｇｙ邋ｒｏｕｔｅｒ逡逑如图２－１所示，每一台能量路由器构成一个台区，为本地负荷供电。能量路由逡逑器包括四个端口：网关变流器端口邋ｐｏｒｔｌ、互济变流器端口邋Ｐ0ｒｔ２、交流负载端口逡逑ｐｏｒｔ３和直流负载端口邋ｐｏｒｔ４。每一台能量路由器中都含有一条８００Ｖ直流母线。直逡逑流电压不存在频率与相角，所以对于直流母线电压的控制相对容易实现。单台能逡逑量路由器的工作方式如下所述。逡逑网关变流器一端与大电网相连，另一端与直流母线相连，是能量路由器与大逡逑电网进行能量交换的端口。台区内不足的功率可以由大电网补充，台区内盈余的逡逑功率可以通过网关变流器返回至电网。逡逑９逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM615

【参考文献】