交直流混合微网混成建模与运行控制

发布时间：2017-10-12 01:03

  本文关键词：交直流混合微网混成建模与运行控制

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【摘要】：交直流混合微网结合了交流微网和直流微网的优势,具有对各种交、直流清洁能源和新兴直流负荷包容性和拓扑结构灵活可变等特点。微源以各种类型变流器为功率接口接入微网,变流器类型不一,功能多样,具有多种工作模式,复杂的天气状况和负荷变动影响变流器的运行。如何协调控制交直流微网中各种变流器在多种工况下的稳定运行,探究交流微网和直流微网互联的混成切换控制规律是本文的主要研究内容。论文首先分析了各种微源接入变流器的拓扑结构和多种模式的运行规律,包括风力微源、光伏微源、储能单元和AC/DC双向功率变流器拓扑及其运行规律。并且分析了其混成特性,建立了各自的混成切换模型；然后根据微源与负荷特点,将微网结构分为“直流母线嵌入式”交直流混合微网和“交流母线嵌入式”交直流混合微网,在此基础上探讨了多交流子母线多直流子母线混联的交直流混合微网的结构；其次,利用混成理论深入研究了交／直流微网互联和孤岛模式互联运行控制规律,提出了基于直流母线电压的微网能量管理策略,该控制策略综合考虑了直流母线的电压偏差、微网功率缺额、蓄电池的荷电状态等因素；对联结交流母线与直流母线的双向功率变流器下垂控制曲线进行了改进,即当其传输功率很小且对系统运行没有影响时,双向逆变器仍然处于停机模式。定义了交直流微网中事件,分析了微网混成切换系统工作原理,提出了微网事件切换的层次结构,将交直流微网的切换系统划分为三个层次,分别是：拓扑结构切换层,微源／负荷单元运行模式切换层,功率器件接口内部切换层,并且对各个切换层进行了详细阐述。最后在切换系统三个层次的基础上设计了混成分层控制结构,该结构引入了预评价环节与能量管理环节,其中预评价环节包括经济性、安全性和稳定性的预评价。由仿真结果和理论分析可以得到：改进的下垂控制方法不仅可以维持直流母线电压的稳定,还可以进一步减少了双向逆变器工作模式的切换次数,减少了电力电子器件不必要的动作带来的谐波。利用论文设计的带预评价和能量管理的混成分层控制方法能够适应风速光照等不确定性因素,实现交直流微网多种运行模式的切换和协调控制,可以最大程度避免微网拓扑结构的改变,实现微网运行最大的经济效益,增强系统的稳定性、可控性。
【关键词】：交直流微网结构 混成切换分层控制 预评价环节 能量管理 改进下垂控制
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46;TM727
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 课题的背景和意义11-12
• 1.2 分布式电源类型及其特点12-13
• 1.3 微网的概述13-18
• 1.3.1 微网的基本概念和运行特点13-15
• 1.3.2 微网类型及其特点15-18
• 1.4 交直流微网研究现状18-22
• 1.4.1 交直流微网工程实践18-20
• 1.4.2 微网中的微源模型与运行控制20-21
• 1.4.3 交直流微网研究现状21-22
• 1.5 交直流微网的发展趋势22-23
• 1.6 混成控制理论23-24
• 1.6.1 混成控制的提出23-24
• 1.6.2 混成控制理论的发展24
• 1.7 本论文主要研究内容24-27
• 第二章 交直流微网功率接口及混成切换模型27-45
• 2.1 混成系统27-30
• 2.1.1 混成控制理论27-28
• 2.1.2 微网系统混成特性分析28-29
• 2.1.3 微网混成切换系统模型29-30
• 2.2 光伏接口变流器拓扑及混成切换模型30-34
• 2.2.1 光伏功率接口拓扑结构及工作原理30-32
• 2.2.2 光伏功率接口变流器工作特性分析32-34
• 2.2.3 光伏功率接口混成切换建模34
• 2.3 风电功率变流器拓扑及其混成切换模型34-37
• 2.3.1 风电变流器整流环节拓扑结构及工作原理34-36
• 2.3.2 风力发电机混成切换模型36-37
• 2.4 储能单元接入功率变流器特性分析与混成切换建模37-40
• 2.4.1 蓄电池DC-DC变流器拓扑结构38-39
• 2.4.2 蓄电池混成特性分析与混成切换建模39-40
• 2.5 DC/AC双向功率变流器拓扑及混成切换模型40-43
• 2.5.1 DC/AC双向功率变流器拓扑结构40-42
• 2.5.2 DC/AC双向功率变流器混成切换模型42-43
• 2.6 主微电网联合运行混成特性分析43-44
• 2.7 本章小结44-45
• 第三章 交直流微网混成切换层次分析45-59
• 3.1 交直流微网中DG与负荷的分类整合45-48
• 3.1.1 直流型微源与直流型负荷45-46
• 3.1.2 交流型微源与交流型负荷46-47
• 3.1.3 交流型储能系统与直流型储能系统47-48
• 3.2 交直流微网拓扑结构48-51
• 3.2.1 “直流母线嵌入式”交直流混合微网48-49
• 3.2.2 “交流母线嵌入式”交直流混合微网49-50
• 3.2.3 多交流子母线多直流子母线混联的交直流混合微网50-51
• 3.3 交直流微网中的事件51-54
• 3.3.1 微网中事件的定义51-53
• 3.3.2 微网中事件的切换53-54
• 3.4 面向交直流微网事件切换的分层分析54-58
• 3.4.1 交直流微网切换系统工作原理54-55
• 3.4.2 交直流微网切换系统的分层55-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第四章 带预评价与能量管理的交直流微网混成控制方法59-71
• 4.1 交直流混合微网控制规律59-63
• 4.1.1 直流微网事件分层驱动控制策略59-61
• 4.1.2 交/直流微网联合运行与孤岛事件驱动控制策略61-63
• 4.2 交直流微网混成控制中的能量管理策略63-65
• 4.2.1 交直流混合微网能量平衡规律63-64
• 4.2.2 基于直流母线电压的能量管理策略64-65
• 4.3 带预评价与能量管理的交直流微网混成控制器分层设计65-70
• 4.3.1 混成控制中的预评价环节65-67
• 4.3.2 带预评价与能量管理的混成控制分层结构设计67-69
• 4.3.3 微网混成切换控制设计要点69-70
• 4.4 本章小结70-71
• 第五章 交直流微网控制仿真与孤岛混成切换分析71-76
• 5.1 交直流微网MATLAB仿真模块的搭建71
• 5.2 联网运行控制仿真结果与分析71-73
• 5.3 交直流微网孤岛混成切换转换分析73-75
• 5.4 本章小结75-76
• 总结与展望76-79
• 总结76-77
• 展望77-79
• 参考文献79-86
• 致谢86-87
• 附录A (攻读学位期间发表论文与专利情况)87-88
• 附录B (攻读学位期间获奖与项目情况)88

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本文编号：1015763