交直流混合微电网的建模与稳定性分析

发布时间：2020-08-21 19:38

【摘要】：微电网是解决大电网中分布式电源大规模接入问题的有效途径,不仅充分发挥了分布式电源的优势,还对配电网起到支撑作用,增强了供电可靠性并提高系统稳定性,其应用潜力巨大。交直流混合微电网实现了直流供电与交流供电的优势互补,是微电网未来发展的必然趋势。但是目前针对微电网的建模大多集中在直流微电网或交流微电网,且单一的建模方法无法很好地适用于交直流混合微电网的建模。为了深入了解交直流混合微电网的动态特性,就必须寻求简单有效的方法建立其整体模型。除此之外,稳定性分析也是微电网研究的重要内容,但大多仅仅涉及小干扰稳定性分析,针对微电网暂态过程的稳定性分析的研究则尚不成熟。全面地对交直流混合微电网进行稳定性分析,对于保障其安全稳定运行也具有十分重要的意义。本文以交直流混合微电网为研究对象,分别从建立数学模型、完善稳定性分析方法两个方面对其做了系统的研究,主要工作如下:首先介绍了课题的研究背景与意义,对微电网建模和稳定性分析的研究现状进行了总结。结合交直流混合微电网同时包含直流量和正弦交流量的特点,对状态空间平均法和动态相量法作了详细介绍,明确了它们在直流、交流部分建模的优势。其次对交直流混合微电网的拓扑结构做等效简化,将其分为三个部分:直流微源与直流负载、交流微源与交流负载以及互联变换器。针对这三部分的不同特点,在直流部分采用状态空间平均法,在交流部分采用动态相量法,并对互联变换器作数学等效,建立了基于混合建模方法的交直流混合微电网整体模型。该混合建模方法充分考虑了交直流混合微电网三部分各自的特点,应用合适的建模方法,大大简化了其建模过程,在保证精度的前提下减小计算量。再次明确了交直流混合微电网静态稳定性的概念,在其整体模型的基础上作线性化处理,推导出系统的小信号模型。然后应用特征值分析法的基本理论,对交直流混合微电网系统作静态稳定性分析,并仿真加以验证。仿真结果表明,系统控制参数是影响交直流混合微电网系统静态稳定性的重要因素。然后阐述了交直流混合微电网暂态稳定性分析的重要意义,并对交直流混合微电网暂态过程的特性进行分析。针对李雅普诺夫直接法的局限和不足,提出了三种基于交直流混合微电网整体模型的数值分析法,仿真结果证明了数值分析法的正确性。在实际系统中,可以根据对计算精度和计算速度的具体要求选择合适的数值分析法,灵活而高效。最后简要介绍了半实物仿真和RT-LAB实时仿真系统的工作原理,针对交直流混合微电网稳态运行、静态稳定、暂态稳定三种状态分别进行实时半实物仿真实验,并与稳定性分析结论和仿真实验结果对比分析,验证了交直流混合微电网的混合建模方法及其稳定性分析的正确性。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM727
【图文】：

到新的稳态运行点的能力，也称为大扰动稳定性，大扰动通常包括运行模式切换、逡逑系统内部故障、负荷脱落等［４１４５］。逡逑图１－３所示为微电网稳定性的分类示意图。孤岛型微电网的稳定性指标一般逡逑可以归纳为电压稳定性和频率稳定性，而并网型微电网由大电网提供频率支撑，逡逑因此其稳定性指标一般是指电压稳定性。微电网所受扰动的大小不同，其导致的逡逑微电网过渡阶段的时间尺度也不同，一般来说，小扰动后的过渡阶段比大扰动后逡逑的过渡阶段时间短。受益于与大电网相连，并网型微电网系统的稳定性较高，其逡逑受到扰动后的过渡阶段相对较快。逡逑＇微电Ｎ稳定性￣逡逑Ｖ逦逦逦Ｊ逡逑＇并网型逦ｆ孤岛型、逡逑微电网逦微电网逡逑＼逦逦／逦Ｖ逦逦Ｊ逡逑静态逦ｆ暂态１逦ｆ邋静态逦ｆ邋暂态＇逡逑稳定性逦Ｉ稳定性逦ｔ稳定性逦Ｉ稳定性逡逑’电压逦ｆ电压逦ｆ电压，＞频率１逡逑稳定性逦稳定性逦稳定性逦稳定性逡逑、逦？逦－／逦Ｖ逦逦，／逦Ｖ逦邋＞逡逑（短期）［超ｉ期）丨短期）［短期］ｆ长期）（超▲期Ｈ短期）（长期逡逑图１－３微电网稳定性分类逡逑文献［２７］对微电网稳定性问题进行了详细的归纳和分类，在介绍微电网运行逡逑特性的基础上

节约成本。逡逑本文的研究对象是孤岛模式下基于下垂控制的交直流混合微电网系统，其拓逡逑扑结构如图３－１所示，主要由交流微源、直流微源、交流负载、直流负载和互联逡逑变换器（Ｉｎｔｅｒｌｉｎｋｉｎｇ邋Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，邋ＩＬＣ）五部分组成［４９］。逡逑ｍｍｒ＾Ｌ逦ｍｍ逡逑图３－１交直流混合微电网拓扑结构示意图逡逑１３逡逑

逡逑为了对交直流混合微电网进行详细的分析和研究，现对图３－１所示拓扑作如逡逑下简化：直流子网可以简化成为多台下垂控制的ＤＣ／ＤＣ变流器和电阻性负荷的逡逑等效模型［１４］，其中ＤＣ／ＤＣ变流器采用双向Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ型；在逆变器电压／电流逡逑内环的控制参数设置合理的情况下，交流微源、逆变器及其滤波器可以等效为三逡逑相交流电源［２２－２３］，因此交流子网可以简化成为多个具有下垂特性的三相交流电源逡逑和阻感负荷的等效模型；互联变换器则可以简化为理想的双向ＤＣ／ＡＣ变换器，逡逑忽略其自身的损耗，在中央控制器（能量管理系统）的控制下对各微源与负荷进逡逑行协调优化、监控各变换器装置的功率流动情况等［４５－４７】。交直流混合微电网简化逡逑结构如图３－２所示。逡逑直流母线逦交流母线逡逑！逦｜邋＾￣￣］￣ＴＪｉ｜邋Ｓ，邋＾－１逦ｊ逡逑Ｉ邋Ｔ邋１邋Ｉ—邋ｎｃ＝ｈＤＣ生一NN芒：逦ｉ邋｜逡逑ｉ逦Ｌ邋＾邋Ｔ逦「－——ｉ逦ｆ邋丨逡逑＂＾邋Ｕｓ＞逦（ｊ邋＝、邋Ｉ邋—！逦１邋＾ａｃ５邋ｊ邋ｊ逦N邋ｊ逡逑ｒ邋１逦！邋＿＿＿ｕＲｄｃ邋ｊ邋！逦逦！逡逑丨直流微源逦丨丨直流负栽｜逦丨５邋Ｉ逡逑＿逦？＂邋＂＂＂逦Ｌａ邋＿邋ｍｔｍ邋—邋Ｊ逦■逦Ｉ逡逑Ｉ交流殳或Ｉ逡逑Ｌ逦Ｊ逡逑图３－２交直流混合微电网简化结构示意图逡逑３．３交流部分的动态相置模型逡逑交直流混合微电网的交流部分包括：交流微源、交流负载和互联变换器的交逡逑流侧这三个部分，这其中的变量以周期性正弦交流量为主，因此本文在这部分建逡逑模中采用动态相量法。逡逑设＆为第Ａ个微源的电压

【参考文献】

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本文编号：2799779