直流微电网的运行控制及建模研究

发布时间：2020-09-14 19:09

　　随着节能减排战略的实施和分布式电源渗透率的提高,分布式电源的接入对电网带来的影响日益加深。采用微电网的方式对分布式电源进行整合是一种有效的解决方案。在微电网系统中,光伏、储能等直流型微电源的比例较高,直流用电设备日益增多,且风机等非工频的交流电源同样需要经过交-直-交的变换才能接入交流电网。因此,相对于交流微电网,直流微电网更具有控制简单、成本低、损耗低、可靠性高、易于直流单元接入等优点,因而得到国内外学者的广泛关注。目前直流微电网的相关技术尚处起步阶段,要深入研究直流微电网的运行与并网特性,有必要先对其进行建模研究。因此,本文以直流微电网为研究对象,着重研究其建模问题,分三个步骤展开。第一步,进行设备级的建模,即对微电网内部的子单元进行建模。包括光伏和储能。因此,本文首先搭建了光伏发电单元和储能单元的仿真模型,并通过仿真分析了光伏的外特性及其控制方法。第二步,进行系统级建模,即微电网的整体进行建模。首先,对直流微电网结构进行分析,研究其运行控制方法,选择采用下垂控制解决系统内并联单元的功率均分问题。在尽可能利用可再生能源的基础上,基于母线电压等级划分了 3种直流微电网的运行模式,系统能够依据直流母线电压等级实现多运行模式的切换。其次,采用对等控制时,当多个单元参与母线电压控制情况下,直流下垂控制无法兼顾电压稳定和多源均流。因此,在分析了直流下垂控制原理的基础上,讨论了两种下垂控制二次改进的方法:包括基于下垂平移的二次控制和基于自适应下垂控制的二次控制,分别从下垂曲线的截距和斜率两个方面对下垂曲线进行了调整。第三步,进行外特性建模,即将直流微电网看成一个整体。研究直流微电网在并网运行模式下的建模问题,考虑到直流微电网系统自身具有很强的非线性特性而难以建立数学模型的问题,参考黑箱建模的思路,将直流微电网看作一个整体,以详细模型为基础,采用神经网络非线性建模的方法建立直流微电网的并网外特性模型,并用粒子群优化算法对神经网络的参数进行寻优。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM727
【部分图文】：

网结构,分布式电源,大电网

Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｙｐｉｃａｌ邋ＤＣ邋ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｐｒｏｐｏｓｅｄ邋ｂｙ邋ＣＰＥＳ逡逑微电网可以通过公共联络点（Ｐｏｉｎｔ邋ｏｆ邋Ｃｏｍｍｏｎ邋Ｃｏｕｐｌｉｎｇ，ＰＣＣ）与大电网并联运逡逑行，将大量分布式电源整合控制，统一接入电网，减少了大规模的小功率分布式发逡逑电单元分散接入电网产生的负面影响；当微电网运行在并网模式时，若大电网出现逡逑故障，微电网可以切换成孤岛模式独立运行，为本地负载持续供电，减少大规模停逡逑电带来的损失。微电网可以通过储能单元实现系统中的功率稳定，平抑功率波动，逡逑减少分布式电源由于出力的间歇性和波动性对系统带来的冲击，能够很好的消纳逡逑新能源发电，是分布式电源发电的有效解决方案。逡逑微电网可以从电力类型的角度分为交流微电网［９］、交直流混合微电网［ｉＧ］和直流逡逑微电网［１１］三大类。由于传统输配电的形式是交流电，为了匹配传统交流电网和传统逡逑交流用电设备，现有的微电网工程主要为交流微电网。但是，微电网内的光伏、燃逡逑料电池、储能单元等分布式电源输出的电能形式为直流电，必须要经过ＤＣ／ＡＣ变逡逑换才能与交流系统并网，且并网条件苛刻；风机、燃气轮机、小型水电等绿色能源逡逑产生的是非工频交流电，需要经过交－直－交电能变换，且满足频率、电压等级等并逡逑网条件后才能并入交流大电网，增加了装置的成本与控制的复杂程度；而户用的电逡逑

示意图,示意图,分层控制,底层

并能实现直流微电网多运行模式的平滑切换，实现基本的功率和能量分逡逑配。分层控制［１７］将不同控制目标分层进行控制，每个层面分别承担不同时间尺度逡逑的控制任务，有利于实现系统的稳定运行、优化控制和能量调度管理。如图１－２所逡逑示为分层控制的结构。逦逦逡逑ｗ邋Ｌ曰士六生｜｜逦直流微电网逡逑系雕市ｊ邋｜Ｌ＾＞逦能量管理与优化配置逡逑Ｉ－逦ｆ逦逦逦逡逑ｉ：：箭逦；逡逑Ｓ逦！逦１逡逑度ｒ逡逑ｒ逦逦逡逑直流母线电压控制：主从控制和对等控制逡逑设备级底层控制逦ｒ＾ｖｊ邋逦邋邋邋｜逡逑控制逦＾＾１邋｜最大功率跟踪逦｜恒功率／电流逦Ｉ逡逑｜邋｜邋（ＭＰＰＴ）控制逦｜充放电控制逦｜逡逑．逦１逡逑图１－２直流微电网分层控制结构示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ邋ｃｏｎｔｒｏｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＤＣ邋ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ逡逑如图１－２所示为分层控制的结构。包括三层：底层控制、中层控制和上层控制，逡逑其中，底层控制属于设备级控制，中层控制和上层控制属于系统级控制。逡逑（１）

通信控制,结构示意图,中心控制器

要包括主从控制、平均电流控制和下垂控制等［１５］。其中下垂控制由、实现容易等优点，被广泛应用到直流微电网的控制中，相较主从控信支持，下垂控制无需通信即可实现各个单元的电流分配。也因此，更高的可靠性，且能够实现“即插即用”。但是，直流下垂控制本身偏差和多源均流精度之间的矛盾，为此，国内外学者们提出二次控制的控制基础上进行二次调控，即图１－２中的中层控制。根据通信方式不同，直流微电网的二次协调控制分为以下三类：逡逑）集中通信控制逡逑控制结构中，直流微电网二次调控是通过微电网的中心控制器实现的［１所示，由微网中心控制器中的端电压调节器实现的。首先，通过位于的电压传感器采集直流母线电压值，在电压调节器中经过闭环电压调节信号，通过低速通信线路传送到各个单元的接口变换器中。再进行线电压补偿和多源均流控制。但该控制方法是在中心控制器中执行，发生故障，整个系统的中层控制功能将完全失效，因此可靠性较低。逡逑二次中心＿逡逑

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