低壓直流微電網(wǎng)運(yùn)行控制與優(yōu)化配置研究.pdf

1、隨著可再生能源滲透率在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中的不斷提高，微電網(wǎng)因可整合分布式發(fā)電單元和本地負(fù)載而受到越來越多的關(guān)注。在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，存在著大量諸如光伏和儲能單元的直流型微源，且直流用電設(shè)備日益增多，摒棄交流母線的直流型微電網(wǎng)在縮短能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、提高系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率方面更具優(yōu)勢。同時，直流微電網(wǎng)還具有結(jié)構(gòu)簡單、可控性高等優(yōu)點。本文以低壓單母線型直流微電網(wǎng)為研究對象，圍繞其若干關(guān)鍵問題，對系統(tǒng)中各單元之間的協(xié)調(diào)控制、直流下垂控制改進(jìn)方法、混合儲能變換器

2、及其控制策略、直流微電網(wǎng)優(yōu)化配置技術(shù)展開研究。研究成果對直流微電網(wǎng)的運(yùn)行控制及容量優(yōu)化等相關(guān)技術(shù)具有理論指導(dǎo)意義和實際應(yīng)用價值。
　　首先，在深入分析直流微電網(wǎng)組成結(jié)構(gòu)、各單元工作狀態(tài)的基礎(chǔ)上，對其內(nèi)部各組成單元運(yùn)行控制方法展開研究。為了實現(xiàn)系統(tǒng)對等控制，通過直流下垂控制解決系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)單元運(yùn)行在恒壓模式下的功率均分問題，并采用直流母線電壓信息作為系統(tǒng)內(nèi)各單元工作狀態(tài)切換的唯一判據(jù)。以最大限度利用可再生能源和提高系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)間為目

3、標(biāo)，提出一種直流微電網(wǎng)離網(wǎng)、并網(wǎng)運(yùn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制策略，系統(tǒng)可依據(jù)不同直流母線電壓等級在預(yù)設(shè)的運(yùn)行模式間切換，并可自主跳過故障模式。同時，考慮系統(tǒng)極端運(yùn)行情況，令非重要負(fù)載變換器也參與到穩(wěn)定母線電壓環(huán)節(jié)中來。進(jìn)一步，在實現(xiàn)直流微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)上，提出一種基于下垂平移的光伏單元運(yùn)行模式無縫切換方法，可使光伏單元在恒壓下垂模式和最大功率跟蹤模式之間平滑切換。
　　對直流下垂控制原理及下垂參數(shù)選取展開分析，揭示其造成直流母線電壓偏差、

4、均流精度下降的原因。在對比現(xiàn)有二次控制方案的基礎(chǔ)上，定量分析下垂平移式二次控制方法的動態(tài)均流精度偏差，提出一種兼具高穩(wěn)態(tài)和高動態(tài)均流精度的自適應(yīng)阻抗式直流微電網(wǎng)二次控制改進(jìn)方法。所提控制方法采用分布式二次控制方案，在平移下垂曲線的同時，依據(jù)所設(shè)計的雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器和電壓平移量均一化方法，合理調(diào)節(jié)各并聯(lián)變換器下垂系數(shù)。通過建立系統(tǒng)的等效電路模型和小信號模型，分析所提控制方案下的系統(tǒng)阻抗特性并證明其穩(wěn)定性。搭建直流微電網(wǎng)下垂控制實驗平臺，以不同

5、通訊延遲、線路阻抗和變換器數(shù)量等情形考察所提二次控制方案的有效性和動態(tài)均流特性。進(jìn)一步，通過設(shè)置變換器接入與退出、本地負(fù)載接入與退出等手段驗證所提二次控制方案在復(fù)雜場合下的可適應(yīng)性。
　　為了提高直流微電網(wǎng)暫態(tài)性能和輸出電能質(zhì)量、延長儲能單元運(yùn)行壽命，研究混合儲能系統(tǒng)在直流微電網(wǎng)中的應(yīng)用。對現(xiàn)有的混合儲能接入方案進(jìn)行對比、分析，采用兼具高功率密度、高效率和電氣隔離的移相全橋型三端口變換器作為蓄電池、超級電容和直流母線之間的接口變換

6、器。提出一種基于虛擬電感、虛擬電容的混合儲能功率分配方法，實現(xiàn)混合儲能單元工作在恒壓模式下時，蓄電池響應(yīng)系統(tǒng)中低頻功率波動，超級電容響應(yīng)系統(tǒng)高頻功率波動的分頻段控制。進(jìn)一步，結(jié)合所提混合儲能功率分配方案和移相全橋型變換器功率傳輸原理與功率解耦方法，設(shè)計基于三端口變換器的混合儲能控制策略。通過仿真和實驗手段驗證所提混合儲能控制策略及其在直流微電網(wǎng)三端口變換器中的應(yīng)用情況。
　　最后，以低壓直流微電網(wǎng)為對象，研究其容量優(yōu)化配置方法。針

7、對直流微電網(wǎng)需要采用并網(wǎng)變換器與電網(wǎng)連接的特點，考慮并網(wǎng)變換器運(yùn)行狀態(tài)和上網(wǎng)電價等因素，以系統(tǒng)年化投資費(fèi)用、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用最低為目標(biāo)，同時設(shè)置蓄電池荷電狀態(tài)、負(fù)載失電率以及可再生能源滲透率等約束條件，利用粒子群優(yōu)化算法對系統(tǒng)的優(yōu)化配置結(jié)果進(jìn)行求解。進(jìn)一步，在分析直流微電網(wǎng)運(yùn)行方案的基礎(chǔ)上，計及蓄電池的壽命評估結(jié)果，提出一種基于系統(tǒng)運(yùn)行模式與運(yùn)行指標(biāo)綜合評價的直流微電網(wǎng)優(yōu)化配置方法?？疾熘绷魑㈦娋W(wǎng)不同負(fù)載失電率及可再生能源滲透率下的系統(tǒng)年