微電網(wǎng)復(fù)合儲能柔性控制技術(shù)與容量優(yōu)化配置.pdf

1、近年來，因面臨化石能源日漸短缺與枯竭以及全球氣候變化等嚴峻現(xiàn)實問題，作為分布式可再生能源的有效組織形式，微電網(wǎng)技術(shù)在國內(nèi)外得到前所未有的關(guān)注。儲能作為微電網(wǎng)的重要組成部分，在微電網(wǎng)穩(wěn)定控制、平抑可再生能源波動、電能質(zhì)量補償、削峰填谷、應(yīng)急供電等領(lǐng)域可為微電網(wǎng)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。然而，受限于儲能技術(shù)水平發(fā)展的掣肘，單一儲能往往難以滿足微電網(wǎng)內(nèi)多種不同需求，發(fā)展復(fù)合儲能技術(shù)，是目前在經(jīng)濟、技術(shù)上較為可行的解決方案。研究微電網(wǎng)復(fù)合儲能關(guān)鍵技術(shù)，

2、具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。
　　本文著眼于微電網(wǎng)對儲能技術(shù)的多種典型需求，針對微電網(wǎng)中復(fù)合儲能的柔性控制與容量配置開展探索和創(chuàng)新研究，重點解決復(fù)合儲能的多端口接入、儲能變換器可靠容錯運行、儲能對微電網(wǎng)的關(guān)鍵支撐作用等基礎(chǔ)性問題，在此基礎(chǔ)上探討微電網(wǎng)復(fù)合儲能容量的多目標優(yōu)化配置技術(shù)。
　　以多繞組高頻變壓器為基礎(chǔ)，構(gòu)建了復(fù)合儲能的多端口統(tǒng)一接入拓撲，揭示了端口間的功率傳輸規(guī)律及影響機制;基于超級電容和蓄電池相融合的三端口全

3、橋復(fù)合儲能等效電路，推導(dǎo)出三端口復(fù)合儲能的平均電流小信號分析模型，并藉此獲得三端口復(fù)合儲能定功率傳輸策略;針對超級電容端口電壓隨儲能容量波動較大的特點，研究得到一種異步占空比移相PWM算法，實現(xiàn)多端口變換器在功率傳輸過程中端口電壓的匹配，可有效改善傳輸效率。上述研究為復(fù)合儲能整體接入微電網(wǎng)所需的底層功率傳輸控制提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
　　微電網(wǎng)儲能裝置的可靠性很大程度上取決于儲能變換環(huán)節(jié)。在兼顧經(jīng)濟成本和控制性能的前提下，針對潛在的儲能

4、變換故障，研究三相四開關(guān)儲能容錯拓撲，并給出容錯切換的臨界條件和切換準則。準確快速地獲取儲能變換器的故障信息是實現(xiàn)故障容錯的前提，針對建模中的故障信息丟失問題，引入電路狀態(tài)邏輯構(gòu)建了儲能變換器混雜系統(tǒng)動態(tài)(HSD)模型，藉此獲得一種基于電流狀態(tài)殘差演變特征的儲能變換器故障診斷方法，可顯著提高故障診斷的快速性。針對四開關(guān)變換器的內(nèi)在缺陷，基于等效阻抗理論揭示了輸出阻抗、逆變頻率和輔助電容差異對輸出不平衡的內(nèi)在作用機制，根據(jù)調(diào)制信號與空間電

5、壓矢量作用時間的關(guān)聯(lián)規(guī)律，推導(dǎo)出一種實現(xiàn)直流中點電位偏差前饋補償?shù)牡刃VPWM控制方法，顯著提高了四開關(guān)儲能變換器容錯運行的平衡度。
　　可對微電網(wǎng)電能質(zhì)量進行補償?shù)碾娏τ性礊V波器(APF)，存在功能單一、造價較高等問題，而四開關(guān)儲能變換器因減少了功率器件和輔助裝置，在低成本功率變換領(lǐng)域的應(yīng)用前景較好。為此，本文開展了低成本三相四開關(guān)儲能型APF應(yīng)用技術(shù)研究。推導(dǎo)出一種基于電源電流跟蹤的微電網(wǎng)諧波和無功直接補償策略，因無需檢測諧

6、波，可有效降低四開關(guān)APF的實現(xiàn)難度。進一步研究了電壓跌落引起的微電網(wǎng)不平衡對四開關(guān)APF的影響機制，推導(dǎo)出基于線電壓矢量合成的四開關(guān)APF電流參考值生成策略，以適應(yīng)微電網(wǎng)中的特殊不對稱情況。
　　四開關(guān)儲能型APF可對微電網(wǎng)提供多種柔性支撐。針對四開關(guān)儲能型APF工作模式的自適應(yīng)切換，借助坐標變換推導(dǎo)出不同模式下的指令電流算式，并給出切換控制的邊界條件;針對四開關(guān)APF的物理實現(xiàn)，給出了APF關(guān)鍵控制參數(shù)的取值準則及定量計算方法

7、，并得到一種基于周期積分的單相軟件鎖相方法，實現(xiàn)了對電源電流的精確滯環(huán)跟蹤補償。
　　微電網(wǎng)復(fù)合儲能容量的配置多依賴于工程經(jīng)驗，缺乏理論指導(dǎo)和定量評估標準，為此，本文深入研究了微電網(wǎng)復(fù)合儲能容量的多目標優(yōu)化配置技術(shù)。構(gòu)建了以投資成本最低、功率平衡最優(yōu)、可再生能源發(fā)電功率波動最小為目標的復(fù)合儲能容量配置多目標優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，從濾波系數(shù)、功率限幅、儲能充放電管理等角度闡明了影響復(fù)合儲能優(yōu)化效果的關(guān)鍵因素;提出一種基于目標函數(shù)適應(yīng)度離差均

8、值排序的子目標函數(shù)權(quán)重確定方法，用以重組目標函數(shù)，可有效降低粒子群優(yōu)化求解算法的實施難度;為評估多目標最優(yōu)解的有效性，定義了可再生能源波動系數(shù)和供求平衡匹配系數(shù)，可實現(xiàn)優(yōu)化效果的定量評估。
　　針對超級電容和蓄電池構(gòu)成的典型復(fù)合儲能，就容量的多目標優(yōu)化配置開展算例分析，給出了典型目標函數(shù)的建立方法以及優(yōu)化算法實現(xiàn)流程，量化比較了復(fù)合儲能和單一儲能的容量多目標優(yōu)化配置效果，表明復(fù)合儲能容量優(yōu)化配置的合理性。
　　基于構(gòu)建的微電