微電網(wǎng)復(fù)合儲(chǔ)能柔性控制技術(shù)與容量?jī)?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(yán)峻現(xiàn)實(shí)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(guó)內(nèi)外得到前所未有的關(guān)注。儲(chǔ)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(dòng)、電能質(zhì)量補(bǔ)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(chǔ)能技術(shù)水平發(fā)展的掣肘，單一儲(chǔ)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(chǔ)能技術(shù)，是目前在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上較為可行的解決方案。研究微電網(wǎng)復(fù)合儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)，

2、具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　本文著眼于微電網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的多種典型需求，針對(duì)微電網(wǎng)中復(fù)合儲(chǔ)能的柔性控制與容量配置開展探索和創(chuàng)新研究，重點(diǎn)解決復(fù)合儲(chǔ)能的多端口接入、儲(chǔ)能變換器可靠容錯(cuò)運(yùn)行、儲(chǔ)能對(duì)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(chǔ)能容量的多目標(biāo)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(chǔ)能的多端口統(tǒng)一接入拓?fù)洌沂玖硕丝陂g的功率傳輸規(guī)律及影響機(jī)制;基于超級(jí)電容和蓄電池相融合的三端口全

3、橋復(fù)合儲(chǔ)能等效電路，推導(dǎo)出三端口復(fù)合儲(chǔ)能的平均電流小信號(hào)分析模型，并藉此獲得三端口復(fù)合儲(chǔ)能定功率傳輸策略;針對(duì)超級(jí)電容端口電壓隨儲(chǔ)能容量波動(dòng)較大的特點(diǎn)，研究得到一種異步占空比移相PWM算法，實(shí)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(chǔ)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(chǔ)能裝置的可靠性很大程度上取決于儲(chǔ)能變換環(huán)節(jié)。在兼顧經(jīng)濟(jì)成本和控制性能的前提下，針對(duì)潛在的儲(chǔ)能

4、變換故障，研究三相四開關(guān)儲(chǔ)能容錯(cuò)拓?fù)洌⒔o出容錯(cuò)切換的臨界條件和切換準(zhǔn)則。準(zhǔn)確快速地獲取儲(chǔ)能變換器的故障信息是實(shí)現(xiàn)故障容錯(cuò)的前提，針對(duì)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(chǔ)能變換器混雜系統(tǒng)動(dòng)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(chǔ)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(duì)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(duì)輸出不平衡的內(nèi)在作用機(jī)制，根據(jù)調(diào)制信號(hào)與空間電

5、壓矢量作用時(shí)間的關(guān)聯(lián)規(guī)律，推導(dǎo)出一種實(shí)現(xiàn)直流中點(diǎn)電位偏差前饋補(bǔ)償?shù)牡刃VPWM控制方法，顯著提高了四開關(guān)儲(chǔ)能變換器容錯(cuò)運(yùn)行的平衡度。
　　可對(duì)微電網(wǎng)電能質(zhì)量進(jìn)行補(bǔ)償?shù)碾娏τ性礊V波器(APF)，存在功能單一、造價(jià)較高等問題，而四開關(guān)儲(chǔ)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(chǔ)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(bǔ)償策略，因無需檢測(cè)諧

6、波，可有效降低四開關(guān)APF的實(shí)現(xiàn)難度。進(jìn)一步研究了電壓跌落引起的微電網(wǎng)不平衡對(duì)四開關(guān)APF的影響機(jī)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(duì)稱情況。
　　四開關(guān)儲(chǔ)能型APF可對(duì)微電網(wǎng)提供多種柔性支撐。針對(duì)四開關(guān)儲(chǔ)能型APF工作模式的自適應(yīng)切換，借助坐標(biāo)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(duì)四開關(guān)APF的物理實(shí)現(xiàn)，給出了APF關(guān)鍵控制參數(shù)的取值準(zhǔn)則及定量計(jì)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(shí)現(xiàn)了對(duì)電源電流的精確滯環(huán)跟蹤補(bǔ)償。
　　微電網(wǎng)復(fù)合儲(chǔ)能容量的配置多依賴于工程經(jīng)驗(yàn)，缺乏理論指導(dǎo)和定量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，為此，本文深入研究了微電網(wǎng)復(fù)合儲(chǔ)能容量的多目標(biāo)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(dòng)最小為目標(biāo)的復(fù)合儲(chǔ)能容量配置多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，從濾波系數(shù)、功率限幅、儲(chǔ)能充放電管理等角度闡明了影響復(fù)合儲(chǔ)能優(yōu)化效果的關(guān)鍵因素;提出一種基于目標(biāo)函數(shù)適應(yīng)度離差均

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