含多种分布式电源和储能的微电网控制技术.pdf

摘要随着用电负荷不断增长，传统电网的稳定性、可靠性降低，能源利用效率低下，环境危机和能源问题日益严重，电力工业发展受到了严峻的挑战。鉴于以上问题，各国开始广泛研究环保、灵活、高效的分布式发电技术。而微电网作为一种融合多种分布式发电为本地负荷供电的配电网，将电源、负荷、储能装置等结合成一个单一可控的单元，不仅可以解决分布式电源大规模接入的问题，充分发挥分布式电源的优势，而且可以进一步提高供电的可靠性和稳定性，为用户带来多方面的效益。微电网中分布式电源具有多样性，分布式电源输出功率也存在间歇性、波动性，微网中的多种电力电子器件控制复杂等等因素使得微网供电质量受到很大的影响，并成为限制其并网的关键因素。储能作为一种能量缓冲环节，能够有效的改善微电网的电能质量，提高电网的稳定性和可靠性，在微电网中起着至关重要的作用。本文研究了多种适用于电力系统的储能方式，包括各类电池储能、飞轮、超级电容器等等，对各种储能的运行机理，充放电特性，运行特点和适用范围做了详细的说明，并在／环境下建立了各种储能元件的数学模型，以精确模拟储能单元的动作。微电网中多种微源的协调运行，微网在各种运行模式间有效切换等都要基于良好的控制策略。本文根据分布式电源和储能类型不同，对微源设计了不同的控制策略。控制可以实现分布式电源有功和无功指定控制；压频控制可以保证微源逆变器输出的电压和频率稳定，但是这种控制策略只适用于孤岛模式；而基于下垂特性的刂圃蚩梢允迪衷负荷变化时，自动分配不同分布式电源的功率，保证合理的电压和频率水平，且可以灵活的运行在孤岛和并网模式下。储能装置的双向／控制可以实现能量的双向流动，使储能跟踪上充放电指令。微电网的控制分为主从控制和对等控制两种模式。通过搭建具有典型结构的三母线十四节点微网系统和以浙江中试微网实验室为原型的微网系统两个算例，验证了本文提出的各种控制策略的正确性和有效性。本文还研究了复合储能在平抑风光混合系统功率波动方面的应用，提出了复合储能系统的协调控制策略，包括变时间常数控制、最大功率限制控制等多种控制方法，优化储能系统运行，减少储能容量，提高整个风光储系统的经济性。为将本文中搭建的微源或微网的模型以一种具有自主知识产权，独立开发、独立运行的方式呈现出来，本文将这些模型以一种灵活通用的软件构架进行处理和封装，用统一的接口与图形界面交互，开发了微电网数值仿真平台。该软件可以提供微网结构与参数修改功能，实现对微网稳态和暂态过程精确的仿真，为进一步研究微电网提供了基础。关键词：分布式发电；微电网；储能；微网控制；仿真平台浙江大学硕士学位论文Ⅱ
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致谢在此论文定稿之际，我愿借此机会，向在我攻读硕士学位期间指导、帮助、支持和鼓励我的老师、同学、亲人和朋友们，表达我最诚挚的谢意。本研究及学位论文是在我的导师江全元教授的亲切关怀和悉心指导下完成。所以首先要感谢江老师给予我的悉心教导和亲切关怀。江老师严谨、踏实的工作作风和治学态度使我获益匪浅。他不仅指导我如何正确地分析问题、思考问题、解决问题，而且还教会了我许多做人和做事的道理。刻苦钻研的精神和追求创新的意识是我从他那里学习到的最宝贵的财富，我将在今后的工作和学习中不断地发扬，争取更大的成绩。感谢耿光超、王云、姚国强、石庆均、陈宏伟、程玮等在学习生活上，我们相互帮助，共同提高。忘不了在周会上，大家高谈阔论；忘不了一起在食堂吃饭时的欢声笑语。感谢室友陈越、李朵共同营造了良好的寝室环境，在生活上给予了很多照料。最后，我要衷心感谢我的父母，一直以来他们默默奉献，虽然我远离家乡一年也难得团聚一两次，但是你们给我的关爱和支持是我最坚强的后盾。浙江大学硕士学位论文
第一章绪论课题研究背景与意义随着社会的日益进步，工业生产、社会经济的迅速发展，电力需求量逐渐增大，传统电力工业也得到了快速发展。电网发展使得各个地方性的小型发电系统转变成远距离、大容量、超高压交直流输电线路所连接的跨省、跨区甚至跨国的复杂互联系统。电力系统发展成为大机组、高电压、大电网系统后，具有许多优越性：抗抗干扰能力强；能实现区域电力互补；能提高能源使用效率；相对减少维护及操作人员；降低运行成本等等。但是这种跨区集中发电模式也对系统运行可靠性提出了更高的要求，对技术、管理水平的要求也进一步提高。随着电能需求的不断增大，电网发展速度跟不上需求的增长速度，使得电力系统常常运行在极限情况，区域性互联大电网系统因此也暴露出一系列的弊端如：电网负荷峰