交直流混合微电网关键技术研究

交直流混合微电网关键技术研究

本文是中新国际合作项目“含分布式电源的微电网运行与优化控制的合作研究”(2010DFB63200)的主要研究内容之一,它针对当今中国日益加剧的环境污染、日趋匮乏的一次能源及低效的可再生资源利用率而提出的。交直流混合微电网(Hybrid Micro-grid)为解决大电网的很多问题带来了巨大便利和契机,同时也

为各种分布式电源的高效利用提供新的思路。

近几年国内外学者对交直流混合微电网相关课题进行了大量研究,很多方面已取得一定成果。然而,交直流混合微电网是极其复杂的配电网形式,整个系统的协调控制、系统的经济性、系统的可靠性及优化配置等方面均存在很多问题,技术尚不成熟。

因此,对交直流混合微电网上述存在问题等关键技术的研究具有重要的理论价值和现实意义。针对交直流混合微电网存在的上述问题,本文采用理论分析、结构建模、仿真及实验相结合的方法,从控制策略,经济性、效率及优化配置等方面对交直流混合微电网进行了深入研究。

主要研究内容如下:搭建交流、直流及交直流混合微电网的模型结构,并详细分析三种微电网的工作原理。分析比较混合微电网常用的P/Q控制、V/f控制和Droop控制三种控制方式,指出了其使用场合,描绘了各自的下垂曲线并详细分

析研究了它们的控制原理,以仿真对其原理进行验证。

针对传统下垂控制按微电源额定功率比例分配功率的问题,在建立发电单元成本函数的基础上,提出了改进的最大成本线性下垂控制函数,即最大发电成本

与最小频率及最大发电成本与电压的关系。搭建实验电路,对于各个微源,验证发电功率与成本的反比关系;对于微电网,验证频率波动小、运行稳定及发电成本小。

多层控制策略解决直流微电网中各种电源级别不同,投入运行的时间顺序也不同的问题。而由于传输线阻值是决定功率分配的重要因素,提出改进的多模控制方式,即V/P下垂控制。

基于直流微电源及直流负载电压等级的不同,提出多阶直流微电网概念,构建了电路模型并详细分析各种模式工作原理,以相邻俩母线为例,深入研究了相邻母线间功率传输问题。搭建二阶直流配电网,实验表明多阶直流配电网可节约变换器数量及提高效率。

针对交直流混合微电网协调控制存在的问题,深入分析并网及孤岛模式的运行原理。并网工作时,以直流侧母线电压为参考,提出改进的直流下垂控制策略,推导出双向交直流变换器功率传输的大小及方向。

孤岛工作时,以交流侧频率为参考,提出改进的交流下垂控制策略,推导出双向变换器功率传输大小及方向。综合上述两种情况,本文提出归一化处理方法,详细推导功率传输公式,研究出控制流程图。

仿真和对实验均验证了上述所提控制方法的优越性。针对混合微电网中电源优化配置方面存在的问题,基于改进粒子群算法并结合精英非支配排序遗传算法(NSGA-II)中的几种优势,提出混合智能优化配置算法。

以三种基本测试函数验证所提算法最优解寻优及收敛性。应用于微电网,选取合适的目标函数和约束条件,采用TOPSIS策略得到最优配置方案。

以分布式发电单元和储能电池选址定容为例对所提算法进行验证。