微电网中分布式电源以及大功率电力电子器件的控制与改进

论文摘要

为了充分发挥分布式电源效益的同时维持电力系统的安全稳定运行,微电网（MicroGrids）技术成为近年来分布式能源系统研究领域的一个热点,其主要研究集中在微电网自身以及微电网对电力系统影响的分析与研究上。同时,微电网的发展,尤其是分布式电源的发展对传统的电力系统形成了巨大的影响,引起了电力技术的显著进步。微电网解决了分布式发电单机接入成本高、控制困难等问题,同时将发电机、负荷、储能装置及控制装置等结合,形成一个单一可控的单元,微电网中的电源都为含有电力电子器件的小型机组,包括燃料电池、微型燃气轮机、光伏电池以及蓄电池、超级电容器等。微电网不仅解决了分布式电源的大规模接人问题,充分发挥了分布式电源的各项优势,还为用户带来了其他多方面的效益。本文分析了微电网的特点以及研究现状,并分别针对交流微电网与直流微电网的控制系统进行了研究,并借助多代理技术提出微电网分布式能源以及换流器的协调控制方案。交流微电网中存在多种分布式电源,它们分别通过换流器入网,且各电源自身特性和运行要求不尽相同,故电力系统的控制将逐步由集中式转为分布式。在这样一种趋势下,势必要以更加有效的能量管理系统―多智能体系统来保证电力系统控制的有效性、可靠性。因此,本文提出一种基于Multi-Agent系统的分布式协调控制策略。系统分为三层——电网级Agent、微网级Agent和元件级Agent。各层由以太网互联以实现上下层代理和各层代理之间的通信。电网级Agent负责对电力系统中所包含的各个微电网的运行状态进行实时检测并协调各个微网的出力;微网级Agent主要负责微电网中各元件的监控并通过优化算法确定各分布式发电电源的出力,再将优化结果发给下层代理;下层为元件级Agent,主要负责微电网中各分布式发电单元的协调控制,一方面受上层代理的控制,一方面又具有独立运行的能力。通过各Agent间的合作使得Multi-Agent系统对电源之间,微电网与配电网之间的协调具有更高的效率。直流微电网中各个分布式电源（包括储能装置）统一接入直流网络,然后再通过一个或多个逆变器接入交流电网供负荷使用或者与上级电网并网。它较交流微电网的优势是可以节省逆变器装置,并且可用通过对直流电压的控制达到更加轻松地控制对各个分布式电源的功率输出。本文重点研究了直流微电网的控制方案,有效的实现了直流微电网的稳定与分布式能源的有效利用。最后,文章总结了研究成果并提出了微电网未来的发展方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 微电网的基本原理
• 1.2.1 微电网的基本概念
• 1.2.2 微电网的优点
• 1.3 微电网研究的现状及前景
• 1.3.1 国外微电网的研究现状
• 1.3.2 国内微电网的研究现状
• 1.3.3 微电网的应用前景
• 1.3.3.1 微电网经济性方面
• 1.3.3.2 在中国微电网发展的前景
• 1.4 微电网中分布式发电对电力系统的影响
• 1.4.1 分布式发电对系统规划的影响
• 1.4.2 分布式发电对经济运行的影响
• 1.4.3 分布式发电对电能质量的影响
• 1.5 变流技术在微电网分布式发电中的作用
• 1.5.1 直流分布式发电接口
• 1.5.2 交流分布式发电接口
• 1.6 本文的主要工作
• 第二章 微电网的组成及运行特点
• 2.1 引言
• 2.2 分布式发电和储能模型
• 2.2.1 风力发电
• 2.2.2 光伏发电
• 2.2.3 微型燃气轮机
• 2.2.4 燃料电池
• 2.3 微电网的运行特点
• 2.4 分布式发电系统并网标准
• 2.4.1 电压异常范围和响应时间
• 2.4.2 频率异常范围和响应时间
• 2.4.3 并网电流谐波要求
• 2.4.4 并网电压谐波要求
• 2.4.5 并网同步要求
• 2.5 本章小结
• 第三章 交流微电网的控制策略研究
• 3.1 引言
• 3.2 变流器的基本模型
• 3.3 变流器的功率控制
• 3.3.1 外环功率调节
• 3.3.2 内环功率调节
• 3.3.3 直流电压补偿
• 3.3.4 仿真分析
• 3.4 变流器的电压/频率控制
• 3.4.1 参考电压控制
• 3.4.2 下垂特性控制
• 3.5 两种控制方式的应用范围
• 3.6 小结
• 第四章 多智能体系统及其在交流微电网中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 多智能体系统的基本概念
• 4.2.1 智能体的概念
• 4.2.2 智能体的基本属性
• 4.2.3 多智能体的基本概念
• 4.3 多智能体系统的体系结构及智能体间的通讯
• 4.3.1 智能体的体系结构
• 4.3.2 多智能体的体系结构
• 4.3.3 多智能体系统中各智能体间的通讯
• 4.4 多智能体系统的协调与协作
• 4.4.1 多智能体系统的协调平台
• 4.4.2 多智能体系统的协作类型
• 4.5 应用于微电网中的多智能体系统的特征和优势
• 4.6 微电网中多智能体的分层控制
• 4.6.1 应用于微电网中的多智能体系统的基本结构
• 4.6.2 多智能体之间的协商与协调
• 4.6.3 多智能体系统在微电网中的运行原理
• 4.7 仿真分析
• 4.7.1 概述
• 4.7.2 含有双微电源的微电网协调控制仿真
• 4.7.3 含有四个微电源的微电网协调控制仿真
• 4.8 小结
• 第五章 直流微电网控制系统研究
• 5.1 概述
• 5.2 直流微电网模型
• 5.2.1 风机模型
• 5.2.2 自激异步电机（SEIG）模型
• 5.2.3 蓄电池模型
• 5.2.4 DC-DC 换流器
• 5.3 直流微电网控制方法
• 5.4 仿真分析
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 6.1 主要研究成果
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用论文与参与项目情况