微电源控制方法与微电网暂态特性研究

论文摘要

超高压、远距离、集中式的大电网供电模式存在电能质量、安全性、可靠性、经济性以及灵活性等方面的问题,促进了以可再生能源为主的分布式发电技术的发展。随着这种发电技术的日益广泛应用,现有的分布式发电运行模式已不能满足电网运营商、发电所有者以及用户的不同要求,虽然单独的分布式发电源优点突出,但同时也存在许多问题,尤其在故障情况下还会对大电网产生冲击。为协调大电网与分布式电源的矛盾,促进分布式发电特别是可再生能源的综合应用,将分布式电源和负荷作为一个整体,形成可控的、既可并网运行也可以独立运行的小电网,称为微电网。微电网代表着电力系统新的发展方向,正在成为当前的研究热点。微电网中的大多数微电源通过逆变器接入系统,因此对微电源的控制即为对其逆变器的控制。无论微电网是并网运行还是独立运行,都需要对内部的各个微电源逆变器进行有效地控制,以维持电压和频率在允许变化的范围之内,从而满足负荷对电能质量的要求。因此,研究微电源逆变器的控制技术,解决逆变电源的并联组网问题,是研究和发展微电网技术的关键技术之一。本文以三相电压型逆变器在两相旋转坐标系中的数学模型为基础,详细分析了微电源的V／f控制和PQ控制方法的原理,并依据工程设计方法和原则对相应的控制器进行了设计；此外,还针对V／f控制的电压电流双闭环控制系统推导了其逆变器输出阻抗的表达式,基于输出阻抗X>>R的原则对电压环和电流环的控制器参数进行优化。在Matlab/Simulink仿真环境中,搭建了微电网及逆变器控制系统模型,通过对微电网不同运行方式下的仿真,分析了系统的动态性能,验证了微电源控制策略的正确性和有效性,仿真结果表明,该微电网系统在工况发生改变时,微电源使用合理的控制策略能够保证负荷的频率和电压都在允许变化的范围之内。本文提出了电感型故障限流器抑制微电网故障暂态的方法,并通过微电源出口处安装FCL的微电网模型,针对不同运行模式下发生不同类型、不同地点的故障时的情况进行了仿真分析,结果表明：无论微电网处于并网运行状态还是独立运行状态时发生故障,FCL对其电压、电流、频率以及功率的故障暂态都能起到很好的抑制作用；此外,仿真结果还说明,微电网短路故障时,采用PQ控制方式的微电源的电压、电流会出现振荡现象,而FCL对其起到了很好的抑制作用,保证了整个系统的稳定性。此外,本文还建立了风力发电机、柴油发电系统等微电源以及蓄电池的具体数学模型,将其代替微电网中微电源的简化直流电压源模型,通过对微电网独立运行和并网运行模式之间切换、独立运行模式下负荷变化以及微电网内某一电源功率变化等三种情况下的微电源的运行特性进行仿真,分析了风力发电、柴油发电等原动机部分对微电网的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 微电网研究意义
• 1.2 微电网技术概念
• 1.2.1 微电网基本结构
• 1.2.2 微电网中的电源系统
• 1.3 微电网研究及发展现状
• 1.3.1 微电网研究现状
• 1.3.2 微电网研究中的关键问题
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 微电源控制及微电网动态仿真分析
• 2.1 微电源控制方法
• 2.1.1 基于下垂特性的V/f控制
• 2.1.2 PQ控制
• 2.2 微电源逆变器数学建模及其控制系统设计
• 2.2.1 微电源逆变器数学模型分析
• 2.2.2 微电源逆变器控制系统设计
• 2.3 基于Matlab/Simulink的微电网模型
• 2.3.1 主电路模型
• 2.3.2 控制系统模型
• 2.4 微电网的动态仿真分析
• 2.4.1 单个微电源运行仿真分析
• 2.4.2 微电源组网运行仿真分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 微电网故障暂态分析及抑制方法研究
• 3.1 电感型故障限流器的暂态模型
• 3.2 微电网故障暂态仿真分析
• 3.2.1 并网运行情况下发生故障
• 3.2.2 独立运行情况下发生故障
• 3.3 FCL的故障暂态抑制作用分析
• 3.3.1 不同短路故障情况下的暂态分析
• 3.3.2 不同FCL限流电抗情况下的暂态分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于微电源模型的微电网动态分析
• 4.1 微电源建模
• 4.1.1 柴油发电系统模型
• 4.1.2 三相对称异步发电机模型
• 4.1.3 风力发电模型
• 4.1.4 蓄电池模型
• 4.2 微电源动态特性仿真分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表