独立光储直流微电网协调控制研究

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相比传统电网,直流微电网具有分布式发电接入灵活、应用范围广、转换效率高等优点,有效解决了新能源发电消纳问题,因而受到了国内外学者的广泛关注。但是,作为一种新型电网结构形式,直流微电网存在能源利用率低、直流母线电压稳定性差等问题。通过源-储-荷共同参与直流微电网运行调节,是解决此问题的主要技术手段。本文以适用于偏远地区或独立发配电区域的光储直流微电网为研究对象,进行了协调控制方案和各微电网单元控制方式的相关研究,以期进一步提高该类直流微电网的能源利用率和母线电压稳定性。在对光储直流微电网架构和组成单元的运行特性、基本控制原理进行了分析之后,考虑到各单元间装设通信线路受干扰较大、工程经济性差的问题,在系统整体控制策略上,设计了含滞环控制的基于直流母线电压信号(DC-Bus Signaling,DBS)分层的分散式控制方案。该方案将直流母线电压允许运行范围划分为五个运行区间,在各个运行区间设置光-储-荷各单元的不同运行模式,各微电网单元间既无通信连接,又满足了电压和功率调节的及时性和可靠性。在微电网单元控制方式上,针对光伏发电单元的功率削减模式,提出了一种以恒压控制与U-P下垂控制相结合的改进控制方式,实现了当系统功率冗余较大时,光伏电源弃光运行。针对储能单元三种运行模式中的充放电模式,提出了一种基于模糊-下垂的充放电方法。该方法可以根据荷电状态(State of Charge,SOC)偏差和母线电压偏差来调节下垂系数,实现了自适应改变充放电速率;储能单元的三种运行模式的相互配合不仅提高了储能单元调节能力,而且增加了工作寿命。通过对直流微电网应用区域负荷特点进行分类和建模,确定了分批次投切负荷的种类和大小,提高了负荷调节能力。为了验证各微电网单元控制方法改进后的协调性,在Matlab/Simulink中建立了光储直流微电网仿真模型,通过改变光照强度和负载功率对实际运行工况进行了模拟,使得微电网在五个电压区间下运行或自由切换。仿真结果表明了该控制策略协调性好、模式切换时过渡过程时间短、平滑度高。
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