交直流混合微电网能量管理策略研究

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交直流混合微电网是集分布式发电、本地负荷和储能装置于一体的供配电系统,具有并网和孤岛两种运行方式,为分布式发电的高效大规模利用提供了良好的平台。分布式发电作为组成微电网的基础单元,其输出功率不稳定,对交直流混合微电网稳定运行带来了很大的挑战。由能量型储能装置蓄电池和功率型储能装置超级电容器组成混合储能单元,可充分发挥二者的优势,配以相应的能量管理策略,可以有效提高交直流混合微电网的运行稳定性。基于此,论文围绕交直流混合微电网稳定与协调运行的问题,研究了混合储能单元的功率分配策略与交直流混合微电网能量管理策略等若干关键技术。首先,为了应对负载变化所引起的功率波动,优化混合储能单元的运行,研究了一种考虑超级电容器和蓄电池荷电状态(State-of-Charge,SOC)的功率分配策略。根据超级电容器的实测SOC,采用时间常数T随其变化的低通滤波算法,将波动功率在两种类型储能装置之间进行初次分配,由超级电容器承担波动功率的高频部分,蓄电池承担其低频部分。当多组蓄电池共同承担所分配的功率时,为了平衡各组蓄电池SOC,研究了一种基于自适应下垂控制的功率分配策略,在充电过程中,下垂系数设定为与SOCn成正比,而在放电过程中,下垂系数设定为与SOCn成反比,从而控制各蓄电池的充/放电速度。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,对所研究的混合储能单元的功率分配策略的有效性进行仿真验证。然后,研究了光伏发电单元和双向DC/DC变流器的控制策略,通过改变光伏组件的工作点,实现最大功率跟踪与限功率运行,利用电压外环和电流内环的双闭环控制,实现对混合储能单元的充/放电控制;研究了DC/AC逆变器的PQ控制、V-f控制和下垂控制策略,实现交直流混合微电网母线电压及频率稳定。为了实现交直流混合微电网的稳定运行与功率平衡,研究了一种能量管理策略,通过协调控制光伏发电单元和各储能装置,实现交直流混合微电网在各种工况下对负载和外部电网的功率供给。在Matlab/Simulink中对交直流混合微电网在不同工况下,系统各个工作模式及不同工作模式之间的切换进行仿真验证,仿真结果验证了所提能量管理策略的有效性,保证了系统的安全稳定运行。最后,利用半实物仿真实验平台,将主电路运行于FPGA板卡上,控制器采用TI公司C2000系列的TMS320F28335,两者通过接口板实现信号交互,形成闭环系统,对上述控制策略的有效性进行实验验证。
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