风光混合微网系统的运行控制研究

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随着能源与环境问题的日益凸显,清洁、可再生的分布式发电技术逐渐成为全球瞩目的焦点。然而分布式电源的接入对大电网产生了诸多不利影响,这制约了其并网与发展。微网技术的出现很好的解决了这一矛盾。微网灵活的运行方式、高质量的供电服务以及绿色高效的经济性能,使其成为了各国研究的热点。微网系统包含多种分布式能源,称为微电源,主要有风力发电、光伏电池、燃料电池、储能蓄电池等。其中风力发电和光伏电池发展得最为快速与成熟。风能与太阳能变化趋势相反,具有天然的互补性,风光混合的微网系统较独立的风能或光伏微电网具有更高的供电可靠性,因此对其运行和控制的研究具有重要的现实意义。本文以建立微网运行控制仿真平台为目标,利用PSCAD/EMTDC搭建了个风光混合的小型微网系统;讨论了该微网中风电机组和光伏电池的实用工程模型,并对微网在并网和孤岛两种运行模式下的控制策略进行了详细研究;最后通过仿真验证了所建模型的正确性和控制策略的可行性。本文的主要工作可以从以下三个方面概括:首先,推导了光伏电池和直驱式风力发电机组的数学模型,根据所设计的电路结构和参数,在PSCAD/EMTDC中搭建具有实用性和通用性的工程模型;对两种微电源的最大功率跟踪进行了探讨,提出了一种基于扰动观察法的光伏电池改进MPPT算法;并就上述问题进行仿真实验,测试了所建模型的动态性能和对外界环境变化的适应能力。其次,对直驱式永磁风力发电机组并网和两级式光伏发电系统并网控制问题进行了研究:分析微电源逆变器的基本原理和主要结构;讨论了逆变器的不同并网控制模式,着重对PQ和V/f两种控制策略进行了研究;并通过仿真分析验证了控制策略的可行性和有效性。最后,本文对微网的两种典型控制模式:主从控制和对等控制进行了分析比较,提出了并网运行时所有微电源采用PQ控制,孤岛运行时蓄电池改为V/f控制的微电网整体控制策略。采用PSCAD/EMTDC搭建了一个包含直驱式永磁风力发电系统、两级式光伏并网发电系统和储能蓄电池的风光混合小型微网模型,微网采用本文提出的微电网整体控制策略。通过对微网孤岛运行模式和联网运行模式之间切换、孤岛模式下切负荷等暂态情况下的运行特性进行分析,仿真结果验证了所建微网模型以及采用控制策略的可行性。
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