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微网系统半实物仿真技术研究

作　者: 白建成
导　师: 金新民
学　校: 北京交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 微网半实物仿真逆变器型微源光伏发电 MPPT 下垂控制并离网切换控制
分类号: TM743
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

本文围绕以可再生能源发电装置和蓄电池储能为主体的微网系统展开研究,介绍了微网系统半实物仿真平台的设计思路和实现方法,并对微源的控制策略以及微网系统的并离网切换特性进行研究,主要从以下三方面展开研究：(1)搭建微网系统半实物仿真平台,重点了解该平台主要构成单元的工作原理,例如实时仿真设备RTDS和dSPACE的建模方法、数字功率放大器的工作原理、分布式发电装置的设计思路等。该平台的工作原理为：利用RTDS搭建电网的模型,并实时地输出任意节点电压信号,然后利用功率放大器不失真地放大该信号；由RTDS和功率放大器构成模拟电网装置,dSPACE控制分布式发电装置接到模拟电网,同时RTDS采集并网电流；对于RTDS内的电网模型,用电流源替代分布发电装置向电网注入功率。(2)围绕微源的控制策略展开研究。由于微网中微源的种类很多,控制方法也不尽相同,对于光伏发电和风力发电之类具有间歇性的微源,宜采用恒直流电压控制；对于燃气轮机等分布式电源和蓄电池等储能装备,其可根据负荷需求调整发电量,宜采用恒功率(PQ)控制或下垂控制。因此需要研究两类微源的控制策略：1)针对间歇性微源的控制策略的研究,分析了100块(10串10并)YGE245P型光伏电池组件的I-V和P-V特性,并设计了双级式光伏发电系统,仿真分析了Boost电路的双闭环控制策略、MPPT策略和恒直流电压控制策略；2)针对储能类微源无互联信号线下垂控制策略的研究,从功率P与Q同电压V与相角δ的关系出发,讨论阻感比对变流器运行的影响,提出了考虑阻感比的P-f与Q-V的单环下垂控制器的设计方法。基于单环下垂控制器设计了“功率-电压-电流”三环下垂控制器,并指出当并网运行时,变流器可通过改变下垂曲线的斜率大小调节并网功率；当离网运行时,变流器能够按照自身的下垂特性承担负载功率。(3)围绕微网系统的并离网切换策略展开研究。微网具有并网和离网两种运行模式,并具有两种模式间的无缝切换功能。微网从并网转为离网后,需要进行二次调整已达到合理的电能质量；从离网转为并网前,通过主调整变流器平移下垂曲线实现微网与主网电压再同步。通过分析微网动态切换过程,介绍了一种微网系统的预同步控制方法,与其他控制方式不同的是直接将微网与主网的相角差经过PI调节器完成微网频率与相角的同步调节。当微网处于不同运行模式时,微网变流器的控制策略可以不同,为此提供了一种变流器控制模式切换的方法。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
1 绪论  12-24
  1.1 微网系统的研究现状  12-15
    1.1.1 典型的微网系统  12-14
    1.1.2 微网的概念与特点  14-15
  1.2 半实物实时仿真系统  15-21
    1.2.1 电力系统实时数字仿真设备  15-16
    1.2.2 基于dSPACE的控制系统  16-18
    1.2.3 微网系统半实物仿真平台  18-19
    1.2.4 微网系统半实物仿真研究的意义  19-21
  1.3 本文的主要工作  21-24
2 微网系统的控制策略研究  24-34
  2.1 微网系统中微源的特性  24-28
    2.1.1 分布式发电类微源的特性  24-26
    2.1.2 储能类微源的特性  26-28
  2.2 微源的控制策略  28-32
    2.2.1 微源的电网跟随控制  29-30
    2.2.2 微源的电网形成控制  30-32
  2.3 微网系统的并离网切换技术  32-33
  2.4 本章小结  33-34
3 双级式光伏并网发电系统  34-50
  3.1 分布式光伏并网发电系统  34-38
    3.1.1 光伏电池阵列工程用数学模型  34-36
    3.1.2 光伏并网逆变器拓扑分析  36-38
  3.2 光伏逆变器并网控制策略  38-43
    3.2.1 Boost斩波控制  38-39
    3.2.2 最大功率追踪控制  39-41
    3.2.3 恒直流电压控制策略  41-43
  3.3 级式光伏并网发电系统的建模仿真  43-48
  3.4 本章小结  48-50
4 储能系统的下垂控制策略  50-70
  4.1 微源的下垂控制原理  50-56
    4.1.1 DS变流器的输出功率特性分析  50-52
    4.1.2 DS变流器的下垂特性  52-54
    4.1.3 DS变流器等效阻感比的影响  54-56
  4.2 DS变流器的下垂控制器设计  56-62
    4.2.1 DS变流器功率计算  56-58
    4.2.2 考虑阻感比的下垂控制器设计  58-59
    4.2.3 DS变流器的三环控制策略  59-62
  4.3 DS变流器并联运行的建模仿真  62-69
    4.3.1 阻感比对变流器正常运行的影响  62-64
    4.3.2 DS变流器的并网运行仿真  64-66
    4.3.3 DS变流器的离网运行仿真  66-69
  4.4 本章小结  69-70
5 微网系统双模式间的平滑切换  70-86
  5.1 微网系统的四种工作模式  70-73
    5.1.1 并网状态到离网状态  70-71
    5.1.2 离网状态到并网状态  71-72
    5.1.3 微网变流器的控制模式切换  72-73
  5.2 预同步控制策略  73-77
    5.2.1 微网系统预同步控制方法  74-75
    5.2.2 预同步控制单元  75-77
  5.3 微网系统的双模式建模仿真  77-84
    5.3.1 微网系统的基本结构  77-78
    5.3.2 并网模式到离网模式的动态切换  78-81
    5.3.3 离网模式到并网模式的动态切换  81-84
  5.4 本章小结  84-86
6 微网系统半实物仿真平台设计与实验  86-106
  6.1 微网系统半实物仿真平台设计  86-92
    6.1.1 模拟电网装置  86-88
    6.1.2 分布式发电模拟装置  88-91
    6.1.3 现阶段的微网系统半实物仿真平台  91-92
  6.2 微网系统半实物仿真平台实验  92-105
    6.2.1 微网变流器的背靠背实验  93-96
    6.2.2 微网变流器的并联运行实验  96-101
    6.2.3 微网系统的并离网切换实验  101-105
  6.3 本章小结  105-106
7 结论与展望  106-108
  7.1 论文结论  106-107
  7.2 展望  107-108
参考文献  108-112
附录A  112-114
作者简历  114
攻读硕士期间发表的论文  114
攻读硕士期间参与的项目  114-118
学位论文数据集  118

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