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基于分布式电源的微网控制及运行优化研究

作　者: 赵耀
导　师: 赵庚申
学　校: 南开大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 分布式电源 微网 最大功率跟踪 谐波补偿 孤岛检测 智能系统
分类号: TM76
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


近年来,世界范围内出现了严峻的能源与环境问题,随着用电需求的上升传统集中式大电网也暴露出了一定的弊端,发展基于新能源分布式电源的微网系统是解决上述问题的重要手段。本文对基于分布式电源的微网控制和运行优化进行了研究,首先提出了适用于多种新能源分布式电源的微网结构,建立了系统的仿真模型,并对分布式电源中并网逆变器并网和微网运行基本控制策略进行了探讨。在此基础上,分别对微网系统中直流母线能量的最优利用方法、并网谐波补偿方法和孤岛检测方法进行了优化研究,有效提升了微网系统运行性能。根据微网和智能电网的发展趋势,设计了包含双向潮流分析和能量管理的智能控制平台,提高了微网系统的信息化、智能化水平。最终,搭建了智能微网系统实验平台,取得了良好的实验结果。本论文的主要工作如下：1、微网系统的组成结构分析和建模。针对中小功率等级的微网系统,提出一种包含了直流母线和交流母线的结构,并根据该微网系统中的各个部分的模型建立了Matlab/simulink平台的仿真模型。2、分布式电源在微网中的基本控制策略及改进方法。提出了DC/DC变换器、DC/AC变换器及微网运行的控制方法和逆变器并联时环流的抑制方法。特别针对DC/AC变换器的低谐波SVPWM调制死区时间注入方法、抗干扰数字锁相环提出了新的设计思路。3、提出了直流母线能量的最优利用方法。通过分析直流母线上光伏电池和风力发电机两种微源的输出功率特性,提出了一种具有广泛适用性的最大功率跟踪算法及直流母线整体能量最优利用的协调控制策略。4、设计了分布式电源在微网中的谐波补偿方法。通过对微网中谐波源的分析,结合有源电力滤波器的谐波补偿原理,设计了一种新型的分布式电源并网运行过程中对微网谐波进行补偿的控制算法。通过将谐波补偿控制器计算的补偿信号注入逆变器调制波,可以在分布式电源并网的同时实现谐波补偿,提高微网系统并网的电能质量。5、提出了微网系统中基于三次谐波扰动的孤岛检测方法。针对目前孤岛检测方法输出谐波含量大,检测盲区大的不足,在谐波补偿算法的基础上,本文提出了一种响应快,谐波扰动量相对常规方法简单可控,对电网谐波污染小的基于三次谐波扰动的孤岛检测方法。6、设计了微网中双向潮流分析及能量管理的智能控制平台。为微网系统设计了基于Android系统的智能控制平台,对微网的双向潮流进行分析,实现了实时电能交易和微网系统能量管理,有助于提高用户的舒适度和整体管理效率。重点讨论了智能平台的搭建方法、双向潮流计算方法及能量管理控制策略等。7、搭建微网系统实验平台。搭建了包含模拟风力发电机、太阳能电池、电子负载、模拟微网和基于DSP+FPGA控制器的分布式电源实验平台,配合光伏示范电站、市电接口等,满足了整个微网控制系统的实验需求。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-14
第一章 绪论  14-24
  第一节 研究背景  14-16
    1.1.1 能源和环境形势  14-15
    1.1.2 电网发展形势  15-16
  第二节 常用新能源分布式发电技术  16-18
    1.2.1 光伏发电  17-18
    1.2.2 风力发电  18
  第三节 微网及微网特点  18-22
    1.3.1 美国CERTS微网定义  19-20
    1.3.2 欧盟微网定义  20
    1.3.3 日本微网定义  20-21
    1.3.4 微网的特点和优势  21-22
  第四节 本文主要研究内容  22-24
第二章 微网系统建模及控制策略  24-71
  第一节 微网系统结构  24-26
  第二节 微网系统建模  26-36
    2.2.1 光伏电池模型  26-29
    2.2.2 风力发电机模型  29-33
    2.2.3 电力电子设备模型  33-36
  第三节 分布式电源逆变器并网控制策略  36-61
    2.3.1 几种逆变器拓扑的对比  36-43
    2.3.2 单相并网逆变器的低谐波SVPWM调制方法  43-54
    2.3.3 电压电流双闭环并网控制策略  54-56
    2.3.4 抗干扰数字锁相环设计  56-61
  第四节 微网控制方法  61-69
    2.4.1 微网系统控制方法  62-66
    2.4.2 微网中的环流抑制  66-69
    2.4.3 微网控制方法总结  69
  第五节 小结  69-71
第三章 微网基于直流母线的能量最优利用方法  71-92
  第一节 独立分布式电源的最大功率跟踪算法  71-79
    3.1.1 光伏发电的最大功率跟踪原理  72-76
    3.1.2 风力发电机的最大风能捕获原理  76-79
  第二节 基于等效负载调整的最大功率跟踪算法  79-83
    3.2.1 基于等效负载调整输出功率的原理  79
    3.2.2 改进型自适应最大功率跟踪算法  79-83
    3.2.3 改进型算法小结  83
  第三节 微网中直流母线的能量最优利用方法  83-91
    3.3.1 微网中直流母线的连接方法  83-84
    3.3.2 直流母线能量最优利用方法  84-88
    3.3.3 仿真结果分析  88-91
  第四节 小结  91-92
第四章 微网中并网谐波补偿及孤岛检测方法  92-135
  第一节 微网系统谐波  92-100
    4.1.1 低压电网谐波举例  93-96
    4.1.2 微网谐波类型的分析  96-100
  第二节 在线谐波分析方法  100-111
    4.2.1 电力系统谐波分析算法  100-104
    4.2.2 基于同步采样的在线谐波分析算法及其实现方法  104-109
    4.2.3 谐波分析实验结果  109-111
  第三节 分布式电源谐波补偿算法  111-115
    4.3.1 谐波补偿原理  111-112
    4.3.2 补偿控制器设计  112-113
    4.3.3 补偿信号加入SVPWM调制波形的方法  113-115
  第四节 孤岛检测简介  115-123
    4.4.1 孤岛检测的意义  115-117
    4.4.2 常规孤岛检测方法  117-123
  第五节 基于三次谐波扰动的孤岛检测方法  123-134
    4.5.1 正反馈模式孤岛检测原理  125-129
    4.5.2 前馈模式孤岛检测原理  129-130
    4.5.3 模式的协调控制  130-131
    4.5.4 仿真验证  131-134
  第六节 小结  134-135
第五章 基于Android系统的智能控制平台  135-177
  第一节 智能控制平台系统设计  136-150
    5.1.1 Android系统简介  136-138
    5.1.2 硬件系统  138-139
    5.1.3 程序设计  139-147
    5.1.4 功能验证  147-150
  第二节 双向潮流分析和电能交易  150-164
    5.2.1 基于FPGA的双向潮流分析  150-156
    5.2.2 双向潮流分析显示与电能交易  156-162
    5.2.3 双向潮流分析与电能交易验证  162-164
  第三节 能量管理系统  164-175
    5.3.1 用户侧能量管理策略  164-168
    5.3.2 能量管理系统设计  168-172
    5.3.3 能量管理功能验证  172-175
  第四节 小结  175-177
第六章 智能微网系统实验平台  177-210
  第一节 分布式电源平台  177-196
    6.1.1 硬件系统设计  177-194
    6.1.2 DSP+FPGA控制系统及软件设计  194-196
  第二节 微网实验平台  196-205
    6.2.1 光伏阵列  196-200
    6.2.2 模拟风力发电机  200-203
    6.2.3 电子负载  203-204
    6.2.4 模拟微网及市电接口  204-205
  第三节 微网实验平台连接方法  205-209
  第四节 小结  209-210
第七章 实验结果与分析  210-218
  第一节 分布式电源平台实验结果分析  210-214
    7.1.1 控制系统SVPWM波形  210-211
    7.1.2 逆变器离网输出波形  211-213
    7.1.3 逆变器并网运行波形  213-214
  第二节 微网系统相关实验结果分析  214-218
    7.2.1 最大功率跟踪效果  214-216
    7.2.2 谐波抑制结果  216-217
    7.2.3 孤岛检测结果  217-218
第八章 总结与展望  218-222
  第一节 总结  218-220
  第二节 展望  220-222
参考文献  222-231
致谢  231-232
个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果  232-233

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的自动化
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