交直流混合微电网的并网/孤岛模式切换控制方法研究

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交直流混合微电网作为一种很好的整合可再生能源发电等分布式资源的方法,能够为不同的负荷提供直接供电接口,减少电能变换次数,提高能源利用效率,成为了研究热点。交直流混合微电网的一个重要特性是可以根据需求采用并网运行和孤岛运行两种运行模式来保证对微电网内负荷的正常供电。然而,当非计划性孤岛发生时,微电网中的电压和电流都会产生巨大的波动,影响系统的安全性。本文以交直流混合微电网为研究对象,主要研究了交直流混合微电网并网/孤岛模式平滑切换的控制方法。具体工作如下:首先,介绍了交直流混合微电网的四种常见拓扑结构和下垂控制、主从控制等几种常用的控制方法。分析了不同拓扑结构和控制方法各自的特点和适用场合。针对目前技术较成熟的风力、光伏发电和储能装置,分别介绍了各自的特性,建立了数学模型,给出了常用的并网控制策略。其次,说明了交直流混合微电网的孤岛运行情况。分析了交直流混合微电网在发生非计划性孤岛时从并网模式过渡到孤岛模式需要经历的几个阶段以及影响因素。总结出要想实现平滑的模式切换,快速的孤岛检测技术和稳定的模式切换控制方法是非常重要的。出于孤岛检测算法对于非计划性孤岛运行的重要性,提出了一种注入三角波扰动的直流微电网孤岛检测方法。所提出方法以直流母线受扰动后的电压变化率作为判据,来判定孤岛的发生。针对切换控制方法,给出了交直流混合微电网中直流分布式单元和双向DC/AC变换器的控制方法,并分别推导了传递函数。在主从控制的基础上,通过在直流恒功率与恒压控制方法之间引入状态跟随控制提出了一种引入状态跟随的并网/孤岛切换控制方法。最后,基于MATLAB/Simulink分别搭建了光伏、风能发电装置并网和储能装置充放电控制的仿真模型。基于MATLAB实现孤岛检测算法,通过检测含三角波扰动的直流微电网发生孤岛时的直流母线电压数据验证所提出的孤岛检测方法的正确性。在MATLAB/Simulink中搭建了交直流混合微电网的仿真模型,进行了交直流混合微电网并网、孤岛运行和并网/孤岛模式切换的仿真。
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