多分布式微源交直流混合微电网协调运行控制研究

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为应对新时代下能源需求的日益增长,实现碳中和的宏伟目标,大力推进可再生能源发电技术发展势在必行。微电网技术作为分布式可再生能源实现就地消纳的有效途径,已然成为能源发展领域的研究热点。交直流混合微电网是传统交流微电网和直流微电网的结合体,兼具了两者各自优势,满足了各种类型分布式微源与负荷接入需求,是未来智能电网的重要组成部分,具有广阔的应用前景和实际价值。本论文以对等控制架构交直流混合微电网为研究对象,围绕交直流混合微电网建模及协调运行控制策略展开了相关研究,提出了微电网系统在不同运行模式下协调控制策略,并实现了运行模式之间平滑过渡。对典型交直流混合微电网拓扑结构、直流微源接口变换器和交流微源接口变换器基本控制策略以及微电网系统级控制策略展开了研究分析;针对常见分布式微源基本原理特性、接口电路和控制策略进行了详细研究,并建立了对应仿真模型,包含光伏发电系统、风力发电系统、微型燃气轮机、燃料电池、蓄电池及超级电容;在分析了传统下垂控制下微源并联运行功率分配原理的基础上,对直流微源和交流微源传统下垂控制策略进行改进,提高了直流子网有功功率和交流子网无功功率分担精度;基于传统下垂方程,从频域的角度出发动态调整虚拟电阻,提出了超级电容功率积分下垂控制,实现了混合储能系统功率合理分配,并对其拓展性进行分析;基于虚拟同步发电机概念,建立了互联变流器直流侧虚拟电容方程和交流侧虚拟惯性方程,从而得到了协调子网功率平衡关系式,提出了互联变流器虚拟惯性控制策略。在完成上述工作的基础上,建立了交直流混合微电网整体仿真模型;针对交直流混合微电网孤岛运行模式,提出了一种分层控制策略,将孤岛运行状态分为独立运行模式和互助运行模式,并引入二次补偿环节和滞回控制原理,实现了轻载条件下直流电压和交流频率无差运行,重载条件下子网互助运行,避免了互联变流器频繁动作;进一步研究了微电网孤岛运行模式与并网运行模式之间平滑切换技术,分析了运行模式切换过程,提出了预同步控制策略,实现了交流侧或直流侧平滑并网及离网。
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