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开发新能源与可再生能源,是解决我国能源紧缺、能源利用与环境保护之间矛盾的必然选择。采用分布式发电供能技术,有助于规模化、充分利用各地丰富的清洁与可再生能源,向用户提供绿色电力,是实现我国“节能减排”目标的重要发展方向。基于可再生能源的分布式微型电网技术能够节省投资,降低能耗,提高可再生能源结构比重,解决无电、缺电地区人口供电问题,推进可再生能源技术的产业化发展,也是提高电力系统可靠性和灵活性的重要方式,是21世纪电力工业的发展方向之一。微电网(也称”微网”)是智能电网的重要组成部分,跟踪国际电力技术的最新发展动向,紧密围绕分布式发电微电网系统安全高效运行的科学问题,开展基础理论与应用技术研究,为可再生能源分布式发电微电网技术在电力系统中的广泛应用提供科学技术依据与工程实践经验。
以清洁能源发电的分布式电源组成的微电网是一个自制系统,可以并网运行也可以独立运行。微网可以实现分布式发电的有效地管理与能源的梯级利用,达到更高的能源综合利用效率,同时可提高电网的安全性。微网中的分布式电源包括微型燃气轮机、燃料电池、光伏电池、风力发电、生物质能发电等。它们接在用户侧,具有低成本、低电压、低污染等特点。微网概念引入我国不久,正处于应用发展的初期,还有很多技术、政策、管理方面的问题有待解决,但它顺应了我国大力促进可再生能源发电、走可持续发展道路的要求,因此,开展微电网技术的深入研究具有重要意义。
微网技术的突出优点已经成为国内外电力能源领域关注的热点。本论文依托广东省自然科学基金“可再生能源分布式发电微电网技术研究”、广东省科技计划项目“风光互补分布式发电技术研究与示范”、粤港关键技术领域招标项目“海岛MW级可再生能源分布式发电微电网技术研究与示范”,研究以太阳能光伏、风力、及燃油发电机加储能系统组成的微网在独立运行下的关键技术问题。在理论分析、仿真研究与实验的基础上对微电网中的分布式电源规划优化方法、功率平衡控制、微网远程实时监测系统、系统案例分析方面开展了研究,作了大量工作,其创新成果在以下几方面:
⑴综合介绍了微网中分布式电源的种类、性质,电力电子与控制技术的广泛应用。特别是分布式电源并网技术中广泛采用了电力电子装置,如:变流器、高频并网逆变器等,对其原理、应用及发展方向以作了系统总结。
⑵研究了基于可再生能源分布式微网电源规划方法,将遗传算法应用到风力-光伏-发电机-蓄电池组成的可再生能源分布式微网电源规划中,建立微网电源规划模型及相关约束条件,以满足能量平衡控制、成本效益率等为最优原则,给出了算法的实现流程。最后,结合案例说明了算法的应用。
⑶对分布式逆变电源组成的微网在独立运行模式下的功率平衡控制进行了研究。在分析功率下垂特性的基础上,通过引入虚拟阻抗,将传统高压电力系统中的功率下垂特性曲线应用到中低压的微电网,实现微网功率平衡控制,并给出了电压源逆变器的参考控制电压。引入虚拟磁链,将电压的控制转化为空间磁链的控制,通过滞环控制器实现空间磁链的快速跟踪。系统的仿真结果表明系统负载变动时,微电网各逆变电源能合理分配负荷,所述的控制策略有效。
⑷成功开发了基于GPRS的远程实时数据监测系统并应用于风光互补分布式发电系统中。对监测系统原理、算法实现作了研究,并开发了监测系统;对风光互补发电系统中光伏电池、风力发电机、用电负荷运行情况进行了实时监测;对太阳辐射、风速也进行了实时数据采集,并将数据传送到远端计算机服务器。通过半年监测,采集了大量数据,分析了风光互补分布式发电各电源综合性能,为微网无线远程实时监测系统的应用开发打下了基础。
⑸案例分析研究。针对正在开展的”海岛MW级多能互补分布式微网技术研究与示范”项目,对海岛的太阳能和风能资源、海岛电力负荷特性作了详细调查分析。在此基础上,研究并提出了海岛分布式微网的电源规划、微网拓扑结构方案;然后,采用改进的灰色预测技术对海岛负荷作了短期预测,并在此基础上研究了超级电容在微网电能质量整治上的应用;最后,给出了功率冗余能量平衡控制策略,并通过MATLAB对微网中电源特性作了仿真研究,为该示范案例工程的实施形成了完整解决方案。