低压微电网功率协调控制及经济运行策略研究

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近年来,随着能源结构的转型,各国越来越重视微网的发展与应用。微网系统主要由分布式电源、储能系统、负荷及其中央控制器等组成,具有能量协调、经济运行等优点。然而,分布式发电单元的种类繁多,不同的微源有不同的发电特性,且工作在低压等级中,为了满足大容量分布式电源的接入、供电质量的可靠性、系统经济运行以及提高能源的综合效率等要求,需要将多个低压单微网系统组合成低压多微网系统,并采用能量协调控制策略以及经济运行策略来进行能量分配和管理。因此,本文针对微电网功率协调控制以及经济运行策略展开了相关研究,主要工作如下:首先,本文对微网中分布式发电单元(光伏发电系统、风力发电系统、柴油机发电系统)和储能系统进行发电的原理分析和数学建模,并搭建相应的仿真模型。同时,对比分析分布式电源能量变换控制方法和微电网典型控制策略,并进行仿真分析。其次,结合我校多微网实验室平台,研究设计三层协调控制构架,完成了层级功能定义和控制策略分析;同时,针对传统下垂控制中无功功率不能均分问题,本文提出一种基于公共负荷侧电压反馈的改进下垂控制策略,通过小信号分析方法对该策略进行建模,为系统参数设定提供了理论依据;并通过MATLAB/Simulink仿真来验证本文的无功功率分配关系,提高微电网的供电质量。第三,本文从孤岛和并网两种模式对实验室微网系统的经济运行策略进行研究分析,并建立相应模式下的目标函数以及对应约束条件的处理方法;同时,提出了改进的粒子群优化算法,并和传统的粒子群优化算法进行实验分析对比,实验结果验证了改进粒子群优化算法的优越性。最后,介绍了本校多微网实验平台的结构组成以及软件系统设计;同时,分别针对多微网平台孤岛模式和并网模式下能量协调控制策略进行实验验证,实验结果表明整个系统协调控制策略的有效性。
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