微电网运行特性及其综合控制方法研究

分布式发电为解决当下集中式发电的缺点以及可再生能源发电联网找到了突破口，但分布式发电接入系统后具有的拟负荷特性会有诸多不足。为了协调大电网与分布式电源之间的矛盾，众多学者提出了微电网的概念。微电网为大规模的分布式电源接入提供了可能，它运行在联网和孤岛状态，联网时向主网吸收或供应能量，当主网发生故障时，微电网脱离主网进入孤岛运行状态。此时需要对微电源、储能装置之间进行协调控制才能维持微电网的孤岛运行。 微电网的核心问题即为控制问题。本文通过微电网的建模与仿真对其综合控制策略进行研究。重点工作集中在微电网的主从控制策略的研究及其运行特性分析，微电网中分布式电源逆变器的控制系统的设计，微电网对大电网的影响等三个方面。 首先，本文介绍了微电网的背景意义和国内外的发展现状，详细阐述了微电网中微电源的协调控制理论及其适用性。其次，研究了微电网中涉及逆变器的基本控制理论问题，说明了微电网的逆变器的控制结构和逆变器基本控制策略，并研究了逆变器数学模型和SVPWM技术原理及实现方法。再次，设计了一种基于功率电流双环的PQ控制器并对其运行特性进行了分析。该控制器由功率控制外环和电流控制内环组成。通过算例分析，逆变器输出电压稳定，实现有功和无功的解耦操作，并能够提高输出电流品质和控制平均功率潮流。然后，设计了一种基于改进型下垂特性的V/f控制器并对其运行特性进行了分析。该控制器由基于下垂原理特性的功率控制外环和电压电流控制内环组成。通过仿真算例分析，分布式电源控制器能够自感应微电网内频率和电压的变化实现无通信的自动调节，并且电压电流环具有相应速度快，精度高，改善电能质量等特点。最后，以V/f控制策略作为系统级主控制器，以PQ控制策略作为逆变器元件级从控制器，进而提出了一种无需数据通信环节的各类型分布式电源间的主从控制的微电网协同控制策略，从而大幅度提高了不确定性能源的利用效率，使得微电源能参与到微电网内部的频率调节。通过对微电网在孤岛和联网两个运行模式之间的转换以及孤岛模式下的暂态运行等方式下的电压、频率变化特征进行模拟仿真，验证了该协同控制策略的正确性和有效性。