直流微网容量优化配置与协调控制研究

随着经济的飞速发展,对能源的需求不断增加,化石能源日渐枯竭及环境污染问题引起了全世界的广泛关注,由此推动了新能源发电技术在国内外的深入研究和应用。本文从独立型微网的需求出发,研究了光储式直流微网的容量优化配置及光伏发电单元与储能系统的协调控制问题。首先,研究了直流微网的拓扑结构,以满足系统内部负荷和发电功率平衡为目标,确定了直流微网的基本构成,主要包括光伏电池为主的发电单元和负责平滑系统功率波动的储能单元。通过研究各部分工作原理,建立了各组件的输出功率模型,并根据各自的优点,制定了直流微网系统内部功率分配策略。其次,为了提高直流微网的稳定性和灵活性,采用了基于混合储能系统的直流微网结构,同时增添了柴油发电机。针对由光伏电池、柴油发电机、蓄电池及超级电容器组成的微网系统,建立了直流微网容量优化配置模型。分析了负荷缺电率、新能源渗透率及能量过剩率对系统经济性和稳定性的影响,并运用遗传算法对多目标优化模型进行求解,优化结果使新能源渗透率达到42.23%,可满足全年285795kW负荷用电的微网系统功率需求。结果表明,容量配置结果能够满足系统对经济性和可靠性的要求,可以为用户提供一种灵活可靠的容量配置方法。最后,研究了光储式直流微网的协调控制策略。针对光伏电池采用扰动观察法实现最大功率点跟踪控制,提高了对光能的利用率;针对蓄电池采用电压外环电流内环的双环PID控制,保证了直流母线电压的稳定;针对超级电容器采用电流单环PID控制,平抑储能系统内功率波动的高频分量,优化储能系统的性能。并在Matlab/Simulink仿真平台搭建模型进行仿真,验证了直流微网系统协调控制策略的有效性,进一步通过搭建实验平台验证了储能系统控制策略的可行性。