交直流混合微电网运行控制关键技术研究

目前,全球能源过度消耗与环境问题亟待解决,微电网作为可充分发挥清洁可再生能源优势的发配电系统,具有广阔的应用和发展前景。微网中分布式电源采用电力电子变换装置接入,增加了控制的灵活性,但由于变换器类型多样以及分布式电源出力特性差异,增加了系统在维持能量平衡、电压、频率稳定等方面的控制难度。微网常采用主从控制、对等控制等运行控制策略对系统内能量流动进行协调控制,实现清洁可再生能源的高效利用。交直流混合微电网基于交流微电网与直流微电网各自优势,大大减少功率变换环节,降低多级变换带来的能量损失,可同时满足交流负荷与直流负荷的用电需求。本文利用MATLAB/Simulink仿真平台,针对交直流混合微电网进行建模,对交直流混合微电网的运行控制策略进行研究和分析,采用主从控制策略实现整个微网系统的功率平衡和稳定运行。具体工作如下：首先分别对用于微电源控制的恒功率(PQ)控制、恒压恒频(VF)控制、下垂(Droop)控制和用于微电网运行控制的主从控制(master-slave control)、对等控制(equivalent control)、多Agent系统(multi-agent system)进行分析。其次,对光伏发电单元进行研究,建立光伏在外界环境变化下的发电等效模型,对最大功率点跟踪法(MPPT方法)中传统定步长扰动观测法和改进的变步长扰动观测法分别进行建模仿真和对比分析,验证了后者的控制优势；建立在微网运行过程中可有效平抑电压波动的双向DC/DC蓄电池储能单元仿真模型,分别在并网、孤岛状态下对储能单元的控制策略进行设计和仿真。然后,对交直流母线间的双向AC/DC变流器进行较详细的数学建模分析,对其并网、孤岛状态下的运行控制策略进行重点设计和分析,计算双向变流器直流侧电容以及交流侧LC型滤波器参数,分析传递函数并获得合理的控制参数,同时对电压-无功(UQ)控制、恒功率(PQ)控制、恒压恒频(VF)控制进行了详细分析和设计过程推导。最后,在MATLAB/Simulink中建立整个交直流混合微电网系统仿真模型,分析混合微网典型运行工况,对典型工况以及不同工况间切换过程进行仿真,从而验证了本文交直流混合微电网中所采用的主从控制策略及各微电源控制方法的正确性和可靠性,并通过仿真具体分析了混合微网运行控制的动态过程。