户用光伏微网系统研究

由于户用型光伏微网位于电网终端,负载能就地消耗光伏电池所发出电能,从而使电能在传输过程中的损失大大减少,充分利用了分布式光伏能源发电紧靠本地负荷中心和无污染的优点,同时又克服了太阳能地域分散性的缺点。和光伏大电站相比,户用光伏微电网具有灵活性和经济性等优点。因此,本文以光伏发电与储能系统连接到电网的基础上,分析了户用光伏微网的拓扑结构和孤岛检测方法研究以及户用光伏微网的计划孤岛运行,并且户用光伏微网在孤岛运行时,如何使逆变器输出的电压和频率以及波形的畸变率符合电能质量的要求,以及利用遗传算法分析并制定了了该户用光伏微网系统的日前调度计划。本文的主要工作和成果有:1、设计了一台3 kW的单相光伏并网逆变器,既能并网运行,又能离网运行,输出电压为220 V,50 Hz的正弦波,额定功率为3 kW,波形畸变率小于5%,功率因数等于1,符合设计要求。2、设计了一套户用光伏发电微电网装置。在对光伏并网逆变器分析研究的基础上,设计了一套户用光伏微电网装置,包括3kW光伏电池板、两组12 V、200 Ah蓄电池、光伏并网逆变器3 kW、双向逆变器3kW和本地交流负荷等,通过获取的户用光伏微网数据研究从而验证光伏微电网平滑切换的主从控制策略等。理论分析、仿真及实验数据表明:提出的户用光伏微电网拓扑结构,既能并网运行,又能离网运行,所提出的主从控制策略能高效的吸收光伏电能,高效率地为本地负荷提供电能,确保系统稳定可靠运行。3、为了智能电网发展的需要,本文以山东泰安地区某户负荷为例,结合基于储能水平控制,采用遗传算法合理制定户用光伏微电网日前用电计划。得到结论如下:(1)用户角度该户用光伏微电网优化前可售电情况下从电网售电能获得收入2.76元,所建立的模型能够通过合理安排储能水平和可时移负荷的用电时间,使优化后可售电情况下能从电网获得4.925元,从而达到家庭收入最多,光伏发电能源的发电利用率最大。(2)电网角度对可时移负荷进行优化调度后,通过储能和可时移负荷的配合可以起到削峰填谷的作用,对增加供电能力和提高供电可靠性有重要意义。4、针对被动式孤岛检测方法有很大的非检测区和主动式孤岛检测方法对电能质量有谐波污染等缺点,本文对并网逆变器提出了一种新的被动式孤岛检测方法—基于小波神经网络判别孤岛检测。该方法采集公共连接点的电压信号,利用基于各尺度小波变换系数能量的提取特征量方法,提取出的特征向量不仅具有平移不变的特性,还反映信号的时频局部特征,提高了孤岛检测的实时性。采用具有强大的模式识别能力的三层BP神经网络,能有效辨识孤岛和非孤岛状态。该孤岛检测方法通过Matlab仿真结果表明判别孤岛与非孤岛的正确率达到了98.45%,比传统的被动式孤岛检测方法检测盲区小,由于没有向控制信号中加入扰动量,因而没有谐波污染,不会对电能质量产生不良影响,这弥补了主动式检测法的不足,并且不会引起电压幅值或频率越限,对系统没有破坏性,也不会带来有功功率波动,有利于光伏能源应用。