光伏—燃料电池—蓄电池微电网系统研究

随着环境的日益恶化和能源的枯竭，人们越来越重视可再生分布式能源的发展，其中如何提高分布式能源的发电效率和系统供电可靠性是研究的重点。微电网包含分布式发电装置，例如光伏发电、燃料电池、风力发电和微型燃气轮机、储能装置、敏感负荷及可控负荷。微电网可以并网运行，也可以孤岛运行。无论哪种模式之下，微电网运行控制目标首先是保证系统稳定性，然后是充分考虑微电网的运行经济性。 燃料电池是一种先进的清洁能源，具有能量转换效率高、能量密度大、可控性强、运行噪音低、低热辐射和低排放无污染等优点。质子交换膜燃料电池是本文研究的重点，本文针对光伏-燃料电池-蓄电池微电网发电系统展开了深入的研究。 首先根据光伏发电单元、燃料电池、蓄电池的数学模型建立了仿真模型，并对它们的输出特性进行了分析。针对上述各分布式电源的输出特性设计了逆变器的拓扑结构。光伏发电特性易受环境因素(辐照量、温度)的影响，光伏单元采用电导增量法的MPPT控制策略，针对燃料电池和蓄电池介绍了PQ、V/F以及Droop控制策略，PQ控制策略主要应用于并网运行，V/F控制策略应用于孤岛运行状态。 质子交换膜燃料电池输出具有软特性，并网发电系统需要通过DC/DC和DC/AC并入配电网，并采用PQ控制策略控制输出。通过研究在配电网发生故障导致电压跌落过程中燃料电池输出功率的暂态特性，本文提出了一种由一个电压源、电阻和电感组成的等效电路模型，该模型可应用于配电网的暂态分析，可以将燃料电池发电系统看做一个广义上的动态负荷来处理。燃料电池并网发电系统在配电网正常运行下，进一步研究了改变燃料电池参考输出值后燃料电池功率的输出特性曲线，提出了一种含有一个受控电流源、电容、电阻、电感所组成的等效电路模型，通过该等效电路模型可以得出燃料电池输出的等效传递函数，该传递函数可应用于微电网的潮流分析，最后通过参数辨识的方式得到了等效电路的模型。 微电网的潮流控制可以减少微电网对大电网的冲击，本文针对光伏-燃料电池-蓄电池微电网系统设计了分层结构下微电网的潮流控制策略，并加入了运行计划，仿真结果表明有计划的潮流控制能够提高潮流控制的快速性。本文最后设计了一种基于潮流控制和状态跟踪器的.孤岛切换控制策略，仿真表明该控制策略能够有效地实现微电网从并网运行到孤岛运行的无缝切换。