微电网复合储能系统控制策略研究

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本文研究了复合储能系统在微电网中的应用,研究了复合储能的控制策略,将不同特性的储能装置混合使用、协调控制,解决孤岛运行下微电网暂态过程中电能质量和系统不稳定等问题,保证系统安全稳定运行,其次,建立了基于复合储能的微电网稳定性分析数学模型,并在单储能电源控制系统的基础上,结合电力系统的稳定性分析,对提出的控制策略做出评价。主要研究内容如下:(1)对微电网的控制策略进行了简要的说明,包括单个微电源的控制和微电网的综合控制策略。孤岛运行状态下复合储能系统为主电源,其控制策略主要为V/f控制或者下垂控制,储能电源都作为系统的母线电压和频率的调节电源。根据不同储能系统的下垂特性,提出了复合储能协调控制策略,即全钒液流储能为下垂控制电源,长期稳定母线电压和频率,超级电容储能采用倒下垂控制策略,目的是要在孤岛运行下,超级电容改善系统电压和频率异常情况下的暂态过程。(2)建立了三相全桥变流器的数学模型,推导了全钒液流储能系统下垂控制策略的传递函数,对全钒液流下垂控制进行了设计,为复合储能控制策略的研究奠定了基础,展开了全钒液流下垂控制的理论设计,并在PSCAD中对全钒液流的下垂控制策略进行了仿真验证。(3)建立了多储能电源电力系统稳定分析模型,为微电网复合储能控制策略的稳定性进行分析评价。根据复合储能控制策略的理论研究和稳定性分析结果,在软件PSCAD里面对微电网复合储能控制策略进行了仿真验证,仿真表明,相比单一储能作为系统电压和频率的支撑电源,全钒液流和超级电容复合储能微电网能够在系统出现异常的情况下快速响应,提高了系统的暂态稳定性。(4)在金风兆瓦级微电网实验平台上进行了一系列实验验证,为了验证复合储能下为优势互补策略,进行了包括复合储能控制策略中超级电容平抑系统暂态功率波动实验,复合储能控制策略下超级电容改善母线电压频率暂态异常实验试验和微电网切换过程复合储能起到显著效果等实验。实验结果对前面的理论分析和仿真结果做了理想的验证。
摘要第3-5页
ABSTRACT第5-6页
第一章 绪论第9-21页
    1.1 课题背景第9-11页
    1.2 现阶段各种储能技术比较第11-15页
    1.3 储能技术国内外研究现状第15-16页
    1.4 储能和微电源的控制第16-19页
        1.4.1 PQ 控制第17页
        1.4.2 下垂控制第17-18页
        1.4.3 电压/频率(V/f)控制第18-19页
    1.5 储能和微电源控制策略的选择第19页
    1.6 论文的主要内容与章节安排第19-21页
第二章 复合储能及微电源变流器建模分析第21-37页
    2.1 电压型三相全桥变流器数学模型第21-26页
        2.1.1 三相静止坐标系下数学模型第22-23页
        2.1.2 两相静止坐标系下数学模型第23-25页
        2.1.3 两相旋转坐标系下数学模型第25-26页
    2.2 复合储能系统控制策略的研究第26-27页
    2.3 全钒液流储能控制策略第27-32页
        2.3.1 变流器滤波参数的设计第27-28页
        2.3.2 电压电流双环控制器设计第28-30页
        2.3.3 功率控制器的设计第30-32页
    2.4 超级电容储能控制策略第32-36页
        2.4.1 超级电容倒下垂控制策略第32-35页
        2.4.2 倒下垂电压频率环节第35-36页
    2.5 小结第36-37页
第三章 基于复合储能的微电网系统建模分析第37-51页
    3.1 储能系统动态数学模型第37-39页
    3.2 恒功率控制电源动态数学模型第39-41页
    3.3 系统潮流代数方程第41-46页
    3.4 复合储能微分代数方程第46-49页
        3.4.1 复合储能动态方程第46-48页
        3.4.2 基于复合储能的微电网潮流方程第48-49页
    3.5 小结第49-51页
第四章 复合储能控制策略稳定性分析及仿真第51-68页
    4.1 微电网下垂控制电源特性仿真第51-61页
        4.1.1 全钒液流储能带负载稳定性分析第52-54页
        4.1.2 全钒液流储能带阻性负载仿真第54-57页
        4.1.3 全钒液流储能带感性负载仿真第57-59页
        4.1.4 全钒液流储能带容性负载仿真第59-61页
    4.2 复合储能微电网控制策略仿真第61-67页
        4.2.1 复合储能控制策略下系统稳定性分析第61-64页
        4.2.2 协调控制策略下微电网暂态特性研究第64-67页
    4.3 小结第67-68页
第五章 复合储能系统控制策略实验研究第68-82页
    5.1 实验平台设计第68-74页
        5.1.1 能量管理系统第68-70页
        5.1.2 控制系统通讯第70-71页
        5.1.3 实验样机实物第71-74页
    5.2 系统实验分析第74-80页
    5.3 小结第80-82页
第六章 总结与展望第82-84页
    6.1 工作总结第82-83页
    6.2 展望第83-84页
参考文献第84-88页
致谢第88-89页
攻读硕士学位期间取得的研究成果第89页
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