微网控制及小信号稳定性分析与能量管理策略

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分布式电源渗透率的增加、政策扶持力度的增大以及国家电网公司实施智能电网的契机,使我国多所研究机构和高校对微网展开了如火如荼的研究工作。微网不仅能解决分布式电源大规模接入的问题,还能发挥各类分布式电源的优势、提高供电可靠性和为用户带来更多的效益。控制是微网实现上述功能的关键技术之一,所以本文对分布式电源控制、微网控制及微网能量管理策略进行了研究,主要工作如下:1.针对逆变型分布式电源控制方式灵活且惯性较小的情况,提出了逆变型分布式电源控制策略。并网运行时为实现分布式电源(微型燃气轮机)“以热定电”的特点,对分布式电源逆变器采取有功电压控制(PV控制);孤网运行时为实现分布式电源的即插即用,对逆变器采取下垂控制(P-f控制和Q-V控制),在负荷变化时仅利用各分布式电源本地信息进行协调控制分配负荷,并满足负荷对电压和频率的要求。为保证用于改善暂态性能的直流侧储能设备运行安全,在有功下垂控制中,设计增加了功率输出限制环节。应用该控制方法实现了微网并网和孤网运行的灵活切换,并把分布式电源出力限制在允许范围内,保护了直流侧储能设备。2.考虑到网络和负荷实际动态特性以及大容量(兆瓦级)逆变器较小的带宽,为更准确分析微网和大容量逆变器的动态性能,建立了大容量(兆瓦级)逆变型分布式电源微网并网运行和孤网运行时小信号稳定性分析模型,其中包括两个子模型:网络及负荷小信号动态子模型和分布式电源逆变器的小信号动态子模型。通过计算该模型特征值,可直观分析微网小信号稳定性和比较不同控制策略的动态性能;进一步对特征值进行敏感度分析,可为控制器参数和电气参数的优化设计提供依据,从而提高微网小信号稳定性。3.在分析分布式电源与传统电源不同特性的基础上,规划提出了微网能量管理系统的构成、任务和工作流程,能量管理系统还考虑了微网在各种状况和约束下的经济调度和优化运行。针对实验室微网运行控制,提出中央控制器和局部(分布式电源和负荷)控制器相结合的控制策略,该控制策略既能实现微网的灵活运行、无缝切换,又能在孤网运行时跟踪负荷变化,保持系统稳定性。4.基于组态软件iFix对实验室微网监控平台系统进行架构和功能开发,并嵌入了所提出的优化策略和控制策略。该平台为深化微网技术的研究提供了支撑,为相应的教学、实验奠定了基础。
摘要第5-7页
Abstract第7-8页
第1章 绪论第15-29页
    1.1 研究背景及意义第15-17页
    1.2 微网国内外研究现状第17-19页
        1.2.1 微网国外研究状况第17-18页
        1.2.2 微网国内研究现状第18-19页
    1.3 微网相关问题及技术第19-25页
        1.3.1 微网电能质量第20-21页
        1.3.2 微网控制第21-25页
        1.3.3 微电网保护第25页
    1.4 微网稳定性分析第25-26页
    1.5 微网能量管理第26-27页
    1.6 论文主要工作第27-29页
第2章 电力系统小信号稳定性特征值分析法第29-34页
    2.1 引言第29页
    2.2 小信号稳定性分析概述第29-30页
    2.3 特征值和特征向量的物理意义第30-32页
    2.4 特征根灵敏度及参与因子第32页
    2.5 小信号稳定性问题的特性第32-33页
    2.6 本章小结第33-34页
第3章 逆变器型分布式电源微网控制策略第34-47页
    3.1 引言第34页
    3.2 微网结构及控制策略第34-35页
    3.3 逆变器型分布式电源并网第35-36页
    3.4 SPWM调制逆变器数学模型第36-40页
        3.4.1 SPWM逆变器的调制方法第36-37页
        3.4.2 三相逆变器数学模型第37-39页
        3.4.3 逆变器出口滤波器参数的设计第39-40页
    3.5 逆变器控制策略第40-43页
        3.5.1 PV控制第40-41页
        3.5.2 P/f下垂控制第41-42页
        3.5.3 Q/V下垂控制第42-43页
    3.6 仿真算例及分析第43-46页
        3.6.1 算例一第43-45页
        3.6.2 算例二第45-46页
    3.7 本章小结第46-47页
第4章 逆变型分布式电源微网孤网运行小信号稳定性分析第47-65页
    4.1 引言第47页
    4.2 孤网运行微网等效电路及坐标变换第47-49页
        4.2.1 孤网运行微网等效电路第47-48页
        4.2.2 逆变器坐标变换第48-49页
    4.3 孤网运行微网小信号状态空间模型第49-59页
        4.3.1 网络及负荷模型第49-52页
        4.3.2 逆变器模型第52-59页
        4.3.3 微网系统模型第59页
    4.4 计算与仿真第59-63页
        4.4.1 微网小信号模型阶跃响应分析第59-61页
        4.4.2 特征值敏感度分析第61-63页
    4.5 本章小结第63-65页
第5章 逆变型分布式电源微网并网运行小信号稳定性分析第65-81页
    5.1 引言第65页
    5.2 并网运行时微网等效电路第65-66页
    5.3 并网运行微网小信号状态空间模型第66-76页
        5.3.1 网络及负荷模型第66-70页
        5.3.2 逆变器模型第70-76页
        5.3.3 微网系统模型第76页
    5.4 仿真与算例第76-80页
        5.4.1 逆变器PQ控制第77-79页
        5.4.2 逆变器PV控制第79-80页
    5.5 本章小结第80-81页
第6章 实验室微网监控平台能量管理策略第81-93页
    6.1 引言第81页
    6.2 微网能量管理第81-83页
        6.2.1 微网能量管理系统的构成与任务第81-82页
        6.2.2 微网经济调度和优化运行第82-83页
    6.3 微网控制策略第83-85页
        6.3.1 微网运行控制第83页
        6.3.2 DG控制策略第83-85页
    6.4 仿真算例第85-87页
    6.5 实验室微网监控平台系统第87-91页
        6.5.1 实验室微网监控系统结构第87-88页
        6.5.2 微网监控平台功能第88-91页
    6.6 本章小结第91-93页
第7章 结论与展望第93-95页
    7.1 结论第93-94页
    7.2 展望第94-95页
参考文献第95-102页
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果第102-103页
攻读博士学位期间参加的科研工作第103-104页
致谢第104-105页
作者简介第105页
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