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基于虚拟同步机的微网逆变器控制策略及系统稳定性研究

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基于虚拟同步机的微网逆变器控制策略及系统稳定性研究

作者：郝新星合肥工业大学

学位级别：硕士

为充分利用分布式发电的优势,规避其劣势,微网应运而生。微网是一种由储能装置、负荷、分布式微源和控制装置共同组成的系统单元,既可以运行在并网模式与大电网交换电能,也可以运行在孤岛模式为负荷提供高质量不间断的电能。在微网逆变... 详细信息

为充分利用分布式发电的优势,规避其劣势,微网应运而生。微网是一种由储能装置、负荷、分布式微源和控制装置共同组成的系统单元,既可以运行在并网模式与大电网交换电能,也可以运行在孤岛模式为负荷提供高质量不间断的电能。在微网逆变器控制策略中引入同步发电机的算法,使微网逆变器可以模拟同步发电机利于组网运行的优点,是本论文研究的主要内容。本文采用虚拟同步发电机算法来控制微网逆变器,对微网并网、组网运行模式下电压、频率的控制以及负荷功率的分配进行了理论探究和仿真验证,具体的内容如下：(1)介绍了微网的研究背景、定义及特点,分析了国内外的研究现状。总结了微网的控制结构及微网逆变器的常用控制策略并引出了虚拟同步发电机的控制思想。(2)对典型的微网逆变器主电路进行建模,在此基础上建立了虚拟同步发电机的定转子方程,并与同步发电机进行了一致性分析。(3)建立了虚拟同步发电机的控制器模型,对关键参数进行了分析,并研究了基于虚拟同步发电机的微网并离网切换。(4)采用分层控制结构,基于虚拟同步发电机控制设计了一次调频、二次调频和一次调压、二次调压,分析了孤岛运行模式下微网内负荷功率的分配。(5)在MATLAB中搭建了单台VSG独立带载和两台VSG组网运行仿真模型,仿真结果验证了本文虚拟同步发电机控制策略能够实现微网系统频率和电压的稳定性。

关键词：微网虚拟同步发电机控制器并离网切换分层控制

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微电网变流器控制技术研究

微电网变流器控制技术研究

作者：吴思哲北京交通大学

学位级别：硕士

微电网作为可再生能源利用研究的前沿领域,已经为世界各国所重视。本文以微电网各个组成单元变流器的控制策略为研究对象,结合不同的控制目的进行了仿真分析,并对其进行了实验验证。首先介绍了微电网中各个组成单元变流器拓扑结构,... 详细信息

微电网作为可再生能源利用研究的前沿领域,已经为世界各国所重视。本文以微电网各个组成单元变流器的控制策略为研究对象,结合不同的控制目的进行了仿真分析,并对其进行了实验验证。首先介绍了微电网中各个组成单元变流器拓扑结构,在此基础上分析了这些变流器的控制原理和控制策略,研究了微电网并网和离网运行时的公共直流母线电压的控制技术：并网时由网侧变流器控制,离网时由储能单元控制。同时针对微电网工作时外部环境的变化,提出了一种微电网系统协调控制技术,使得微电网能够稳定运行,以实现对大电网的“移峰填谷”的作用。通过仿真验证了上述两种控制技术的有效性,并对公共直流母线控制技术进行了实验验证。其次研究微电网中储能单元的变流器及其控制技术。首先介绍了几种非隔离型与几种隔离型的双向DC-DC变流器电路拓扑,针对恒流充电和恒流放电的控制目的,分别介绍了半桥非隔离型和对称全桥隔离型双向DC-DC变流器的控制策略并进行了仿真验证。对采用半桥式非隔离型双向变流器的储能单元进行小功率实验验证,实现了对储能电池的恒流充放电和网侧单位功率因数,验证了并网逆变器和双向DC-DC变流器控制策略的可行性。再次研究微电网离网运行带不平衡负载及非线性负载时负载电压的矫正技术,介绍了不平衡负载和非线性负载的基本问题,针对带中线的不平衡负载,引入三相四桥臂拓扑作为负载不平衡时负载侧变流器,通过控制该变流器第四桥臂来抑制负载电压中的零序分量,并对抑制效果进行了仿真验证。采用负序分量间接和直接控制法来抑制负载电压中的负序分量,然后对抑制效果进行仿真对比分析。针对带非线性负载情况,采用了比例积分谐振（PIR）控制器替代传统的PI控制器,以更好地控制非线性负载引起的负载电压的谐波分量,通过仿真验证了PIR控制策略的有效性和正确性。本文还研究了微电网并离网切换控制技术。首先分别介绍了微电网并网运行模式下和离网运行模式下的控制策略,然后在此基础上研究两种运行模式相互切换时的控制策略,以实现切换过程的平滑和稳定性,对上述控制策略进行了仿真分析,并在仿真的基础上分别对微电网并网控制策略、离网控制策略和并离网切换控制策略进行实验验证。

关键词：微电网储能双向DC-DC 不平衡非线性并离网切换

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交直流混合微电网协调控制策略研究

交直流混合微电网协调控制策略研究

作者：高源华北电力大学

学位级别：硕士

随着全球范围内能源危机和环境问题的出现,以及电力用户对电网供电可靠性和电能质量的要求愈加严格,微电网凭借着清洁、微型、友好及自治的优势应运而生,与其相关的技术研究也成为国内外专家和学者探索的热点。微电网能够有效整合各类... 详细信息

随着全球范围内能源危机和环境问题的出现,以及电力用户对电网供电可靠性和电能质量的要求愈加严格,微电网凭借着清洁、微型、友好及自治的优势应运而生,与其相关的技术研究也成为国内外专家和学者探索的热点。微电网能够有效整合各类分布式能源,并且可以在孤岛运行和并网运行模式之间进行灵活切换,进而提高电能质量、提升供电可靠性。为了确保交直流混合微电网的安全可靠运行,需根据其电网组成结构和运行控制模式,对分布式电源、储能设备及互联变流器等装置采取合理有效的控制策略。本文对交直流混合微电网的协调控制策略进行研究,所做主要工作如下:结合风光储水智能微电网示范工程中的交直流混合微电网项目,构建了交直流混合微电网结构图。简要介绍了光伏系统、储能系统、负荷系统、协调控制器及能量管理系统,并对光伏系统及储能系统进行结构简化与模型搭建。根据交直流混合微电网交流侧和直流侧各装置的接入情况,提出了一种适用于主从控制模式的协调控制策略,并在Simulink集成环境中进行设计与仿真操作,验证所提出控制策略的可行性。研究了交直流混合微电网的启动和运行模式,分别对交流微电网与直流微电网的运行模式转换条件进行论证说明,在并网转离网及离网转并网过程中,使用仿真平台检验微电网系统实现并离网无缝切换的准确性。

关键词：交直流混合微电网协调控制控制策略并离网切换

T型三电平储能变流器关键技术研究及装置研制

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T型三电平储能变流器关键技术研究及装置研制

作者：朱孟隆山东建筑大学

学位级别：硕士

近年来,随着物质生活水平和工业信息领域的飞速发展,各国对传统能源的索取越来越严重。然而全世界储备的传统能源有限,在这种大背景下,新能源的开发利用成为了研究重点,特别是分布式储能领域,已经成为了研究的热点。分布式储能系统可与... 详细信息

近年来,随着物质生活水平和工业信息领域的飞速发展,各国对传统能源的索取越来越严重。然而全世界储备的传统能源有限,在这种大背景下,新能源的开发利用成为了研究重点,特别是分布式储能领域,已经成为了研究的热点。分布式储能系统可与新能源系统相结合,实现对新能源的并网利用,因此对储能系统的研究有着重要意义。本文在储能系统相关研究的基础上,主要对DC/AC双向变流器的相关技术进行了深入研究。本文设计了一种两级式储能系统结构,由DC/DC双向变流器和DC/AC双向变流器组成。DC/DC双向变流器实现直流电压的升降,DC/AC双向变流器实现直流电与交流电的相互转换。DC/DC变流器采用Buck-Boost三相交错并联拓扑结构,可以有效降低电流纹波和器件的电压电流应力,主要分析研究了该变流器的拓扑结构和基本工作原理,采用PI控制策略,实现稳定升降压功能。DC/AC变流器采用T型三电平拓扑结构,本文分析了T型三电平双向变流器实现电能变换的基本原理,采用新型i-i检测方法对电流进行检测,详细分析研究了三电平变流器SVPWM的控制策略,并与新型i-i检测方法相结合控制变流器,这种控制方式既步骤简单,又能够较好实现变流器控制能量双向流动的功能。搭建了储能变流器仿真模型,对所使用的控制方法进行了仿真验证,证明了该方法的有效性。其次,对储能系统在并离网模式切换过程中产生的电压突变问题进行了分析研究。采用预同步控制策略控制储能系统并离网切换。这样能够实现储能系统并离网平滑切换,减小因并离网切换带来的电压电流冲击。最后根据上述理论研究,设计了T型三电平双向变流器装置。电路设计主要包括变流器主电路结构设计、电源模块设计、采集电路设计、开关量采集和输出电路设计、PWM输出电路设计、IGBT驱动电路设计。给出了双向变流器系统主要的软件工作流程图,包括主程序、中断程序、指令电流运算子程序、PWM运算子程序和并离网模式切换程序等流程图。并搭建了T型三电平双向变流器实验样机。

关键词：分布式储能系统三电平变流器 SVPWM控制并离网切换

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用于微网系统的储能变流器研究

用于微网系统的储能变流器研究

作者：杨涛北京交通大学

学位级别：硕士

随着越来越多的分布式发电得到应用,分布式发电的引入对主电网带来的一些不利影响也受到人们越来越广泛的关注。为了解决分布式电源与主电网之间的矛盾提出了微电网的概念。由分布式电源、储能装置、监控系统和保护装置等组成的微网能... 详细信息

随着越来越多的分布式发电得到应用,分布式发电的引入对主电网带来的一些不利影响也受到人们越来越广泛的关注。为了解决分布式电源与主电网之间的矛盾提出了微电网的概念。由分布式电源、储能装置、监控系统和保护装置等组成的微网能够实现自我控制、保护和管理,已受到全世界广泛的关注。储能技术对于微网的安全稳定运行起到至关重要的作用,储能系统可以平抑微网的功率波动,孤网运行时稳定母线电压,并且能够提供无功补偿,提高微网的电能质量。电池储能由于技术成熟、可靠性高、成本较低,得到广泛的应用,本文研究的是作为电网与电池之间连接接口的储能变流器,研究了储能变流器的主电路参数设计及不同工况下的控制策略,通过仿真和实验的方法进行了验证。首先,在分析了储能变流器的不同系统结构类型的优缺点的基础上选择了储能变流器拓扑,分别叙述了储能变流器中DC/DC变换器和DC/AC变流器的工作原理及控制方法,完成了储能变流器的主要硬件参数设计。其次,研究了储能技术在风光储互补微网中的主要应用,从功率平滑、削峰填谷、离网运行三个方面着手设计了储能变流器的控制策略,分为并网模式下的DC/DC恒流控制、DC/DC下垂控制,离网模式下的DC/AC双闭环控制、DC/AC下垂控制。利用Matlab软件对储能变流器控制策略进行仿真,验证了依靠所制定的控制策略能够实现储能系统在微网中的主要功能。最后,通过对储能变流器功能性实验和现场的微网系统功能实验的波形分析,验证了本文设计的储能变流器硬件结构及控制策略可以实现设定的功能,表明了设计方案的可行性。

关键词：储能变流器多重化DC/DC变换器功率平滑并离网切换

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单相光伏逆变器并离网控制系统设计

单相光伏逆变器并离网控制系统设计

作者：李宗鉴温州大学

学位级别：硕士

分布光伏并网发电系统近年来发展迅速,并网逆变器作为分布式发电系统与电网的接口电路得到了广泛的应用。为保证本地敏感负载的供电可靠性,分布式并网逆变器一般具并网运行模式和离网独立运行模式,因此逆变器在两种模式之间的无缝切换,... 详细信息

分布光伏并网发电系统近年来发展迅速,并网逆变器作为分布式发电系统与电网的接口电路得到了广泛的应用。为保证本地敏感负载的供电可靠性,分布式并网逆变器一般具并网运行模式和离网独立运行模式,因此逆变器在两种模式之间的无缝切换,保证本地负载供电的连续性成为一大难题。本文正是针对上述难题,设计了单相光伏逆变器的并离网控制系统。(1)本文分析了国内外光伏发电的发展趋势。光伏发电作为一种新型的可再生能源,其具有的一系列特殊优势以及广泛的应用前景。阐述了并离网无缝切换概念,总结了目前国内外针对并网离切换研究的难点与热点。(2)针对单相逆变器拓扑结构,建立了逆变器并网运行模式和离网独立运行模式的数学模型,并在此基础上提出了相对应的控制策略。设计了一种改进的离散比例谐振控(DPR)制器,论证了该控制器在离散域到交流参考信号跟踪的无差性。(3)提出了针对单相并离网系统的软件闭环锁相方法与孤单检测方法。设计了一种改进的单相闭环锁相方法,论证了该锁相方法中生成的正交性号具有无差性。(4)针对逆变器在双模式之间切换时存在的各种问题,设计了一种并离网无缝切换方法,并给出了逆变器详细的切换流程。(5)针对目前各种光伏电池最大功率跟踪(MPPT)算法的优势与缺陷,提出了两级式光伏逆变系统在并离网双模式下的前后级控制策略。最后,通过实验平台测试结果分析,表明本文设计的控制系统能够实现并网逆变器并网运行模式与离网独立运行模式之间的无缝切换,保证本地负载在逆变器两种模式切换过程中的连续供电,满足设计需求。

关键词：并网逆变器并离网切换锁相环孤岛检测最大功率跟踪

基于可调度虚拟振荡器控制的微电网无缝切换控制策略研究

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基于可调度虚拟振荡器控制的微电网无缝切换控制策略研究

作者：谢杰重庆理工大学

学位级别：硕士

随着分布式新能源的迅猛发展,越来越多的分布式电源以微电网为平台接入电网,可再生能源在为环境的保护做出贡献的同时,也加大了电网调压调频的压力。微电网并网逆变器作为分布式电源与微电网的接口,其运行与控制是微电网保持稳定的关键... 详细信息

随着分布式新能源的迅猛发展,越来越多的分布式电源以微电网为平台接入电网,可再生能源在为环境的保护做出贡献的同时,也加大了电网调压调频的压力。微电网并网逆变器作为分布式电源与微电网的接口,其运行与控制是微电网保持稳定的关键。本文针对传统并网逆变器控制策略动态性能差的弊端,对微电网的运行与控制进行了深入研究,以可调度虚拟振荡器控制为核心,搭建了基于可调度虚拟振荡器的微电网,分析了微电网协调控制策略,提出了基于可调度虚拟振荡器控制的微电网的并离网无缝切换控制策略。首先,针对下垂控制并网逆变器的弊端,结合虚拟振荡器的思想,设计了虚拟振荡器控制的并网逆变器。虚拟振荡器控制是一种非线性时域控制器,与下垂控制或虚拟同步发电机控制相比,在孤岛微电网中有着更快的一次控制响应,尽管其拥有优越的性能,但由于缺乏二次调节能力,虚拟振荡器控制的采用受到了限制。然后,针对虚拟振荡器控制缺乏二次调节能力的问题,设计了可调度虚拟振荡器控制的逆变器控制方法,并对其固有下垂特性进行了分析。可调度虚拟振荡器控制只需要局部测量来诱导具有可编程下垂特性的电压支撑行为。可调度虚拟振荡器控制是可调度的,即逆变器可以通过用户定义的功率设定值来改变其发电量,以保证较强的稳定性。最后,从逆变器协调控制的角度出发,搭建了基于可调度虚拟振荡器控制的主从结构的微电网。在微电网并网运行时,主从逆变器都采用恒功率控制,在微电网离网运行时主逆变器采用可调度虚拟振荡器控制,从逆变器采用恒功率控制。利用MATLAB/Simulink搭建相关模型,验证了主从结构的可调度虚拟振荡器控制的微电网电压和频率的稳定性。设计了基于可调度虚拟振荡器控制的微电网的并离网无缝切换控制策略,通过仿真验证,实现了对基于可调度虚拟振荡器控制的微电网在并离网切换时的电压电流冲击的抑制。

关键词：微电网可调度虚拟振荡器控制协调控制并离网切换抑制策略

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微网监控系统及其控制策略设计

南方能源建设 2018年第A1期5卷 177-182页

作者：周钰郝为瀚李涛鲁丽娟郭芳中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广州510663 广州供电局有限公司广州510610

[目的]为解决微网的监控系统及其控制策略设计这一难题。[方法]从工程实践的角度出发,介绍了微网的监控系统及其控制策略的设计方法,随后提出了微网监控系统的功能构架、网络结构及微网的控制策略,同时给出并网点并离网控制的具体流程。... 详细信息

[目的]为解决微网的监控系统及其控制策略设计这一难题。[方法]从工程实践的角度出发,介绍了微网的监控系统及其控制策略的设计方法,随后提出了微网监控系统的功能构架、网络结构及微网的控制策略,同时给出并网点并离网控制的具体流程。[结果]最后开展一个工程实例设计,给出了工程实例的网架结构及控制策略。[结论]工程实例表明了该方案的有效性,对实际工程具有指导意义。

关键词：微网并离网切换控制策略监控系统设计

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分布式能源发电系统控制策略研究

机电设备 2018年第6期35卷 65-70页

作者：吴春秋张平海军驻上海江南造船(集团)有限公司军事代表室上海201913

随着能源采集及电力电子技术的进步和对清洁能源需求的增长,包括风能、太阳能等在内的分布式能源发电系统的应用日益得到发展。分布式能源发电系统作为集中式能源的补充,因为其绿色、清洁、靠近负载、可有效提高能源利用率等特点而具有... 详细信息

随着能源采集及电力电子技术的进步和对清洁能源需求的增长,包括风能、太阳能等在内的分布式能源发电系统的应用日益得到发展。分布式能源发电系统作为集中式能源的补充,因为其绿色、清洁、靠近负载、可有效提高能源利用率等特点而具有广泛的应用前景。本文以基于直流微网构建的光储一体化能源系统为研究对象,对逆变器并离网切换、双向DC-DC变换器以及系统能量管理策略进行了研究。

关键词：直流微网并离网切换 LLC谐振变换器