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冷热电联供型微网中微电源的优化配置研究

冷热电联供型微网中微电源的优化配置研究

作者：朱金猛北方工业大学

学位级别：硕士

随着能源革命的逐步推进,分布式清洁发电、电能替代一次能源的消耗、天然气的合理利用将在其中发挥决定性的作用。冷热电联供以燃气为燃料,包含冷热电联供机组的微网是一种能源利用效率更高、整合分布式能源更加合理的微网形式,目前在... 详细信息

随着能源革命的逐步推进,分布式清洁发电、电能替代一次能源的消耗、天然气的合理利用将在其中发挥决定性的作用。冷热电联供以燃气为燃料,包含冷热电联供机组的微网是一种能源利用效率更高、整合分布式能源更加合理的微网形式,目前在国内已经有试点研究,但理论研究任然有待进一步完善,实际应用也有待深度通过实验来验证。以北京海淀北区永丰组团为例,建立了冷热电联供型微网的模型,并进行容量优化配置、微网接入后可靠性评估的研究,为海淀北区冷热电联供型微网的建设提供参考。论文首先以某建筑物为例,将全年分为供热期、过渡期、供冷期三个时间段,进行了详细地经济性分析。结果表明,三联供系统的经济性是非常可观的。然后,针对“以电定热”、“以热定电”两种运行方式,分别研究了最优的容量配置,并进行了对比分析,研究表明“以电定热”运行方式经济性较好,“以热定电”运行方式虽然硬件容量配置较高,但能源浪费率、碳排放等指标均优于“以电定热”。为了更好的优化能源浪费情况,加入了蓄电池储能,应用遗传算法,进一步研究了经济性性最优容量的优化配置。结果表明,蓄电池不但减小了设备容量,而且供能总费用、能源浪费率等指标均有所改善。其次,为评估微网接入配电网之后的供电可靠性,改进了最小割集算法,将微电网简化为备用电源。研究结果表明,DG作为备用电源接入可以极大的改善负荷点可靠性指标,整个系统供电可用率有所提高。但其可靠性提升依赖于开关的快速切换,通过修正配电自动化技术的故障修复时间模型,进一步论证了微网接入系统后的可靠性提升作用。

关键词：微网微电源冷热电联供经济性可靠性

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微网中微电源的功率解耦控制方法研究

微网中微电源的功率解耦控制方法研究

作者：王阳华北电力大学

学位级别：硕士

近年来,微网已成为国内外电力系统新能源研究领域的热点课题之一。与单纯的分布式电源相比,微网可以实现新能源的大规模并网应用,还可作为主电网的有效互补电网,提高供电可靠性和电能质量,符合我国新能源发电和可持续发展的战略要求,为... 详细信息

近年来,微网已成为国内外电力系统新能源研究领域的热点课题之一。与单纯的分布式电源相比,微网可以实现新能源的大规模并网应用,还可作为主电网的有效互补电网,提高供电可靠性和电能质量,符合我国新能源发电和可持续发展的战略要求,为智能电网的实现提供了必备的技术基础。本文重点对微网中微电源的功率解耦控制方法进行深入的研究。首先,给出了本文的的课题背景及意义,系统地分析了分布式发电技术的产生和发展,进而引出微网的产生背景、意义及研究现状,详细阐述了微网中微电源的电力电子接口类型;其次,针对微网中光伏电源、微型燃汽轮机、储能等基于逆变器接口的微电源,建立基于状态空间表达式的数学模型,提出了一种基于扰动补偿的状态反馈解耦控制方法,并设计逆变器的LC滤波器及双环控制系统,为微网中微电源功率解耦控制奠定了基础;接着,深入研究了微网并网运行时输电线路的功率传输耦合问题,对微网线路功率传输的耦合对象进行了相对增益分析,提出一种基于相对增益分析的目标函数对角化解耦方法,实现微网线路功率的解耦控制,此外,提出了一种新颖的同步旋转坐标系下电压参考值的选取方法;最后本文对微网独立运行时微电源的下垂控制方法进行了深入分析,考虑微网线路参数的特点,提出了一种基于虚拟频率电压的反下垂解耦控制方法,从而实现微网的调频调压,保证微网频率稳定在允许的电能质量偏差范围内。

关键词：微网微电源状态反馈解耦相对增益分析目标函数对角化虚拟下垂控制

基于MEMS振动能量采集器的微电源设计与性能优化

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基于MEMS振动能量采集器的微电源设计与性能优化

作者：王志东山东大学

学位级别：硕士

传感器和网络等通讯技术日益成熟催生了物联网技术的快速发展,且物联网系统中包含着数以万计的传感器等待供能设备。目前的技术水平可以使这些设备的功耗低至微瓦,但传统的电池供电方式仍常常无法满足其持久、稳定、可集成、环境友好型... 详细信息

传感器和网络等通讯技术日益成熟催生了物联网技术的快速发展,且物联网系统中包含着数以万计的传感器等待供能设备。目前的技术水平可以使这些设备的功耗低至微瓦,但传统的电池供电方式仍常常无法满足其持久、稳定、可集成、环境友好型等供能需求。本文设计了一种由振动能量转换模块、电能收集与存储模块以及升压模块三大模块组成的微电源,通过将微电源与物联网待供能设备集成而形成自供能设备,将能为物联网系统提供一种较为理想的供能解决方案。本文在前人研究成果基础上,先由微压电悬臂梁结构着手,考虑尺度效应影响因素,探讨了其力学性能变化规律;接着分别完成了能量转换模块、电能收集与存储模块和升压模块的设计与性能研究;最后针对现阶段能量采集器的不足之处,提出了一种新型的能量采集器结构设计方案,并进行了相关理论分析。论文的主要研究工作包括:(1)微悬臂梁动力学模型改进。针对微悬臂梁结构的压电式振动能量采集器考虑尺度效应影响,采用偶应力理论改进了微悬臂梁动力学模型,并结合实验测试结果充分说明了改进模型的准确性。(2)基于MEMS能量采集器的微电源设计与性能分析。在改进微悬臂梁式压电能量采集器模型的基础上,通过仿真分析并结合实测数据,探讨了其电能输出性能影响因素;进一步应用BQ25504和TPS61020芯片进行了电能收集与存储模块和升压模块的电路设计,并采用TINA对电能收集与存储模块以及升压模块的工作性能分别进行了分析。(3)微电源性能优化。针对微电源能量源头的能量采集器目前存在的高谐振频率和窄工作频带问题提出了一种n段梁和n个质量块组成的新型结构,并推导了其在外界激励下的位移响应以及输出电压的计算公式。以n=2和n=4的采集器为研究对象,分析了其产生的电荷量和电压随频率变化的关系,结果表明采集器的谐振频率实现了大幅度降低,且有效工作频带得到较大拓宽。

关键词：尺度效应振动能量采集器微电源低频宽频

基于微电网的微电源控制策略研究及控制系统设计

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基于微电网的微电源控制策略研究及控制系统设计

作者：杨程江西理工大学

学位级别：硕士

由于传统大电网的输配电方式存在着许多的不足，这也就促使了分布式发电技术的发展。但现有的运行模式早已不能满足更多的应用要求。所以在分布式发电技术的基础上，将微型电源与负载融为一个“整体”，这个“整体”就是一个既可并网运... 详细信息

由于传统大电网的输配电方式存在着许多的不足，这也就促使了分布式发电技术的发展。但现有的运行模式早已不能满足更多的应用要求。所以在分布式发电技术的基础上，将微型电源与负载融为一个“整体”，这个“整体”就是一个既可并网运行也可孤岛运行的微型电网。无论这个微型电网处于何种状态，都需要保证其电能质量的稳定。而这一目的可以通过对各个微型电源进行适当的调节加以实现。大多数的微电源都是经过逆变器后再接入微电网系统的，所以即可将控制对象转变成逆变器。v/f控制就是运用在逆变器上的一种恒压恒频控制，v/f控制中运用了类似传统发电机那样的下垂特性来实现微电源之间的无线并联控制。文章利用P-f、Q-U下垂特性对v/f控制系统进行设计，整个控制系统包含PQ测量与计算、P-f、Q-U下垂控制、电压电流双闭环控制。在双闭环设计中，文章选用滤波电容电流作为电流内环的控制变量，电流内环则可及时的抑制由负载变化所产生的负载电流扰动。文章所设计的v/f控制系统可根据下垂系数的设置，保证频率、幅值小范围变化的同时将微电网中的功率合理的分配给每一个微电源承担，避免了部分微电源过多的承担负载。PQ控制是恒功率控制，适合于微电网的并网运行。文章所设计的PQ控制系统通过控制逆变器输出的有功电流及无功电流来达到控制输出功率的目的。该控制系统可以使微电源根据设定的参考值输出恒定的有功率和无功功率。文章以两相同步旋转坐标系d， q中三相逆变器的数学模型为基础并结合一定的解耦手段，对v/f和PQ控制系统进行设计。采用化典型的方法将设计过程简化。针对v/f控制系统，结合其逆变器等效输出阻抗，对控制系统的参数进行了一定的优化。本文在Matlab/Simulink环境下，选择相应的控制系统进行微电源的独立、组网运行仿真，以验证所设计的控制系统是否有效。实验结果表明文章所设计的v/f控制系统能够稳住负载的电压和频率，并在微电源并联的情况下实现了功率的合理分配。PQ控制系统在参考值不变的情况下输出功率依然不变，并不会受到系统功率变化的影响，变化的功率全由低压配电网承担。文章还通过现在有资源，建立了一个简易的分布式发电系统。并结合系统在本地的运行情况，探究分布式发电的经济性与环保性。

关键词：微电网微电源逆变器 v/f控制下垂特性 PQ控制

微尺度压电振动发电机构动力学分析与微电源设计

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微尺度压电振动发电机构动力学分析与微电源设计

作者：崔兴可山东大学

学位级别：硕士

微机械加工、微电子以及无线传感等技术的迅速发展,使得射频识别系统、嵌入式系统、无线传感器以及它们形成的无线传感网络广泛地应用于日常生活中。这类微器件的功耗越来越低,能够低至微瓦量级,这就要求相应的供电部件具有体积小、集... 详细信息

微机械加工、微电子以及无线传感等技术的迅速发展,使得射频识别系统、嵌入式系统、无线传感器以及它们形成的无线传感网络广泛地应用于日常生活中。这类微器件的功耗越来越低,能够低至微瓦量级,这就要求相应的供电部件具有体积小、集成度高、寿命长甚至是无人看管、无需更换等特点。传统的化学电池供电方式由于存在体积和质量较大、供能时间有限等缺点,已经无法满足这些微器件的供能要求。基于MEMS技术制备的压电振动发电机构能够与各种微器件集成加工在一起,实现微器件的集成化和自供能,将自然界广泛存在的各种振动能量转换为电能,为微电子器件的持久供电提供一种有效的解决方案。因此,基于微尺度的压电振动发电机构的微电源正受到国内外许多研究小组的关注和重视。本文围绕面向MEMS技术的微压电振动发电装置及其应用展开了研究。在分析国内外研究工作的基础之上,建立了微压电振动发电装置的机电耦合模型,分析了各个结构参数以及尺度效应对系统输出性能的影响,并对仿真结果与实验数据进行了分析讨论。首先,建立了微压电振动发电装置的“弹簧-质量块-阻尼-压电”机电耦合模型,但是“弹簧-质量块-阻尼-压电”机电耦合模型没有考虑尺寸的缩小对系统带来的影响,在此基础之上以偶应力理论为基础,建立了微系统具有尺度效应的理论模型。其次,对微尺度的压电振动发电机构模型进行动态特性分析,分析了结构参数以及尺度效应对系统的影响,推导出了微系统的输出电压表达式,利用MATLAB对系统的输出特性进行了仿真,仿真结果与实验数据对比,对比结果说明了模型的合理性以及局限性。最后,在微压电振动发电机构研究的基础之上,对微电源的结构设计和高效的外围接口电路设计进行了讨论,并对基于微电源应用的自供能微无线传感器进行了案例分析。绘制了微传感系统的电路工作原理图,对其进行了软件仿真,证明了其理论上的可行性。

关键词： MEMS 压电振动发电机构理论模型尺度效应微电源

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微电源孤岛规划概述

电网与清洁能源 2014年第5期30卷 7-12页

作者：黄帅龙燕冯平易斌王虹淋后勤工程学院机械与电气工程系重庆401331

微电网孤岛运行有利于解决偏远地区和重要场所的供电问题。为确保孤岛运行,需要先对微电源进行合理的规划。介绍了微电源孤岛规划建模及算法的研究现状,并探讨了规划中存在的问题,为微电源孤岛规划及相关课题的研究奠定基础。

关键词：微电源孤岛规划规划建模规划目标规划算法

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微电源控制策略及微电网分层管理体系

电器与能效管理技术 2015年第24期 64-70页

作者：郭文明刘仲牟龙华同济大学电气工程系上海201804

作为能源互联网的重要组成部分,微电网控制技术得到了广泛关注。介绍了微电网的概念和结构,分析了典型的微电网结构模型。阐述了微电源逆变器的三种控制方式,即恒功率控制、恒压恒频控制及下垂控制。结合控制方式,对微电网的分层管理体... 详细信息

作为能源互联网的重要组成部分,微电网控制技术得到了广泛关注。介绍了微电网的概念和结构,分析了典型的微电网结构模型。阐述了微电源逆变器的三种控制方式,即恒功率控制、恒压恒频控制及下垂控制。结合控制方式,对微电网的分层管理体系进行了分析,并对微电网运行控制技术的发展前景进行了展望。

关键词：能源互联网微电网微电源控制策略分层管理体系

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微电源并网逆变器的控制策略及仿真分析

微电源并网逆变器的控制策略及仿真分析

第三届全国电能质量学术会议暨电能质量行业发展论坛

作者：刘淑琴戴敏韩国志徐聪边忠国山东大学电气工程学院

分布式电源受自然条件约束较大,影响电网的稳定和最优运行,所以,在微电网不同运行状态下并网逆变器控制策略的研究显得尤为重要。本文在微电网的背景下,从并网逆变器的角度对微电网的控制策略进行了分析,并对其进行了软件仿真分析。

关键词：微电源并网逆变器控制策略仿真

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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微电源启动能力评价体系

上海电机学院学报 2017年第4期20卷 201-207页

作者：汪笃军刘天羽上海电机学院电气学院上海201306

为评估微电源的启动能力和提供黑启动微电源选取方案,归纳了微电网黑启动电源选取要求。在此基础上,构建了微电源启动能力评价体系,提出了一种改进的熵权-变异系数组合法来确定评价指标的权重值;最后,利用模糊综合评价法进行微电源启动... 详细信息

为评估微电源的启动能力和提供黑启动微电源选取方案,归纳了微电网黑启动电源选取要求。在此基础上,构建了微电源启动能力评价体系,提出了一种改进的熵权-变异系数组合法来确定评价指标的权重值;最后,利用模糊综合评价法进行微电源启动能力的评价。算例结果表明,所构建的微电源启动能力评价体系和所提方法能够实现黑启动微电源的优化选取以及普通电源的启动能力评估。

关键词：微电源黑启动能力改进组合法模糊综合评价