微网分布式混合储能系统建模及控制策略研究

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近年来随着环境污染、化石能源的耗尽、以及电力电子技术的发展,越来越多的新能源接入中低压电网,进而出现了供电新形式——微电网,它一般包含多种间歇性能源、负荷和相关的监控保护装置,有并网和孤网两种运行状态,主要采用主从控制和对等控制两种控制模式。微网为新能源并网打开了新的局面,但是也有诸多问题,例如可能给接入的电网造成功率扰动,孤网运行时电压和频率难以稳定,为了解决这些问题,储能装置必不可少。目前储能元件众多,各有优劣,其中液流电池(VRB)储存能量大,超级电容器(EDLC)充放电速度快,所以本文将两者结合,设计搭建了混合储能系统,针对其中DC/DC和DC/AC变换器的控制方法进行了研究,最终仿真分析了微网中分布式混合储能系统的作用。本文首先介绍了微网的基本结构和主从和对等两种控制模式,对两种控制模式的特点进行了对比,并阐述了储能对于微网安全稳定的必要性,在综合分析各种储能技术的基础上,提出了液流电池/超级电容器混合储能,进而开始对混合储能系统进行了结构设计和控制策略研究。然后,比较了储能系统并联和级联结构,在此基础上改进得到带有两个DC/DC变换器的级联拓扑结构,并分别对液流电池和超级电容器进行等效建模。新颖的拓扑结构为结合储能元件的优势奠定基础,而DC/DC控制回路中将先进的BP神经网络算法与传统PID结合,真正实现了两者功率的合理分配——液流电池按照计划平稳充放电,超级电容器平抑快速波动。针对微网不同的运行方式,对DC/AC的控制也采取不同的控制目标和方法,其中P/V控制,意在维持并网模式下功率交换的恒定和电压的稳定,Droop控制可以实现并网和孤网模式之间的无缝转换,V/f控制则可以维持孤网模式下电压频率的无差控制。最后,仿真分析了混合储能对微网的三大作用,包括改善电能质量、提高供电可靠性和优化间歇性能源出力。此外,针对因Droop控制参数不合理引起的问题,提出了一种参数优化的方法,在等效简化微网结构之后,该方法以系统小信号状态空间方程为基础,综合考虑了系统渐近稳定、控制带宽和鲁棒性等因素,通过混沌粒子群算法寻优求出参数,最终仿真验证了该参数可以维持系统的电压和频率稳定,并实现功率的合理分配。
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