基于多种控制方式的微电网小信号稳定性分析与控制参数优化

摘要

随着人类社会的高速发展，传统化石能源暴露出的局限性越发突出，无污染且取之不尽的新能源成为了必然选择。微电网作为新能源的有效利用形式，目前已经得到了世界各国的广泛关注。而微电网中的电源均是采用电力电子接口并入母线，因此惯性较小，在遭受扰动时容易发生振荡失稳，因此其小信号稳定性与以改善小信号稳定性为目的的参数优化方案成为了重要的研究方向，然而目前的研究在系统结构上集中于单机无穷大系统与含有两台以内分布式电源的简化交流微电网系统，过于简化的系统可能会遗漏一些重要的系统特征值信息，并进而影响参数优化的准确性;对于控制方式则集中于下垂控制，然而下垂控制有着其自身的局限性，下垂以外的控制方式也有着很大的应用价值。针对此问题，本文对多种控制方式下含有多种类分布式电源的微电网进行了小信号稳定性分析与控制参数优化研究，主要工作如下:
　　1、总结了目前针对微电网的各种控制策略，包括交流微电网与交直流混合微电网的分散控制与分布式控制，分析了各种控制策略的原理、优缺点与适用场合。介绍了小信号稳定性分析的数学原理，并指出了微电网系统中的特征值与参与因子的物理意义与控制参数优化方法。
　　2、搭建了包含储能主电源、储能从电源和光伏发电系统的基于单主从控制的交流微电网系统，建立了系统的详细数学模型，通过Maple软件编程计算了系统的特征值，解决了复杂高阶系统手工计算繁杂且容易出错的难题，并在附录中给出了对应的程序;在计算出特征值的基础上，详细分析了系统的小信号稳定性，找出了系统中容易发生失稳的薄弱部位，通过根轨迹分析，给出了解决方案，并优化了系统的控制参数。利用Maple软件进行了时域仿真，验证了参数优化的效果。
　　3、针对传统多主从控制系统中容易在主电源之间产生环流的问题，提出了一种基于功率均分和平均一致性算法的环流抑制控制策略，建立了包含四台主电源与一台从电源的系统数学模型，详细分析了通信延时对系统小信号稳定性的影响，并提出了基于根轨迹法与粒子群算法的控制参数综合优化方案，对系统的控制参数进行了协调优化，最后利用时域仿真验证了控制策略对环流的抑制效果和参数优化方案的有效性。
　　4、对基于解耦控制的交直流混合微电网的控制原理进行了解析，重点分析了其直流侧的小信号稳定性，找出了对直流侧母线电压影响最大的因素，并给出了提高其稳定性的一般性方法。最后通过根轨迹分析，优化了系统的控制参数。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 单机系统小信号稳定性研究

1．2．2 微电网系统小信号稳定性研究

1．3 论文研究内容及意义

第二章 微电网的控制策略与小信号稳定性分析方法

2．1 交流微电网控制策略

2．1．1 分散控制

2．1．2 分布式控制

2．2 交直流混合微电网控制策略

2．3 小信号稳定性分析与控制参数优化方法

2．3．1 小信号稳定性分析方法

2．3．2 基于特征值和参与因子的控制参数优化方法

2．4 本章小结

第三章 基于单主从控制的交流微电网系统

3．1 基于单主从控制的控制策略概述

3．2 系统模型

3．2．1 电源模型

3．2．2 网络及负荷模型

3．2．3 微网模型

3．3 系统小信号稳定性分析与控制参数优化

3．3．1 特征值分析

3．3．2 控制参数优化

3．4 仿真验证

3．5 本章小结

第四章 基于多主从控制方式的交流微电网系统

4．1 基于多主从控制方式的控制策略概述

4．1．1 系统控制框架介绍

4．1．2 平均一致性算法介绍

4．1．3 逆变器控制策略介绍

4．2 系统模型

4．2．1 平均一致性算法模型

4．2．2 电源模型

4．2．3 网络及系统模型

4．3 系统小信号稳定性分析

4．3．1 特征值分析

4．3．2 延时时长τ0对系统稳定性的影响分析

4．4 考虑延时的控制参数优化

4．4．1 基于特征值法的初步优化

4．4．2 基于粒子群算法的进阶优化

4．5 仿真验证

4．6 本章小结

第五章 基于解耦控制方式的交直流混合微电网系统

5．1 基于解耦控制的交直流混合微电网控制策略概述

5．2 系统模型

5．2．1 电源模型

5．2．2 网络及负荷模型

5．2．3 微网模型

5．3 系统小信号稳定性分析与控制参数优化

5．3．1 特征值分析

5．3．2 控制参数优化

5．4 仿真验证

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1总结

6．2 展望

参考文献

致谢

附录

作者简介