【摘要】：由于現(xiàn)代城市的迅速擴(kuò)張、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及環(huán)境和能源問題的日益嚴(yán)重,逐步擴(kuò)大電能在能源利用中的占比是解決目前能源問題的重要手段。為了解決現(xiàn)有電網(wǎng)存在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱、短路電流偏大、動(dòng)態(tài)無功不足、不能滿足能源互聯(lián)網(wǎng)供需互聯(lián)等問題,本文提出了一種采用更加靈活、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的配電方式——交直流混合配電系統(tǒng)。所提出的交直流混合配電系統(tǒng),在原有電網(wǎng)中加入直流配電部分構(gòu)成的新型交直流混合配電系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)更為方便、靈活,為未來全面發(fā)展能源互聯(lián)、互通打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。文中依據(jù)已有配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu),將交直流混合配電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為三種類型:輻射型、兩端型和環(huán)型。分析了基于傳統(tǒng)拓?fù)湎?不同的交直流混合配電系統(tǒng)拓?fù)涞膬?yōu)劣,選擇了適合于交直流混合配電的拓?fù)浜碗妷旱燃?jí),對(duì)交流配電系統(tǒng)、直流配電系統(tǒng)及交直流混合配電系統(tǒng)分別以輻射型結(jié)構(gòu)配電網(wǎng)絡(luò)為例進(jìn)行計(jì)算分析,對(duì)系統(tǒng)中的傳輸損耗和效率分別進(jìn)行了計(jì)算,并對(duì)三者進(jìn)行了效率對(duì)比,通過這一理論計(jì)算、分析得出了交直流混合配電系統(tǒng)在未來傳輸效率上的發(fā)展前景。并以南方某園區(qū)為案例分析交直流混合配電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)提出的交直流混合配電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),對(duì)分布式電源進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究,對(duì)不同能源根據(jù)其性質(zhì)設(shè)置了不同的并網(wǎng)接口,同時(shí)對(duì)含有多種分布式電源的交直流混合配電系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)仿真,得到多種工況下的仿真結(jié)果。對(duì)可能發(fā)生的故障種類進(jìn)行了分析,具體描述在三種不同情況下交直流混合配電系統(tǒng)的故障特性,并分別對(duì)交直流混合配電系統(tǒng)在不同故障情況下進(jìn)行了仿真。針對(duì)發(fā)生的兩種典型直流故障情況,對(duì)比了三組(極間電容、限流電抗及負(fù)荷容量)不同系統(tǒng)參數(shù)下,參數(shù)變化對(duì)故障處電流、電壓的影響。依據(jù)仿真結(jié)果,提出了兩種故障限流保護(hù)方法。為了抑制交直流混合配電系統(tǒng)電網(wǎng)功率波動(dòng),保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行,文中闡述了一般情況下直流母線電壓波動(dòng)的平抑方法,分析研究了配電系統(tǒng)功率波動(dòng)協(xié)調(diào)運(yùn)行控制策略,提出了一種儲(chǔ)能系統(tǒng)配合交直流混合配電系統(tǒng)的換流站協(xié)調(diào)運(yùn)行控制策略,并進(jìn)行了相關(guān)指標(biāo)定義及理論分析;在PSCAD/EMTDC軟件中建立了仿真模型,對(duì)包含儲(chǔ)能系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行了仿真;依據(jù)提出的儲(chǔ)能系統(tǒng)與換流站協(xié)調(diào)運(yùn)行控制策略,對(duì)交直流混合配電系統(tǒng)短路故障進(jìn)行了對(duì)比仿真及分析。仿真結(jié)果表明:在包含大量分布式電源及儲(chǔ)能的交直流混合配電系統(tǒng)中,采用儲(chǔ)能系統(tǒng)與換流站協(xié)調(diào)運(yùn)行控制策略,能較好地平抑系統(tǒng)故障狀態(tài)下產(chǎn)生的功率波動(dòng);在直流母線功率切換頻繁時(shí),控制策略能快速響應(yīng),降低對(duì)保護(hù)設(shè)備的要求,保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。該換流站儲(chǔ)能協(xié)調(diào)運(yùn)行控制策略可作為抑制交直流混合配電系統(tǒng)電網(wǎng)功率波動(dòng)的方案。為了提高交直流混合配電系統(tǒng)對(duì)新能源的接納能力,提出了一種全模型預(yù)測(cè)控制的交直流混合配電系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上,又提出了一種三層能源管理控制系統(tǒng)Energy Management and Control System(EMCS)。在EMCS中,第一層是最大功率點(diǎn)跟蹤Maxmuim Power Point Tracking(MPPT)控制算法和電池安全控制策略,當(dāng)充電狀態(tài)State of Charge(SOC)低于設(shè)定點(diǎn)時(shí),Photo Voltaic(PV)和風(fēng)能為MPPT控制狀態(tài)。第二層是基于模型預(yù)測(cè)控制Model Predictive Control(MPC)的功率變換器控制算法,以在配電系統(tǒng)的不同電源之間提供電源兼容性。第三層為協(xié)調(diào)控制層,可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)功率平衡,保持系統(tǒng)穩(wěn)定。為了驗(yàn)證提出的能源管理系統(tǒng)的有效性,基于MATLABRT-Lab搭建了實(shí)驗(yàn)室級(jí)的交直流混合配電系統(tǒng)HIL測(cè)試平臺(tái),其由風(fēng)能、太陽能和儲(chǔ)能系統(tǒng)等混合能源組成,用于測(cè)試多種不同的控制配置。HIL測(cè)試結(jié)果表明基于交直流混合配電系統(tǒng)下的EMCS,可以快速實(shí)現(xiàn)功率平衡和穩(wěn)定運(yùn)行,能夠?qū)崿F(xiàn)交直流狀態(tài)下的能量交換,系統(tǒng)響應(yīng)速度快,對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有積極意義。
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK01;TM73
【圖文】：

住宅 分布式發(fā)電 電動(dòng)汽車與充放電樁圖 1.1 能源互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖能源互聯(lián)網(wǎng)是一種依據(jù)可再生能源和其它電能的集中與分布式協(xié)調(diào)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。能聯(lián)網(wǎng)將成為未來接納高滲透率能源的技術(shù)解決方案，能夠推動(dòng)實(shí)現(xiàn)棄光、棄風(fēng)率的下降，緩解甚至解決棄風(fēng)、棄光、棄水導(dǎo)致的清潔資源浪費(fèi)。能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展可提升可再生能源發(fā)電在電力中的比例，力爭(zhēng)從 2015 年的 23%，上升到 2020 年的，2030 年的 53%，在 2050 年達(dá)到 86%[2]。

新疆大學(xué)博士學(xué)位論文表 1.3 所示：表 1.3 負(fù)荷分類占比定義 交流供電負(fù)荷 直流供電負(fù)荷 交直流均可供電負(fù)荷 采集的負(fù)荷分類百分比。圖 1.6 為一天負(fù)荷在交流系比：

交直流均可供電負(fù)荷 室采集的負(fù)荷分類百分比。圖 1.6 為一天負(fù)荷在交流系比：圖 1.6 ACDS 與 DCDS 系統(tǒng)一天負(fù)荷比較S 與 DCDS 系統(tǒng)中光伏 PV 系統(tǒng)的能耗對(duì)比，由此可陽能電池板。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2778518