能量产消者互联的运行控制研究

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屋顶光伏等分布式可再生能源的不断普及使得越来越多的终端电力用户不仅可以消耗电能,还可以发出电能,而这样的电力用户就被称作能量产消者。而能量产消者数量庞大,如若直接并网,将对电网造成多点冲击及其他负面影响。另一方面,单个的能量产消者受天气影响较大,供电可靠性差。因此,能量产消者互联是必然趋势,从而尽可能最大化利用分布式可再生能源、减少对配电网的影响。本文研究了能量产消者互联的结构、其中的关键能量枢纽-能量路由器,并提出了互联系统的分层控制方法,给出了仿真验证。文章的主要工作如下:(1)建立了能量产消者和能量路由器的数学模型,基于配备开关阵列的复合型能量路由器提出了能量产消者整体架构,深入分析了孤岛、并网、并行三种运行模式及相互之间切换的过程;并基于此系统提出了底层设备层控制与上层的模糊控制,根据光伏出力、储能装置荷电状态及充放电状态,通过模糊推理,决定系统的工作状态,根据其工作模式选择能量路由器的控制信号,实现系统的运行控制。(2)基于前面搭建的模型,提出了基于能量路由器的能量产消者互联的系统电气拓扑,给出了Simulink环境中搭建的模型架构。重点分析了系统的几种运行工况及各运行工况之间的相互转换关系。进而提出了能量产消者互联运行的分层运行控制方法,分析了互联系统中的双向交直流变换器的P-V下垂控制和Udc/Q控制。然后给出了上层控制器的具体计算决策过程。最后在Simulink平台基础上,对互联系统的三种典型运行场景进行了仿真验证。研究结果表明:提出的能量路由器作为能量产消者系统中的关键节点,能够实现能量流的主动控制;提出的能量产消者互联系统架构能够帮助系统更好地运行;提出的互联系统分层的运行控制方法,能够根据给定的购电成本、系统的网损、供电可靠性等目标实现对能量流的控制,在保证互联系统稳定高效运行的基础上提高了分布式可再生能源的利用率。
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