摘要
微电网是目前国内外应用较为广泛的一种绿色可再生能源，近几年我国微电网产业的发展十分迅速。然后，越来越多的微电网系统建立并网，微电网产生的电能受外界因素影响较大，具有一定的随机性和波动性，给并网后的电力系统稳定性带了巨大的影响。然后建立微电网厂的储能系统是改善此种情况的最好的解决办法。因此，近年来微电网场储能装置的装备、容量配置及风储联合运行控制成为了研究和应用示范的热点。
面对全球日趋严重的能源危机问题，可再生能源的开发和利用得到了人们的高度重视。其中辐射到地球太阳能资源是十分富饶的，绿色清洁的太阳能不会危害我们的生存环境，因而受到了人们的广泛利用。光伏发电作为可再生能源被广泛的应用，技术不断革新。为了提高光伏发电系统的光电转换效率，需要系统实时的进行最大功率点跟踪。
由于国内人民生活水平的提高，科技不断地进步，控制不断地完善，导致不可再生能源消耗严重，甚至殆尽，从而促使可再生能源成为行业的主导。光伏发电成为现阶段一处亮丽的风景线，由于其拥有成熟的开发技术，成本相对较小，几乎无污染的优势，使得在新能源发电行业具有很高的前景，成为世界各国关注的焦点。同时，因为光照强度可变性、随机性以及不可控制性较强，光伏发电系统的稳定性影响较大。光伏发电行业不断革新，发电的数量越来越大。因此新一代的我们要认真去钻研光伏发电的影响。
微电网是解决电力系统稳定性问题的关键所在，直流微电网相比传统交流配用电网，具有技术和经济上的优点，具有巨大的发展前景。本文主要针对直流微电网的光伏并网功率转换相关设计与运行研究。通过对微电网常用母线结构和光伏、蓄电池、逆变器不同微电网的数学模型的研究，制定与之相适应的不同的控制策略和符合实际运行方式。在Matlab/Simulink 仿真中搭建了基于光伏、储能等微电源组成的简易微电网模型，从而验证了不同微电源的运行方式和控制模式。
关键词：直流微电网，并网逆变器，光伏，功率转换
Abstract
Micro-power grid is a kind of green renewable energy which is widely used at home and abroad at present. In recent years, micro-power grid industry has developed very rapidly. Then, more and more microgrid systems are built and connected to the grid. The electric energy generated by microgrid is greatly affected by external factors and has certain randomness and volatility, which has a huge impact on the stability of the grid-connected power system. The best way to improve this situation is to build energy storage system of microgrid plant. Therefore, in recent years, the equipment, capacity configuration and combined operation control of energy storage devices in microgrid field have become a hot topic in research and application demonstration.
Facing the increasingly serious global energy crisis, the development and utilization of renewable energy has been attached great importance. Which radiation to the earth's solar energy resources are very rich, green and clean solar energy will not harm our living environment, so it has been widely used by people. Photovoltaic power generation as a renewable energy is widely used, technology innovation. In order to improve the photoelectric conversion efficiency of photovoltaic power generation system, it is necessary to track the maximum power point in real time.
Due to the improvement of people's living standards, continuous progress of science and technology, and continuous improvement of control, non-renewable energy consumption is serious, or even exhausted, thus promoting renewable energy to become the dominant industry. Photovoltaic power generation has become a beautiful landscape at the present stage. Due to its advantages of mature development technology, relatively small cost and almost no pollution, it has a high prospect in the new energy power generation industry and has become the focus of attention in the world. At the same time, due to the strong variability, randomness and uncontrollability of illumination intensity, the stability of photovoltaic power generation system is greatly affected. The photovoltaic power generation industry continues to innovate, generating more and more power. So the new generation of us to seriously delve into the impact of photovoltaic power generation.
Microgrid is the key to solve the problem of power system stability. Compared with the traditional AC distribution network, DC microgrid has technical and economic advantages and has a huge development prospect. This paper mainly focuses on the design and operation of photovoltaic grid-connected power conversion in DC microgrid. Based on the study of the common bus structure of microgrid and the mathematical models of different microgrids of photovoltaic, battery and inverter, different control strategies and practical operation modes are formulated. In the Matlab/Simulink simulation, a simple micro-grid model based on photovoltaic, energy storage and other micro-power sources is built, thus verifying the operation mode and control mode of different micro-power sources.
Keywords: Dc microgrid, grid-connected inverter, photovoltaic, power conversion
摘要............................................................................................................................. I
Abstract................................................................................................................... III
第一章 绪论............................................................................................................. 1
1.1研究课题背景............................................................................................. 1
1.2国内外关于光伏发电并网控制的发展状况.......................................... 5
1.3并网逆变器发展现状和发展趋势.................................................... 6
1.4课题研究意义............................................................................................. 7
1.5 研究内容及章节安排............................................................................... 8
第二章 光伏发电系统的组成................................................................................ 8
2.1光伏发电系统的基本组成........................................................................ 8
2.2光伏发电系统的分类................................................................................ 9
2.3光伏发电系统的应用.............................................................................. 10
2.4小结........................................................................................................... 11
第三章 光伏并网逆变系统及其控制技术......................................................... 11
3.1光伏并网逆变系统.................................................................................. 12
3.2 并网逆变系统滤波器....................................................................... 12
3.2.1 LCL 型滤波器模型.............................................................. 13
3.2.2 无源阻尼................................................................................ 15
3.2.3 有源阻尼................................................................................ 17
3.2.4 混合阻尼................................................................................ 19
3.3 单相并网逆变器系统模型分析................................................ 20
3.3.1 单相并网逆变器系统概述............................................ 20
3.4 LCL 型滤波器控制策略.................................................................. 22
3.4.1 网侧电流反馈模型............................................................... 23
3.5 本章小结............................................................................................ 24
第四章 光伏发电单相并网逆变器的仿真........................................................ 24
4.1 光伏发电单相并网逆变器的仿真模型搭建....................................... 24
4.2仿真结果分析.......................................................................................... 26
4.3小结........................................................................................................... 29
第五章 总结........................................................................................................... 29
参考文献................................................................................................................. 30
致 谢................................................................................................................. 31
第一章 绪论
1.1研究课题背景
微电网是一个集成了分布式电源、负荷、储能设备、能量装换装置以及保护装置等一系列环节的自治性小型发配电系统。微电网是分布式发电的高级模式，它不仅继承了分布式发电系统的所有优点并且还具有自己的特点。具体总结如下：
第一，微电网能够减小并克服其内部的微电源给自身系统或者大电网带来的波动性，提高系统稳定性。对于并网运行的微电网，当大电网遇到突发状况时，微电网可以利用其内部的储能装置和保护控制装置来平滑整个系统的波动、维持功率的平衡；另一方面，对于自治运行的微电网，其内部的多种分布式发电系统增加了整个系统的容量，同时增加了微电网系统的惯性，从而可以达到减弱电压波动和闪变现象的效果。
第二，微电网可以大大提高供电的可靠性。微电网内部集合了多种不同种类的分布式电源，对于自治运行的微电网，微电网可利用多个微电源供电来保证对重要负荷的供电，从而提高该类负荷的供电可靠性。对于并网运行的微电网，在大电网遇到突发状况时，微电网可以作为备用电源向大电网提供支撑，快速恢复对重要负荷的供电。
第三，微电网可以将分布式发电的效益更加充分地展现出来。当集合了多种微电源的微电网系统以整体的形式接入配电网，其并网标准只针对公共连接点，而不是针对其内部单个微电源的连接点。这样就克服了分布式电源大规模分散接入给配电网带来的问题，从而为分布式电源优势的发挥提供了一个有效的途径。
综上所述，将多种分布式电源以微电网的形式集成并入配电网，不仅解决了分布式发电给配电网带来的问题，而且给配电网的运行带来了更多的好处，从而进一步促进了传统电网向智能电网的过渡；微电网中的各种可再生能源为主的分布式发电系统向负荷供电，实现了国家的节能减排举措，从而极大地推动了我国的可持续发展战略。所以，为贯彻我国的能源策略和智能电网的发展计划以及满足可持续发展的要求，对微电网技术展开深入研究具有重要的意义。而微电网系统的能量管理与优化运行作为微电网技术的重要组成部分，其对于提高微电网系统的安全、可靠、稳定、经济运行有着不可替代的重要作用，该课题已成为面向可再生能源的微电网系统应用和推广亟需解决的问题，具有重要的理论价值和工程价值。
1.2国内研究现状
1.2.1微电网现状与趋势
分布式发电技术是相对于传统的集中式供电方式而言的，是指将发电系统以小规模、分散式的方式布置在用户附近，可独立地输出电、热或冷能的系统。 风光互补发电系统在我国也得到了较广泛的应用，但是目前多见于小型系统的应用，如风光互补路灯等家庭用户层级的应用。而较大规模的集成应用，比如采用风光互补分布式微电网形式的社区级、村级或者镇级等的集中供能形式将是以后的一个趋势，也是可再生能源高效集中利用的有效途径。因此有必要开展风光互补分布式微电网相关技术的攻关研究。
随着我国西部大开发的推进以及政府有关部门的支持，如国家发改委推出的“光明工程”，“西部送电到乡工程”的实施，国家科技部推出的科技型中小企业技术创新基金项目以及农业部推出的“农村小型公益设施建设补助资金农村能源项目”等，促进了小型风力发电产业的发展。近年来，小型风力发电机组产量有了大幅度增长，行业得到了迅速发展。但是在此快速过程中，也出现了很多的问题，其中一个主要问题就是离网型风力发电机组的可靠性问题。由于独立运行风光互补微电网系统不像并网系统有专人负责的高水平维护并且其应用环境差异很大，因此对其可靠性要求很高。由于近年来资金与人才都向并网型兆瓦级大风机聚集，离网型风电机组的可靠性技术急待加强，相关的行业标准还没有建立。
风光互补分布式微电网的研究，国外在这方面的研究工作开展的较早也取得了较多的成果。在满足系统可靠性情况下，对微电网内分布式发电单元的位置和容量的优化方案进行了研究，并且对多总线微电网系统的结构以及控制设计，以及相关的逆变器控制等都做了深入研究。在国内，虽然对于分布式发电系统的研究起步较晚，但是在近几年内研究与开发的速度也很快。
对于可再生能源利用中的电力电子技术以及控制技术国内外均已经开展了较多的研究，但是由于风光互补分布式微电网的许多特性与并网型应用具有不同，因此相应的电力电子装置及控制技术均要做相应的改变。
在风力、太阳能等发电领域，国内已经有多项专利。但是，有关高智能化的新能源分布式发电系统方面的专利很少，而多种可再生能源的集成综合利用系统方面则更少。因此需要研究和探讨合适的风光互补分布式微电网技术。
我国海域辽阔，岛屿众多，海岛资源丰富、区位特殊，是中国海洋经济和社会发展的重要依托。因地制宜，就地取材，开发海岛新能源，是解决海岛能源问题的重要举措。
农村特别是在山区的农村，缺电现象仍然十分严重，农村生物质能、太阳能、风能资源都很丰富，小功率户用电源系统在农村有很好的市场前景，基于微网概念的户用电源产品将在未来的农村电网中扮演重要的角色。
风的能量来自地球上局部加热的太阳，这使得地球不同地区的温度和热不均匀，导致了气流。使用微电网不会生产大气污染物质，搭建新的微电网厂也不会给大气带来污染，保护人们的身心健康。在可再生能源中，微电网无可厚非是最受欢迎的，具有优秀的基础、经济性价比高、具有源源不断的资源、绿色无污染等多方面优点促使微电网成为未来最有可能大规模开发利用的能源之一。全世界各地都有风和光的存在，因此微电网资源无处不在，同时符合微电网的要求的地区也很多，且比较容易开发，需要做的就是建立微电网场，安装微电网机组，并网。因此从经济上来讲，微电网的获取成本较低。建设新的微电网场所消耗的时间不长，需要提供的材料相比其他发电设施而言相对较少，且几乎无污染。建造一个新的微电网厂，需要从搭建、布局、发电等步骤，大约不到一年的时间就可以投入使用。图1.1近几年全球微电网机的发展。
图1.1：近几年全球微电网机的发展
对一些大型微电网市场而言，2015年无疑是一个发展大年，微电网技术在日新月异的发展，许多关键技术也己经被突破，由于控制技术的革新，微电网的质量也越来越高，效率越来越高，逐渐成为一种主流稳定的可再生能源，并网己经没有太大的问题。微电网的成本也在逐步降低，现阶段己经和商业用电的价格差不多。图1.3、1.4分别展现2015年微电网排名及容量情况。
图1.2：2015年微电网排名
图1.3：2005年至2015年我国微电网机容量情况
1.2.2微电网并网问题研究现状
近几年，世界各国专家都在积极研究微电网并网的相关问题解决办法，目前主要需要解决的困难如下所示：
（１）对电网频率的影响
随着并网采用微电网的情况下，微电网输出功率变化较大，使国家电网出现波动。
（２）对电能质量的影响
微电网并网对电能质量也有一定的影响。
（３）对发电计划的影响
常见的发电方案是依靠负荷的需求来设计的，由于微电网波动和预测不足，与传统能源相比，微电网的稳定性因素严重影响发电计划。在大型微电网并网中，电网的功率不足以平衡微电网并网的负载电荷波动，受到限制，从而严重影响发电计划的设计制定。
1.2.3微电网储能技术发展现状
由于储存能源的设备能够在适当的时间动态地储存和输出能量，它们可以将来自不稳定但便宜能源的电力储存到稳定和经济水平。同时储能技术仍是新能源发展的瓶颈，全球各新能源研发单位都在积极研究储能方面的知识。
1.2.4微电网的特点
分布式发电包括小型水利发电、新型可再生能源(风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能)发电、不可再生能源发电(微型燃气轮机、燃料电池、垃圾发电、冷热电联产等)和储能电源发电。
分布式电源具有以下特点：(1)容量范围广，但相对狭小，安装和运营灵活；(2)分布广，遍布地区电网的各个电源等级，一次能源形式与并网方式多样； (3)部分分布式电源具有较大的随机性和波动性，容易受天气等自然因素的影响；(4)小型的分布式电源监视控制能力差。
在欧洲发达国家，高压输电线路已减少甚至不再新建，而太阳能、风能以及天然气为燃料的微型燃气轮机等分布式发电异军突起，并计划在未来逐渐替代现有的大规模火电厂和核电站。分布式发电和微电网具有 3 个独特功能：分布式发电控制、能源管理和电网保护。
微电网相对于原有分散、独立的分布式电源有以下优势：有效集成应用各种分布式电源，具备独立分布式电源系统所拥有的优点；作为一个独立的整体配网，不会对大电网产生不利影响，不需要对大电网的运行策略进行调整；理想的微电网架构中，设备之间是对等的，因而不需主控设备，而且能做到即插即用；当上一级电网出现故障时，可以独立运行，提高了供电的可靠性；单独的分布式电源并网的很多问题都是由分布电源响应速度慢、惯性小而引起，由多个分布式电源加上储能系统组成的微电网，系统容量增大，惯性增大，减弱了电压波动和电压闪变现象，改善了电能质量，能使分布式电压平稳地与大电网并网和切离。在管理上，微电网能有效进行功率管理及控制，并根据动态负载的要求对有功、无功进行独立监控。微电网集合了分布式电源的整体性优势，使对分布式电源的研究迅速转移到对微电网的研究，而分布式电源对电能质量、继电保护、短路电流、可靠性和配电系统的监控调节等的影响，也转移为微电网对接入电网的影响，但也不尽相同。同时，微电网集合了多个多种分布式电源的特点也引入了一些新的问题，如微电网中的储能系统，微电网的稳定控制等。
........需要完整版资源私信
