分布式光/储系统中的储能控制技术研究

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随着分布式光伏发电系统在电网中的渗透率不断提高,光伏发电功率波动性和随机性对电网电能质量的影响日益突出。当太阳光照强度剧烈变化时,光伏发电功率波动会导致电网电压出现波动和闪变,大容量的分布式光伏发电接入薄弱电网,还可能造成并网点电压升高甚至越限情况发生。将储能接入分布式光伏发电系统中,通过对光/储联合发电系统的协调控制,可以有效平抑光伏并网功率波动,降低并网点电压变化范围和速率,改善电能质量,使光伏发电功率可预测、可调度。为了实现上述运行效果,本文对分布式光/储系统及其关键控制技术展开研究。研究内容包括集中式的光/储系统联合发电功率平滑控制技术、无通信延迟的分散式光/储系统并网点电压稳定控制技术、以及储能变流器的新型电流控制技术。  为了消除光伏发电功率波动这一造成配电网电压波动和闪变的重要因素,本文首先进行了分布式光/储系统功率平滑控制技术的研究,利用储能充/放电功率抑制光伏并网功率的变化范围和速率。针对目前常用的控制方法导致平滑后功率波形滞后这一问题,分别将短时光伏功率预测和线性拟合算法引入功率平滑控制中,提出了两种创新型控制方法,并成功应用于分布式光/储混合系统示范工程。运行结果证明所提出的方法不仅具有理想的功率平滑效果,还可以有效减小平滑后功率的滞后时间,避免储能系统频繁深度充/放电,降低了分布式光/储系统中储能容量配置要求。  为了更加有效地改善分布式光/储系统电能质量,本文直接将光伏并网点电压作为控制对象,对分布式光/储系统电压稳定控制技术进行了研究,旨在解决电压偏差和电压闪变问题,提高光伏发电系统电能质量。针对集中式控制的通信时延对控制效果和可靠性的影响,本文提出一种光/储系统电压稳定分散控制方法,利用模型预测控制能够对系统模型进行预测和在线修正的特点,由储能变流器独立实现功率级控制,稳定光/储系统并网点电压。通过dSPACE半实物实验平台的验证,所提出的方法能够有效改善光伏并网点电能质量,解决电压偏差和电压波动问题,同时避免了通信时延,提高了控制的准确性和快速性。  最后,为了保证储能装置快速准确地响应上述系统级控制指令,本文还开展了储能变流器电流控制技术的研究。针对储能变流器功率频繁变化且变化幅度较大的特点,为了提高变流器电流控制的动态特性,本文提出一种基于自适应模型预测控制的创新型电流控制方法。该方法通过微电网实验平台得到实验验证,结果表明与目前常用的PI控制等线性方法相比,改善了设备的动态特性,具有更快的动态响应速度和更小的电流超调量。与其他变流器模型预测控制方法相比,有效地降低了控制算法的运算量,减小了电流的间谐波,该方法的另一个突出优势是具备模型参数在线修正功能,提高了控制准确度。
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