【《交直流混合微电网能源管理工作及所含系统综述》4700字】

交直流混合微电网能源管理工作及所含系统综述目录TOC\o"1-3"\h\u18152交直流混合微电网能源管理工作及所含系统综述 1249171.1交直流混合微电网能源管理工作 1135841.2交直流混合微电网系的统结构组成与分析 126391.1.1直流系统结构分析 2115011.1.2交流系统结构分析 3253261.3交直流混合微电网电源系统 362831.3.1光伏发电系统 374931.3.2蓄电池系统 5228101.4单向DC/DC变换器 6223991.5DC/DC双向变换器 9222221.6AC/DC双向变换器 121.1交直流混合微电网能源管理工作微电网能量管理在微电网系统中要保证其功率的稳定性，同时要保证分布式发电与微网还有用户需求侧之间功率交换的稳定。通过能量管理，达到对变换器的合理控制，在不损耗大量能源的前提下让整个微电网达到最高的能源利用率[21]。这是微电网管理的主要工作。微电网的能量管理系统需要在可再生能源不稳定的所造成的供电不稳定情况下满足整个微网的供电需求的稳定[22]。通过对微电网能量管理的不断研究已经取得了不错的研究成果，尽管是刚刚起步，但还是逐渐形成了体系。其中现在出现了的微电网能量管理研究大多是对微电网内部元件的优化研究[23.24]。然而在微电网能量管理系统的研究中，针对微电网内各个单元协调控制策略的相关研究较少。微电网的抵抗外界干扰能力较弱，是因为可再生能源的随机性和波动性所造成的输出波动，还有用户需求侧的电压变化。因此为了解决微电网的这种不稳定性设计合理的能量管理策略非常重要。为了实现平衡微电网中的输出功率，以及提高其能源利用率快速发展微电网能量管理系统是非常重要的。同时交直流混合微电网的交流系统和交流系统之间的能源交换稳定也需要能量管理系统的控制[25]。1.2交直流混合微电网系的统结构组成与分析图2-1交直流混合微电网大多交直流混合微电网系统构架如图2-1所示。首先光伏发电阵列通过单向DC/DC变换器与直流母线相连。蓄电池通过双向DC/DC变换器与直流母线相连，对蓄电池进行充放电。直流负载直接直流母线连接，直流母线与交流母线通过AC/DC双向交直流变换器连接。通过并网点的断开与连接交直流混合微电网系统进入孤岛运行状态和并网运行状态。光伏发电系统产生的电能通过DC/DC变换器进入直流母线，蓄电池通过DC/DC双向变换器接入直流母线，风力发电机通过AC/DC变换器接入直流母线。二次电源之就与直流母线连接。正常情况下系统通过光伏发电系统进行供电，但当用户负载需求量增大到光伏发电系统输出点亮无法满足时，蓄电池和二次电源对系统供电。1.1.1直流系统结构分析直流系统包括光伏发电器，蓄电池，二次电源。(1)光伏发电器光伏发电通过太阳能进行发电工作产生直流电压，直接通过直流母线进入电网。(2)蓄电池光伏发电等可再生能源有较大的波动性和局限性，其产生的输出能源波动会影响整个微电网的运行稳定。而蓄电池进行供电不会出现较大波动，当光伏发电供电不稳定或用户负载需求量远超于光伏发电输出的电量时就需要增加蓄电池进行供电，来满足用户负载需求，维持微电网能量稳定。(3)二次电源是整个光伏发电交直流混合微电网系统中的最后供电保障，平时不进行放电，当光伏发电和蓄电池发电所提供的电量仍旧不能满足用户负载需求时进行紧急供电。1.1.2交流系统结构分析(1)用户负载整个光伏发电交直流混合微电网系统中的用电部分，通过微电网中的光伏发电和蓄电池等发电系统进行供电，满足日常生活所需点电量。通过并网点连入微电网，可通过并网点的断开连接进行状态切换。(2)小型发电机当长时间进行孤岛状态运行，光伏发电和蓄电池的供电量可能依旧不够，这时就需要小型发电机进行供电。1.3交直流混合微电网电源系统1.3.1光伏发电系统(1)光伏发电工作原理经过多年的发展我国的光伏发电技术已经相对成熟和普及，到处都能可以看到光伏发电的身影，同时在微电网中光伏发电也是非常重要的组成部分。首先太阳能发电可以通过光伏发电和光热发电，收到光照强度和光照温度的影响。其中光伏电池是光伏发电的重要器件，光伏电池通过太阳的照射利用自身PN结的特性产生空穴电子，通过电子的移动将光能转换为电能。这就是光伏发电的原理，可以很好的利用太阳能这种量大污染小的可再生能源。图2-2光伏发电原理图在交直流混合微电网结构中，光伏发电系统是非常重要的组成部分，一般用于发电提供充足的输出电压。其中光伏发电器在直流微电网系统当中是可以直接连入直流母线从而进行供电的，因为可以不需要经过变换器这样既可以使微电网搭建变得简单还可以节约成本。但是微电网会受到光伏发电本身的不稳定性局限性的影响，所以在交直流混合微电网中需要通过DC/DC变换器才能连入直流母线，这样就可以通过DC/DC变换器进行控制，保证输出功率的稳定。(2)光伏发电控制因为在光伏发电交直流混合微电网系统中主要的供电输出来自光伏发电系统，光伏发电系统的能量输出产生的波动会对整个微电网系统产生影响。最好的办法就保证光伏发电系统可以在任何光照条件下都能达到此时的最大输出功率，尽可能的保证发电的稳定性和电量充足。为了减少因为光伏发电输出功率的波动影响，需要对光伏发电进行能量控制，从而保证微电网系统的运行稳定。因为光伏发电在不同的光照强度和光照温度下会出现波动，通过图2-3可知，在不同光照强度下当输出电压达到一定数值时，其输出功率将会达到此时最大值，那就是最大功率点，且最大功率点有且只有一个，而这最大功率点只会随着不同的光照温度进行改变。如果让光伏发电器始终保持在最大功率点处，将会最大程度的利用太阳能，减少能源浪费。图2-3在不同光照条件下电压与功率的输出特性那么该如何让光伏发电输出电压一直保持在最大功率点上，下面介绍几种最大功率点的检测方法。(1)恒定电压法。根据图2-3，在不一样的光照条件下最大功率点的输出电压其实都相差不多，只要将输出电压控制在这一周围，光伏发电的输出功率就会极大程度接近最大功率点。根据实验表明其这一特殊输出电压大约为0.78倍的开路电压，所以将输出电压控制在这范围内，就可以基本保持在最大功率点。但是这种方法精准度较低。(2)电导增量法。为了在不同光照条件下能更加准确的判断最大功率点的所在位置，对光伏发电的电压求导，获得功率变化量。当其大于0时说明功率变化为正，输出电压增大功率增大，当小于0时则功率变化为负，输出电压增大功率减少，当等于0时为最大功率点。电导增量法的优点就是准确度高，可以正确找到最大功率点。通过对比分析本文选用电导增量法来寻找最大功率点。1.3.2蓄电池系统因为微电网系统受可再生能源的发电系统影响，极易造成供电不稳定，此时蓄电池系统可以及时进行供电，所以蓄电池系统在微电网中尤为重要。蓄电池是一种非常重要的储能装置，可以再主要分布式电源功能不足时对微电网进行供电。其中通过制造材料的不同，蓄电池可以分为很多种类，其中铅酸电池和锂电池应用及其广泛，因为这种蓄电池制作成本低，且技术成熟。在交直流混合微电网系统中有许多发电电源，大多都是利用可再生能源进行供电，所以在一些特定情况下像是阴天，无风这种情况，供电系统很有可能无法供电或者供电不足，此时依靠蓄电池系统对用户负载进行供电。当然在其他供电系统发电充足的情况下可以进行充电储存多余没利用上的能量。1.4单向DC/DC变换器在交直流混合微电网系统中光伏发电产生的输出电压是需要经过DC/DC变换器进行调节，不可以直接接入直流母线。因为DC/DC变换器还可以通过内部电容电感对光伏发电输出电压进行改变，就可以通过DC/DC变换器可以进行最大功率点追踪控制。DC/DC变换器主要有三种，升压型DC/DC转换器、降压型DC/DC转换器以及升降压型DC/DC转换器.因为本文采用光伏发电为电源，传输电量只需要单向DC/DC变换器[30]。本文介绍升压型DC/DC转换器和降压型DC/DC转换器(1)降压型变换器当开关管绝缘栅双极型晶体管IGBT正处在连通状态这种情况时，此时二极管可以被认为为是短路忽略。光伏发电电源U,向直流母线R传输电压的同时对电容电感充电。当绝缘栅双极型晶体管IGBT处于断开状态这种情况的时候，二极管为连通，电感对直流母线输出功率，电容维持负载两端的电压。设绝缘栅双极型晶体管IGBT时连通情况下的时间为,关断时间为，,D为占空比，为开关周期。求出输出电压的平均值为:(2-1)D∈(0,1)，所以可得>UR，降压型变换器的重要作用就是是对直流侧电压进行降压电路仿真如图2-4所示。图2-4Buck电路仿真通过脉宽调制(PWM)来控制绝缘栅双极型晶体管IGBT开关，原理如图2-5所示。图2-5脉宽调制波形如图生成的锯齿波分析计算，因为设定的占空比D为0.6，所以当锯齿波的输出信号超过0.6时，输出信号就为0，当锯齿波的输出信号值没有达到0.6时，输出信号就为1，通过输出信号大小来实现PWM控制。设定输入电压=12V，输入和输出电压如图2-6所示。图2-6输入输出电压(2)升压型变换器升压型变换器的电路图如图2-7所示。图2-7Boost变换器当绝缘栅双极型晶体管IGBT是连通状态这种情况的时候，二极管判断为断开形式，此时的升压变换器已经被分成了两个部分，此时直流母线对蓄电池输出电压开始充电，同时也为电容C为负载供。当绝缘栅双极型晶体管IGBT断开情况下，此时的二极管相当于短路状态，蓄电池对直流母线输出电压，同时为电容C充电，在绝缘栅双极型晶体管IGBT在此变成连通模式这种情况时的向直流母线输出功率如(2-2)。(2-2)升压变换器输出和输入电压之间的关系如式(2-2)所示。占空比D∈(0,1)，所以可得到其输出电压大于输入电压，升压变换器起到直流升压的作用。通过图2-8升压仿真。图2-8Boost电路仿真当D为0.6时，此时升压变换器输出电压如图2-9所示。根据公式(2-2)可得当D为0.6，在输入电压=8V时，输出电压=20V。通过仿真结果表明升压变换器输出电压约为20V。图2-9输出输入电压1.5DC/DC双向变换器DC/DC双向变换器是由两个绝缘栅双极型晶体管IGBT组成的。在交流微电网和交直流混合微电网中用途广泛。由于它可以做到让系统中的能量的进行双向流动，因此主要用于储能设备的接口，蓄电池通过DC/DC双向变换器连接直流母线。图2-10DC/DC双向变换器DC/DC双向变换器的电路图如图2-10所示。因为蓄电池与DC/DC双向变换器连在一起所以为蓄电池电输出源，同时变换器另一端与直流母线相连所以直流母线。通过、两个这输出电容，可以尽量维持蓄电池输出电压不变;.为两个绝缘栅双极型晶体管，电感为L。DC/DC双向变换器也有多种运行模式。(1)升压模式当DC/DC双向变换器处在升压模式这种情况时，此时的蓄电池正在向直流母线方向进行供电。此时处于断开状态这种情况，受到PWM控制开关。当处于连通状态时，电路运行于图2-11下的状态。图2-11VD2此时处于连通状态这个时候处为短路可以不考虑。此时蓄电池放电输出电压使电感L电压增大导致增大，蓄电池同时给电感充电。当处于断开状态时，电路运行于图2-12下的状态。图2-12断开当处于断开状态时此时处于正向连通状态，这时蓄电池和电感L同时供电，输出电压升高，同时为进行充电。(2)降压模式当DC/DC双向变换器处于降压模式蓄电池停止供电由直流母线向蓄电池供电进行充电。此时的处在断开的状态，PWM控制使其处在连通状态。当导通时电路运行于图2-13的状态。图2-13导通当处于连通状态时此时正是反方向断开状态。直流母线电源开始向电感L和蓄电池输送电压，此时蓄电池和电感都是充电的状态，这时电流逐渐增大。当断开时电路运行于如图2-14状态。图2-14断开当处在断开状态时，这个时候是连通状态，同时电感L对蓄电池传输电压进行充电，电感电压为。1.6AC/DC双向变换器AC/DC双向变换器电路如图2-15所示。包括六个绝缘栅双极型晶体管IGBT(V1−V6)，通过三个滤波电感将交流母线连接。、、为交流侧的相电压，、、为交流侧的电流，为直流侧的电压，为直流侧的电流。为交流侧电阻。为交流侧电抗。图2-15AC/DC双向变换器分析AC/DC变换器的数学模型开关函数的数学模型如式(2-3)所示:开关函数数学模型（2-3）三项回路电压方程式(2