摘 要

在当前能源发展战略中，光能发电、风能发电等新能源备受关注，而微电网正式利用这些资源并且将各种分布式能源、负载及储能装置组成一个整体。特别是微电网中的多能直流微电网，它将各种发电设备、用电设备直接汇合在直流母线中，无需逆变过程便可实现直接供电。相较于交流多能微电网不仅减少了中间环节，更是提高了电能的利用率和电能质量，同时让即插即用的模式更易实现。本文以直流微电网的架构为背景，利用电力电子技术配合所设计的调度管理方案来保证微电网的运行稳定性与安全性。

本文在对比交流、直流多能微电网优缺点后，综合项目要求设计，结合当地实际情况设计了风光蓄电池组成的直流微电网，并介绍其功能需求与预期目标。在多能直流微电网的结构基础上，详细介绍了各种电力电子元器件的工作原理，并根据设计要求，选定容量大小与工作电压都满足的DC/DC变换器。设计了光伏部分的反馈电路，从而确保其工作在MPPT状态。最后提出了多能微电网发电系统的调度管理模式，与微电网运行状态时的监控和管理功能。对DC/DC变换器的控制策略进行了研究并且用simulink仿真工具对上述各个部分进行模型搭建，得到最后的仿真结果图。

关键词：新能源发电；微电网系统组网；DC/DC变换器；控制策略；调度管理；

Abstract

In the current energy development strategy, energy generation, wind power and other new energy sources of concern, and the micro grid official use of these resources and a variety of distributed energy, load and energy storage devices to form a whole。In particular, micro grid in the multi power DC micro grid, it will be a variety of power generation equipment, power equipment directly connected to the DC bus, without the need for the inverter process can be achieved directly。Compared to the exchange of micro grid can not only reduce the intermediate link, but also improve the power utilization and power quality, while allowing the plug and play mode is more easy to achieve。In this paper, based on the structure of DC micro grid, the operation stability and safety of micro grid are guaranteed by using power electronic technology and scheduling management scheme.。

This paper in contrast to AC, DC to micro grid advantages and disadvantages, the integrated project design requirements, combined with local actual situation design the scenery storage battery DC micro grid, and describes the functional requirements and expectations。Based on the structure of multi energy DC micro grid, the work principle of all kinds of power electronic components is introduced in detail. According to the design requirements, the DC/DC converter which is satisfied with the capacity and the working voltage is selected。The feedback circuit of the photovoltaic system is designed to ensure that the PV system is working in the MPPT state. Finally, the scheduling management mode of multi energy micro grid generation system is proposed, and the monitoring and management functions。The control strategy of DC/DC converter is studied and the model is built with Simulink simulation tool, and finally the simulation results are obtained。

Keyword：New energy power generation; micro grid system network; DC/DC converter; control strategy; scheduling management

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2课题研究的背景及意义 1

1.3有关微电网的研究现状 3

1.4多能直流微电网的特点 5

1.5本文研究的主要内容 6

第2章 多能微电网的结构设计 7

2.1 多能微电网的基本组成 7

2.1.1直流多能微电网 7

2.1.2交流多能微电网 9

2.1.3 交直流混合的风光柴蓄微电网 10

2.2智能微电网的设计 11

2.3微电网的功能需求与预期目标 12

2.4 本章小结 13

第3章 DC/DC变换器的设计与选型 14

3.1单、双向DC/DC变换器的介绍 14

3.2光伏发电DC/DC变换器的设计 15

3.2.1 直流斩波电路工作原理 16

3.2.2光伏DC/DC变换器的设计 17

3.3风电DC/DC变换器 19

3.3.1 带隔离的DC/DC变换器 19

3.3.2风电DC/DC变换器的设计 19

3.4超级电容与蓄电池的双向DC/DC变换器 21

3.4.1双向DC/DC变换器的原理 21

3.4.2超级电容与蓄电池双向DC/DC变换器的设计 22

3.5 双向AC/DC变换器 24

3.6 本章小结 24

第4章 微电网的能量管理与调度 25

4.1调度管理系统的功能 25

4.2调度管理总体控制方案 26

4.2.1 孤岛运行模式的调度方式 26

4.2.2 并网运行模式下的调度方式 28

4.3下垂控制对母线平衡的影响研究 29

4.3.1下垂特性控制法的基本原理 29

4.3.2直流微电网的运行模式 30

4.4系统结构设计与控制策略研究 32

4.4.1混合储能系统的结构设计 32

4.4.2储能系统控制器的控制策略 35

4.4.3光伏系统DC/DC变换器的控制策略 36

4.5 本章小结 38

第5章 仿真与分析 39

5.1 光伏、蓄电池、超级电容模型的搭建 39

5.1.1光伏系统仿真模型的搭建 39

5.1.2 蓄电池系统仿真模型的搭建 41

5.2 光伏系统和蓄电池的功率平衡仿真 42

5.3 光伏、蓄电池、超级电容联合系统 46

5.4 本章小结 46

第6章 总结与展望 47

6.1总结 47

6.2展望 47

参考文献 49

致谢 51

绪论

1.1引言

中国是发展中国家，经济发展过多依赖于开采不可再生能源，环境污染问题严重，已经影响了人们的身体健康和正常生活。国家也出台了一些相应政策来应对环境污染和污染治理的问题。能源使用不当与监管不力，是导致污染越来越严重的根本原因，从而促进了新能源行业的发展，寻找清洁可再生能源，并合理利用可再生能源成为了当前的重要议题。电能在能源中，属于最清洁、最易于使用和传输的能源形式。通过发电技术将太阳能、风能等这些清洁且可再生的新能源转换成电能，实现了能源的形式统一、集中使用^[1]。

电能是现阶段人们使用最普遍的能源，人们的生活跟电能息息相关，如果离开了电能，那我们的日常生活将会受到极大影响。随着社会的不断进步、经济的持续发展，为了避免电能的供不应求，因此我们也需要重视电能的质量。电能质量的高低将直接影响着中国经济的进步。电能在满足日常工业生产需要、社会和人民日常生活的前提下，应该考虑提高电能质量^[1]。这是一个国家发展工业生产、提高科技水平、增强社会文明程度的表现，是社会发展的必然结果，是提高电的利用效率、节约电能、降低损耗、减少环境污染、提高中国经济发展速度、工业生产可持续发展的技术保证^[2]。因此对如何利用各种新能源进行发电的研究至关重要。

分布式电源的接入无疑会对大电网的稳定性带来冲击与影响，因此减小冲击对大电网的稳定运行来说必不可少。微电网的架设很好的解决了这一问题。微电网将各个分布式能源融为一个整体，只需通过一个PCC（公共耦合点）即可与大电网并网，减小了监控、能量调度管理的难度，也大大减小甚至消除了分布式能源带来的冲击。