中文摘要
中文摘要
在低压微电网中，由于分布式电源的不稳定性，将导致系统有功功率发生大幅波动，进而严重影响系统母线电压，为此采用静止无功发生器(SVG)与储能装置协同配合改善系统功率因数，维持母线侧电压。
首先，从无功功率和功率因数的概念出发，分别从正弦电路和非正弦电路这两个方面进行介绍，然后从是否考虑损耗这个角度描述了SVG的工作原理和等效电路，确定了SVG的主电路结构，另外还简单介绍了无锁相环的无功电流检测技术和基于单神经元PID的SVG控制策略。
其次，对混合储能系统结构设计进行分析，重点介绍了蓄电池、超级电容和锂电池的数学模型和相应的充放电控制策略，根据它们性能的优缺点，简单介绍了在不同电压变动下的直流母线电压控制策略。
最后，在前面研究的内容基础之上使用MATLAB/Simulink搭建SVG和混合储能系统的仿真模型，并且对它们的性能进行仿真分析，仿真结果表明，单神经元PID控制策略有着比传统PID控制策略更好的补偿效果；针对不同电压变动情况，混合储能系统采用相应的控制策略可以维持直流母线电压；在低压微电网中，引入SVG与混合储能系统，不仅可以维持母线电压，还具有较好的无功补偿效果。
关键词：无功补偿；静止无功发生器；单神经元PID控制；混合储能系统；直流母线电压
ABSTRACT
ABSTRACT
In low-voltage microgrid, due to the instability of distributed power supply, the active power of the system will fluctuate greatly, which will seriously affect the bus voltage of the system. Therefore, the static reactive power generator (SVG) and the energy storage device are used to improve the power factor of the system and maintain the bus voltage.
Firstly, starting from the concept of reactive power and power factor, respectively from the sinusoidal and non-sinusoidal circuit is presented in these two aspects, and then from the Angle of consider loss this describes the equivalent circuit and working principle of SVG, determine the main circuit structure of SVG, and simple introduce phase locked loop of reactive current detection technology and SVG based on single neuron PID control strategy.
Secondly, the structure design of hybrid energy storage system is analyzed, and the mathematical models of accumulator, supercapacitor and lithium battery and the corresponding charging and discharging control strategies are emphatically introduced.
Finally, on the basis of the previous research, MATLAB/Simulink was used to build simulation models of SVG and hybrid energy storage system, and their performance was simulated. The simulation results showed that the single-neuron PID control strategy had better compensation effect than the traditional PID control strategy. According to different voltage variations, the hybrid energy storage system adopts the corresponding control strategy to maintain the dc bus voltage. In low voltage microgrid, SVG and hybrid energy storage system can not only maintain bus voltage, but also have better reactive power compensation effect.
Key words:Reactive Power Compensation; Static Var Generator; Single Neural PID Control; Hybrid Energy Storage System; Dc Bus V oltage
目录
目录
第一章绪论 (1)
1.1 课题研究背景及意义 (1)
1.2 国内外研究现状 (2)
1.2.1 国内外SVG的研究现状 (2)
1.2.2 国内外储能技术的研究现状 (2)
1.3 本文主要研究内容 (4)
第二章SVG的工作原理及主电路研究 (5)
2.1 无功功率理论 (5)
2.2 静止无功发生器的理论表述 (7)
2.3 静止无功发生器的主电路 (9)
2.4 本章总结 (10)
第三章无功电流检测与SVG的控制策略研究 (11)
3.1 无功电流检测技术 (11)
3.1.1 无功电流实时检测 (11)
3.1.2 无锁相环的无功电流实时检测 (12)
3.2 SVG的控制方法 (15)
3.2.1 电流直接控制法 (15)
3.2.2 电流间接控制法 (17)
3.2.3 两种控制方案比较分析 (19)
3.3 神经元PID控制策略 (19)
3.3.1 神经网络概述 (19)reactivepower
3.3.2 人工神经元模型 (20)
3.3.3 神经元PID控制器 (22)
3.4 本章总结 (26)
第四章混合储能系统结构设计与控制策略 (27)
4.1 混合储能单元类型选择及其拓扑结构设计 (27)
4.2 混合储能系统建模与控制策略 (28)
SVG与储能装置在低压微电网中的综合应用
4.2.1 蓄电池储能系统建模与控制策略研究 (28)
4.2.2 超级电容储能系统建模与控制策略研究 (29)
4.2.3 锂电池储能系统建模与控制策略研究 (31)
4.3 直流母线电压控制策略 (33)
4.4 本章总结 (35)
第五章SVG与混合储能系统仿真实验研究 (37)
5.1 仿真模型的建立 (37)
5.2 系统仿真 (43)
5.2.1 静止无功发生器的仿真 (43)
5.2.2 储能系统的仿真 (48)
5.2.3 静止无功发生器与储能系统相结合的仿真 (52)
5.3 本章总结 (55)
第六章总结与展望 (57)
6.1 总结 (57)
6.2 展望 (58)
参考文献 (59)
致谢 (63)
攻读学位期间发表的学术论文目录 (65)
VI
第一章绪论
第一章绪论
1.1 课题研究背景及意义
近年来，微电网的建设发生了日新月异的变化，储能在微网中扮演着越来越重要的角，其应用范围涉及整个电能生产的各个环节。由于储能具有良好的充放电性能，微电网中引入储能技术不仅可以很好的进行功率平衡，而且还可以有效抑制新式能源发电所带来的电压波动。静止无功发生器（Static Var Generator，SVG）是目前无功控制领域内的最佳方案，是当今国内外最先进的电能质量调节器。相比于传统的调相机、电容器、电抗器、以晶闸管控制电抗器为主要代表的静止无功补偿器等装置，SVG有着无可比拟的优势，它不仅可以抑制微网中电压波动与闪变，而且还可以解决系统无功不足，三相不平衡、电流畸变等电能质量问题，是到目前为止电力系统无功补偿领域重要的控制方法[1]。
随着社会的发展，传统资源匮乏和全球环境恶化的问题日益突出，太阳能、风能等清洁可再生能源组成的新式能源发电系统越来越受到世界各国的关注，并得到了大力的发展。但新式能源发电系统接入电网，由于其输出功率具有的间歇性和随机性，其发电装置的运行和故障状态往往会引起有功和无功功率的波动，进而使并网点有功功率和无功功率支撑能力不足，电网联网点的电压故障会反过来影响新式能源发电系统[2]。如果仅仅采用SVG，在新能源发电系统正常稳定工作时，SVG利用其优越的动态补偿能
力可以维持并网点电压水平，并且可以提高系统功率因数，改善电能质量，但新能源发电系统存在非线性、间接性、极大的不稳定性，当系统有功功率不足时，联网点电压水平会降低，因此为了能够维持电压水平，改善电能质量，同时要考虑绿环保的要求，选择引入储能装置，在新能源发电系统处于波峰时，储能装置会将富裕的电能储存起来，当处于波谷时，储能装置会将储存的电能释放到电力系统中，维持电压的稳定。但如今应用在微电网中的储能方式比较单调，其容量和控制策略由于某种原因而受限制，不能很好地解决目前微电网所存在的一些问题，近年来，储能技术发展迅速，主要分为分布式储能和集中式储能，其中分布式储能在微电网的建设与运营过程中起着非常重要的作用[3]。微电网对于接入其中的储能装置的要求包括：响应速度快，功率密度大，能量密度大，为此采用混合储能方式。
综上所述，在我国微网的建设和运行当中存在大量不稳定的分布式电源，这些分布式电源将会导致微网母线电压发生波动。随着经济的发展，不稳定微源及冲击性负
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