分布式发电微网系统运行控制与保护关键技术研究

本项目将根据分布式发电技术应用日益广泛、配电系统中分布式电源的渗透率不断提高的现实情况，以冷热电联供（CCHP）、建筑一体化太阳能光伏发电（BIPV）、燃料电池、蓄电池、超级电容等分布式发电设备与负荷构成的微网系统作为研究背景，重点研究分布式微网系统的继电保护、运行控制、解并列控制等方面的关键理论与核心技术问题，通过建立微网系统各组成单元的静态和动态数学模型，深入研究微网系统自主独立运行和并网运行时的动态和稳态特性，系统地分析微网与常规电力系统的交互作用；研究微网系统及各发电单元的保护控制与能量管理控制策略，探讨微网与常规电网的解并列条件，开发微网解／并列/保护、微电源电力电子接口及电能质量控制技术和装置；寻求建立微网系统各发电单元的协调控制方案及可行性验证；利用实验平台验证理论模型和方法的合理性，为未来分布式发电微网技术在电力系统中的广泛应用打下良好基础。

本项目针对分布式发电技术应用日益广泛、配电系统中分布式电源的渗透率不断提高的现实情况，以冷热电联供（CCHP）、建筑一体化太阳能光伏发电（BIPV）、燃料电池、蓄电池、超级电容等分布式发电设备与负荷构成的微网系统作为研究对象，重点研究了分布式微网系统的继电保护、运行控制、解并列控制等方面的关键理论与核心技术，系统分析了微网系统各组成单元和含微网配电网的故障特性，提出了含微网的配电网故障分析方法。提出了自适应相位相关电流差动保护和基于Petri网的配电网故障诊断方法。研究了微网解列方案，提出了微网失步判别算法，提出了基于模糊数学的微网失步解列方案。提出了基于主动检测的孤岛检测方法并应用于CCHP示范项目。进行了分布式电源逆变器采用P-f和Q-V下垂控制时微网的频率稳定性的分析，仿真验证了PQ、V/f-P/Q控制策略配合，可以满足微网系统从并网到孤岛转换的稳定运行。对静态开关的工作原理进行分析，研究线路阻抗不同时逆变器改进下垂控制策略、基于暂态仿真的微网控制策略、基于功率平衡及时滞补偿相结合的双级式变流器协调控制、基于非线性干扰观测器的交直流微网直流母线电压控制以及孤岛条件下微网的综合控制策略。提出了具有功率控制和调频调压双重功能的VSVC型的新型通用逆变电源设计思想，并通过仿真验证设计模型的正确性。针对储能系统，进行了能量优化和功率优化的研究，结果表明通过合适储能系统的选择和配合，可以减少分布式电源接入对系统的影响。提出了基于dq0检测法的改进的UPQC电能质量检测方法和基于最佳能量补偿策略的UPQC补偿控制策略。在微网电能质量研究中，提出了线性正弦跟踪算法、线性梳状滤波器算法、非归一化和归一化正弦频率跟踪算法、非归一化基波频率跟踪算法、非归一化与归一化频率自适应梳状滤波器。对孤岛运行情况下的一次、二次调频的机理进行了分析，研究了多代理技术下的单微网、多微网的能量管理，建立微电网各元件的CIM扩展模型。设计实现了集中式继电保护与控制系统、开发完成了一个微网稳定性仿真系统，完成了静态开关样机研制，设计开发了储能系统的充放电控制装置，并通过样机的功能验证。进行UPQC样机设计制造。设计实现了基于合肥工业大学分布式发电实验平台的微网能量系统。设计实现了天津大学微网控制保护系统的一二次系统建设。研究结果从保护、运行控制、系统集成角度，对微电网相关研究的进一步开展具有重要意义。