基于可再生能源的分布式发电系统能量变换、控制与并网运行研究

基于可再生能源的分布式发电是国民经济可持续发展战略和环境保护的重要组成部分。研究分布式发电系统的并网运行问题，消除它对电网的负面影响，改善其电能质量，确保分布式发电系统独立及并网运行时的稳定性，将为高效、高质量、高稳定性和更经济的分布式发电系统的发展提供重要的理论基础，对能源结构调整、环境保护和可持续发展具有战略性全局性的重要意义。本项目针对由风能和太阳能等可再生能源发电单元及多元复合储能单元构成的分布式发电系统，研究其网络拓扑及其优化配置方法、适应分布式发电系统特点的电力电子变换器电路拓扑及控制策略、多能源发电单元多变换器独立或并网运行的协调控制和稳定性理论、稳态和暂态情况下分布式发电系统与电力系统之间相互影响的机理、基于经济运行调控理论的分布式发电系统能量管理方法和去随机化策略、综合故障诊断理论及故障后系统快速重构方法。通过上述研究，实现分布式发电系统安全经济高效优质的并网运行。

基于可再生能源的分布式发电是解决能源危机和环境保护的途径之一。本项目围绕分布式发电系统，开展了系统网络拓扑及优化配置、适应分布式发电系统特点的电力电子变换器、分布式发电系统并网控制、分布式发电系统特性及与电力系统的相互影响、分布式发电系统监控与能量管理等五个方面的研究工作，所取得的研究成果如下：(1) 给出了风光蓄互补发电系统的容量优化配置的评价指标和约束条件，提出了独立运行和并网运行时的优化配置方法，采用能量滤波器对所需储能元件容量进行了优化。(2) 针对风力发电和太阳能发电单元，提出了一族隔离式Buck-Boost变换器，在宽输入电压范围内实现了高变换效率；针对多能源联合供电系统，提出了一系列多输入直流变换器，简化了系统结构；针对储能单元，研究了双端有源全桥变换器的控制方法,提高了变换效率；研究了多电平逆变器的控制方法，以简化控制电路和改善输出电压质量；提出了两级式逆变器中前级直流变换器的二次纹波电流抑制方法，提高了变换效率和可再生能源发电单元的使用寿命。(3) 针对LCL型并网逆变器，提出了电网电压全前馈方法，有效减小了电网电压背景谐波对并网电流的影响及其稳态误差；针对三相并网逆变器，提出了基于多复系数滤波器的频率自适应锁相环，解决了电网电压严重畸变和不平衡时的电网同步问题；开展了分布式发电系统并网运行及协调控制和多机独立运行电压频率控制研究，提出了基于加权控制算法的分布式发电系统并/脱网无缝切换策略；提出了一种基于负序电压正反馈孤岛检测方法，避免了对逆变器并网运行时的影响。(4) 建立了分布式发电系统的稳态和暂态数学模型，分析了各单元并网端口特性及其对电力系统的影响；研究了分布式电源对配电网继电保护的影响，提出了基于通信的含分布式电源配电网的线路保护方案，探讨了分布式发电系统的接入规范及解决方案。(5) 建立了一种分布式发电能量管理系统平台，研究了其在独立和并网运行时的优化能量管理方法；提出了分布式发电系统在线监测、故障诊断与系统重构方法，以及配电网含风电机组的故障隔离和含微网的故障恢复重构方法。同时，完成了3个研究实验平台。发表和录用论文116篇，其中被SCI收录23篇，EI收录79篇；出版专著3部；申请中国专利39项，其中14项已授权。本项目为实现分布式发电系统安全经济高效优质的并网运行提供了理论基础，对能源结构调整、环境保护和可持续发展具有重要意义。