燃料电池并网孤岛检测及微网控制策略-研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第l页捅要为了应对能源、环境保护以及传统电网暴露出的弊端，国内外积极关注分布式发电(DistributedGeneration，DG)，其具有能源利用率高、安装区域灵活、环境污染少等优点，有效解决了大电网存在的诸多潜在问题。但分布式发电系统在实现削峰填谷、降低损耗、改善电网可靠性的同时也产生了成本高、控制难、随机性强等负面影响。为了减小分布式发电系统对大电网的影响，学者们提出了微网(Microgrid)的概念。微网运行方式灵活、可控性强，一经提出，受到了国内外学者的广泛关注。微网是一门涉及多学科的交叉技术，尚有待

2、于解决的关键性问题，包括微电源模型、微网运行与控制策略、电能质量、能量分配、故障检测以及对传统电力系统的影响等问题。因此，对微电源的选择、微网运行与控制、孤岛检测以及平滑切换等一些关键性问题的研究，提出可靠实用的解决方案，对充分发挥微网的优势、提高电网可靠性具有重大意义。本文从微电源模型、孤岛检测、以及微网并／离网平滑切换控制策略三个方面介绍了微网的关键技术，搭建了微网仿真模型。主要工作包括：(1)在现有燃料电池模型的基础上，考虑了热力学温度、湿度等因素，基于仿真平台搭建了质子交换膜燃料电池动态模型，分析了电池的极化特性曲线，验证了燃料电池输

3、出电压、功率、效率的特性；通过对燃料电池三相并网过程分析，制定了dq变换、锁相环、SPWM为核心的逆变器控制策略，实现了单位功率因数并网。(2)针对现有孤岛检测方法的不足，在现有孤岛检测方法的基础上，提出了一种适时增加扰动的改进方法——随机半周频率偏移孤岛检测方法，搭建了燃料电池并网发电系统孤岛检测模型，仿真结果验证了该方法的有效性。(3)分析了微电源的P／Q、V／f和Droop控制策略，搭建了燃料电池并网发电系统模型，验证了三种控制策略的正确性。基于燃料电池发电系统构成的微网，实现了微网离／并网平滑切换控制策略，通过仿真分析验证了控制策略在

4、燃料电池发电系统中的有效性。仿真结果表明：本文所提出的随机半周频率偏移孤岛检测法在检测时间、谐波含量等方面具有一定的优势，是切实可行的；本文搭建的微网控制策略实现了平滑切换，并完成了孤岛运行时切增负荷的工况。关键词：燃料电池；孤岛检测；控制策略；平滑切换西南交通大学硕士研究生学位论文第1l页AbstractInordertoovercometheproblemsofenergyshortageandenvironmentalprotection，aswellastheshortcomingsoftraditionalgrid，allthewo

5、rldarestronglyfocusondistributedgenerationactively，whichhastheadvantagesofhighenergyefficiency，flexiblemountingarea．10wenvironmentalpollutionetc．Besides，itcaneffectivelysolvemanypotentialproblemsoflargepowergrid．However,whileachieveingpeaksharpening，decreasingenergylossandi

6、mprovingpowergridreliability,distributedgenerationhasthenegativeimpactsofhighcost，controllingdifficultyandstrongrandomness．Hence，thescholarshaveputforwardtheconceptionofmicro-gridtodecreaseitsnegativeinfulence．Becauseofitsflexibleoperationmodeandhighcontrollability，itreceiv

7、edwideattentionfromscholarsalhomeandabroadassoonasitisproposed．Micro-gridisacrosstechn0109yrelatedtomulti—discipline，whichhascertainkeyissuestobesolved，includingmodelofmicro．power,operationandcontrolstrategyofmicro—grid，powerquality,energydistribution．fauItdetectionaswellas

8、itsinfluenceontraditionalpowersystem．Therefore，thestudvonthesekeyissuesofmicro．gri