直流配电网电能质量分析与治理措施研究

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近年来由于电力电子技术的大力发展,并且直流型负荷的大量接入和直流型电源的突增,使得配电网的源荷特征趋于直流化,直流配电网成为分布式能源消纳与直流负载供电的有效途径,发展应用前景广阔。随着敏感负荷的大量增加,企业及用户对电能质量的要求越来越严格,使电能质量成为影响直流配电网应用发展的关键问题之一。与交流系统相比,直流系统没有无功和频率问题,但其阻尼较小,抗干扰能力差,使得交直流电能质量问题具有一定的差异性。因此,直流电能质量的研究对于推动直流配电网的建设普及具有重要意义。
  针对直流电能质量问题,本文对其进行了具体分析并提供了直流电能质量治理策略,完成的主要工作研究成果如下:
  (1)对直流电能质量类型进行了详细的分析。将直流电能质量问题分为稳态电能质量和暂态电能质量,稳态电能质量包括直流电压波动和闪变、纹波、直流电压偏差、直流电压不平衡(双极直流配电网);暂态电能质量包括直流电压暂升、暂降、短时中断。对评估各电能质量问题严重程度的指标进行了分析,并分别给出了稳态和暂态电能质量的成因及表现形式。
  (2)针对直流电压偏差问题,本文提出了一种基于可控负荷与蓄电池储能的综合控制策略。当电压偏差较小时,利用可控负荷即可抑制直流电压偏差,可以减少蓄电池的容量配置,并减少其充放电次数,提高了储能装置的经济性;当电压波动较大时,由于可控负荷的容量有限,需要蓄电池对直流电压偏差进行抑制,因此可控负荷需与蓄电池配合控制,并对两者控制参数进行了设计,采用基于扰动观测器的前馈控制,减小了直流电压暂态波动。
  (3)针对直流暂态电能质量问题,本文提出了基于滑模控制的超级电容器治理策略。首先说明了超级电容器治理直流暂态电能质量问题的优势所在,其次对超级电容器的参数进行了设计,然后根据超级电容器治理装置的数学模型,设计了基于超螺旋算法的滑模控制治理策略,并且在系统参数变化时仍具有较强的鲁棒性,最后提供了超级电容器的恢复策略。
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