微電網電能控制技術

本書重點關注微電網應用中廣泛關注的幾種關鍵技術，對其進行理論分析與探討。以分散式發電系統的快速發展為切入點，介紹了微電網技術的產生背景與發展現狀，總結了微電網系統的主要分類形式與控制方式，同時探討了影響微電網技術發展的關鍵研究方向。以微電網系統的電能品質改善為切入點，分析了微電網中諧波的產生機理。以微電網系統的穩定性提升為切入點，以特定微電網系統結構為例，對微電網系統的靜態與暫態穩定性分析方法進行了討論。

第1章　緒論 ................................................................................................... 001
1.1　可再生能源的發展現狀 .......................................................................... 001
1.1.1　水能 ............................................................................................. 002
1.1.2　生物質能 ..................................................................................... 003
1.1.3　風能 ............................................................................................. 004
1.1.4　太陽能 ......................................................................................... 005
1.1.5　地熱能 ......................................................................................... 006
1.1.6　海洋能 ......................................................................................... 007
1.2 分散式發電技術 ...................................................................................... 008
1.2.1　分散式發電的特點 ..................................................................... 009
1.2.2　分散式發電的經濟性與環保效益 ............................................. 010
1.3　改善分散式發電性能的控制方法 .......................................................... 012
1.3.1　主動配電網控制技術 ................................................................. 012
1.3.2　微電網控制技術 ......................................................................... 014
1.4　微電網的分類與控制 .............................................................................. 018
1.4.1　微電網的分類 ............................................................................. 018
1.4.2　微電網系統的控制 ..................................................................... 021
1.5　微電網關鍵技術 ...................................................................................... 026
1.5.1　微電網的規劃設計與經濟運行 ................................................. 026
1.5.2　微電網的運行控制 ..................................................................... 027
1.5.3　微電網的分散式電源控制 ......................................................... 029
1.5.4　微電網的孤島運行技術 ............................................................. 031
1.5.5　微電網的穩定性分析 ................................................................. 033
1.5.6　微電網的電能品質 ..................................................................... 034
1.5.7　微電網的故障檢測與接入標準 ................................................. 035
 
第2章 微電網變流器控制 ......................................................................... 047
2.1　微電網變流器控制分類 .......................................................................... 047
2.1.1　功率控制型微電網變流器 ......................................................... 048
2.1.2　頻率、電壓控制型微電網變流器 ............................................. 049
2.2　微電網變流器的PQ 控制策略 ............................................................... 052
2.2.1　PQ 控制的基本工作原理 ........................................................... 053
2.2.2　PQ 控制的實現 ........................................................................... 056
2.3　微電網變流器的下垂控制策略 .............................................................. 060
2.3.1　下垂控制原理 ............................................................................. 060
2.3.2　基於三環解耦的下垂控制實現 ................................................. 063
2.4　線路阻抗特性對微電網變流器功率控制的影響 .................................. 066
2.5　微電網變流器的虛擬阻抗控制 .............................................................. 069
2.5.1　微電網變流器的虛擬阻抗控制 ................................................. 069
2.5.2　虛擬阻抗實現功率解耦控制的機理分析 ................................. 073
2.5.3　虛擬阻抗設計原則 ..................................................................... 075
2.5.4　虛擬阻抗對系統輸出電壓的影響 ............................................. 077
2.5.5　虛擬阻抗對系統穩定性的影響 ................................................. 079
2.5.6　模擬與實驗研究 ......................................................................... 083
2.6　本章小結 .................................................................................................. 089
 
第3章　微電網變流器的性能分析與改善 ............................................ 092
3.1　微電網變流器的並網性能分析 .............................................................. 092
3.1.1　並網變流器的數學模型 ............................................................. 093
3.1.2　並網變流器的解耦性能分析 ..................................................... 096
3.1.3　微電網變流器的抗擾性能分析 ................................................. 099
3.2　微電網變流器並網性能分析實例 .......................................................... 103
3.2.1　解耦性能分析實例 ..................................................................... 103
3.2.2　抗擾性能分析實例 ..................................................................... 107
3.3　 基於線路壓降補償的微電網變流器無功負荷分擔策略 .................... 110
3.3.1　線路阻抗對微電網變流器無功分擔性能的影響 ..................... 110
3.3.2　基於電壓補償的微電網變流器無功分擔方法 ......................... 112
3.3.3　實驗研究 ..................................................................................... 116
3.4　 基於虛擬阻抗控制的微電網變流器不平衡負荷分擔性能改善 .......... 118
3.4.1　孤島模式下微電網變流器的不平衡負荷分擔 ......................... 119
3.4.2　孤島模式下微電網變流器的非線性負荷分擔 ......................... 121
3.4.3　孤島模式下微電網變流器的不平衡負荷分擔方法 ................. 123
3.4.4　孤島模式下微電網變流器的非線性負荷分擔方法 ................. 128
3.4.5　基於虛擬阻抗的微電網變流器負荷分擔改善實現 ................. 129
3.4.6　模擬與實驗研究 ......................................................................... 133
3.4.7　本章小結 ..................................................................................... 140
 
第4章　微電網的諧波分析與抑制 ........................................................... 142
4.1　微電網變流器的諧波特性分析與建模 .................................................. 142
4.1.1　微電網變流器的高次諧波分析 ................................................. 143
4.1.2　微電網變流器的低次諧波分析 ................................................. 148
4.2　微電網系統的諧波特性分析與建模 ...................................................... 151
4.2.1　單台主動配電網變流器接入條件下的諧波分佈 ..................... 151
4.2.2　多台微電網變流器接入條件下的諧波分佈 ............................. 153
4.2.3　模擬與實驗研究 ......................................................................... 158
4.3　微電網的諧波檢測技術 .......................................................................... 168
4.3.1　微電網的常用諧波檢測方法 ..................................................... 168
4.3.2　基於多旋轉座標變換的諧波檢測方法 ..................................... 170
4.3.3　模擬與實驗研究 ......................................................................... 179
4.4　微電網變流器的諧波抑制策略 .............................................................. 182
4.4.1　PQ 控制微電網變流器的諧波抑制 ........................................... 182
4.4.2　下垂控制微電網變流器的諧波抑制 ......................................... 187
4.4.3　實驗研究 ..................................................................................... 192
4.5　基於二次控制微電網諧波抑制 .............................................................. 195
4.5.1　線路阻抗對PCC 不平衡電壓的影響分析 ............................... 195
4.5.2　抑制PCC 不平衡電壓控制方法的實現 ................................... 198
4.5.3　實驗研究 ..................................................................................... 203
4.6　本章小結 .................................................................................................. 205
 
第5章　微電網的穩定性分析 .................................................................... 208
5.1　小信號穩定性分析概述 .......................................................................... 209
5.1.1　小信號穩定性分析過程的建模 ................................................. 209
5.1.2　小信號穩定性分析的穩定性判定 ............................................. 213
5.2　微電網系統的小信號建模與分析 .......................................................... 215
5.2.1　集中式負荷系統的小信號建模 ................................................. 215
5.2.2　分散式負荷系統的小信號模型 ................................................. 225
5.2.3　模擬研究 ..................................................................................... 234
5.3　微電網系統暫態的穩定性分析 .............................................................. 242
5.3.1　微電網變流器對暫態穩定性的影響分析 ................................. 243
5.3.2　動態負荷對微電網系統暫態穩定性的影響 ............................. 245
5.3.3　模擬分析 ..................................................................................... 247
5.4　本章小結 .................................................................................................. 261
附錄 ..................................................................................................................... 264 

馬添翼，吉林松原人，工學博士。2008 年博士畢業于北京交通大學，2008年至2010 年於清華大學精密儀器系從事博士後工作，現為北京印刷學院講師。主要從事微電網智慧控制、微電網建模及微電網諧波治理相關研究。已在國內外發表學術論文30 餘篇，其中10 餘篇為EI 檢索。主持、參加並完成多項國家及北京市項目。