光伏村源荷互动控制技术研究与应用

论文总字数：29289字

摘 要

16012221 刘增稷

指导教师 汤奕

随着中国经济的发展，用电负荷逐渐增多，能源短缺和环境问题日益突出，因此亟需调整能源发展结构，大力推进新能源的建设，通过分布式风电、光伏等解决电能利用问题。户用分布式电源可以直接向电网末端的居民用户供电，在提供清洁能源的同时，也带来了很多问题，如双向潮流、电能输出的波动性引起的功率失衡和电能质量问题等。传统的需求响应技术主要针对大型电力用户，并且还未实现需求响应的自动化和智能化。在智能电网相关技术的支撑下，研究居民侧智能负荷控制技术，对电网调峰、分布式电源本地消纳具有重要意义。

本文主要围绕居民侧智能负荷及分布式电源参与电力需求响应，阐述了用户侧智能负荷管理系统的概念，重点研究了居民负荷特性，提出了用户负荷参与调峰及分布式电源本地消纳的控制方案，并设计了分布式电源控制装置及智能用电管理系统。

首先，本文研究了分布式光伏电源的输出特性并建立物理模型，研究了居民用户的可控负荷特性，如空调、热水器、电动汽车等，并建立其物理模型，为后续研究智能负荷参与电网调峰及分布式电源本地消纳奠定基础。

其次，本文介绍了分布式电源的控制策略，阐述了分布式电源控制装置的实施方案，包括系统框架、软硬件实现方案等。

然后，本文介绍了智能负荷用电管理系统及其控制方案并建立了居民可控负荷的控制模型，在满足用户舒适度需求的前提下，根据负荷的实时状态计算其动态优先级，并执行负荷控制策略，从而达到电网调峰及分布式电源本地消纳的目的。

最后，本文针对用户参与区域电网电力需求响应，阐述了智能用电管理平台的功能设计、系统框架、软硬件实现方案、家庭用电管理系统的组网实现方案、用户侧人机界面设计方案等。

关键词：智能电网；能量管理系统；需求响应；智能负荷；分布式电源

Abstract

The electricity load is increasing gradually with the development of China’s economic. Energy shortages and environmental problems have become increasingly prominent. Therefore we need to adjust the development of energy structure and promote the construction of new energy sources. We can solve the problem through the use of distributed wind power photovoltaic and others.Household distributed power can supply power directly to residential customers of the end of power gird. In providing clean eneragy, it alos brought a lot of problems, such as bi-directional power flow, power imbalance and power puality issues. The traditional demand response technology mainly for large power users, and dose not implement automation and intellignet. With the support of smart grid technology, it’s significance to make research on intellignet load control technology of resident side.

This paper mainly focus on the the intelligent loads of residents side and demond response distributed sources participated. It explains the concept of intelligent load management system of user-side. The control plan of user load and distributed power has been proposed. The distributed power supply control device and the intelligent power management system has been designed.

Firstly, we established the physical model to research the output characteristics of distributed photovoltaic power. We studied the controllable load characteristics of residential customers, such as air conditioning, water heaters, electric cars etc. It laies the foundation for the follow-up research.

Secondly, this paper describes the control strategy of the distributed power and the embodiment of a distributed power control device including the framework of system, softerware and hardware.

Thirdly, this paper introduces the intelligent power management system and the control module of the controllable load. To achive the purposes of improving power quality, this system compute the dynamic priority of the load according to the real-time status and perform the load control strategies.

Finally, for the user to participate in the regional electricity grid demand response, this paper describes the designing of the intelligent power management system , cinluding the function, the framework of system, software, hardware, household electricity management system network and the designing of man-machine interface.

KEY WORDS: smart grid; energy management system; demand response; intelligent load; distributed power

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 I

1.1 研究背景与选题意义 1

1.2 国内研究现状 1

1.2.1 电力需求响应技术研究现状 2

1.2.2 智能用电技术研究现状 3

1.2.3 能量管理技术研究现状 3

1.2.4 分布式电源消纳技术研究现状 4

1.3 本课题研究内容及论文结构 5

1.3.1 研究内容 5

1.3.2 论文结构 5

第二章 分布式电源工作特性及控制装置设计 7

2.1 引言 7

2.2 分布式光伏电源模型 7

2.3 分布式电源控制装置 8

2.3.1主控板 9

2.3.2 AD板 10

2.3.3 开出板 13

3.3.4 开入板 15

2.3.5 通信板 16

2.4 系统设计方案 16

2.5 本章小结 18

第三章 智能负荷工作特性及模型 19

3.1 引言 19

3.2 智能负荷模型 19

3.2.1 空调负荷特性及模型 19

3.2.2 热水器负荷特性及模型 20

3.2.3电动汽车负荷特性及模型 22

3.3 本章小结 24

第四章 智能家电管理控制方案 25

4.1 引言 25

4.2 智能家电管理控制系统 25

4.3 智能家电管理控制方案 26

4.3.1 智能家电控制模型 26

4.3.2 智能家电控制算法 28

4.3.3 算例仿真 29

4.4 本章小结 38

第五章 智能用电管理平台设计 40

5.1 引言 40

5.2 智能用电管理平台功能设计 40

5.3 智能用电管理平台设计方案 41

5.4 本章小结 44

第六章 结论与展望 45

致 谢 46

参考文献（References） 47

第一章 绪 论

1.1 研究背景与选题意义

随着中国经济的发展，能源短缺和环境问题也日益突出，需要调整能源结构，大力推进新能源建设，分布式风电和分布式光伏作为新能源发电的解决方式之一值得重视。分布式新能源在用户侧的应用可以实现多能互补利用，在满足居民用电需求的同时，促进了清洁能源的发展。但是，目前电网消纳新能源能力有限，分布式电源直接并网将对电网产生不利影响。分布式电源的随机性、不可控性等特点，使其并网时对电网冲击较大，这将引起电网频率偏差、电压波动、馈线潮流变化等问题，电网的调峰容量裕度需要增大；并且新能源并网时伴随大量的电力电子设备，这将产生一定的谐波和直流分量，可能引起电网电压畸变，影响电能质量^[1]。因此，需要对分布式新能源消纳技术进行研究。

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