双侧随机海上平台海洋多能源直流微网系统稳定机理研究

For the requirement of electricity supply on offshore platforms and taking a case study of tidal current, wind, solar and battery islanded DC microgrid, this project studies the stabilizing theory of ocean multi-energy DC microgrid system with bilateral randomness on offshore platforms to weaken the serious influence to stability by bilateral randomness feature. For the long-time stability improvement in normal operation, the ocean multi-energy coordinately control principle is further carried out. A unified self-adaption control method to virtual impedances of power converters is proposed firstly for the limited capacity and ocean-energy generator & load (bilateral) randomness. This method deals with the stability problems from ocean energy random and load random separately and solve the stability problem in bilateral randomness by virtual impedance self-adaption. Then, for the coordination and stabilization of ocean multi-energies, a self-adaption to small-signal stability range following the large-signal dynamic curve in hybrid master-slaver and plug-and-play coordination is put forward. Finally, a semi-physical and system experimental setup is established for relevant theories accomplishment and parameters optimization design. In the whole project, by theoretical exploration and experimental verification, a series of theories and parameters designing methods to this ocean multi-energies DC microgrid system on offshore platforms is achieved for the unique problems of “limited capacity, stability issue in bilateral randomness, coordination, and stabilization in ocean multi-energies.” Those are theoretical analysis, mathematical modeling, simulation, and test analysis, which provide a key principle of the independent ocean multi-energy power supply techniques application on offshore platforms.

基于海上平台电能供给需求，将潮流能、海上风光发电与储能技术相结合，构建独立运行的直流微网系统，研究双侧随机海上平台海洋多能源直流微网系统稳定机理，削弱供需双侧随机特性对母线电压影响，并通过多能源协调控制，进一步提高系统稳定性。针对海上平台容量有限与双侧随机问题，提出功率变换器虚拟阻抗协调统一自适应控制，将海洋能发电间歇性与负载用电随机性对系统稳定性影响分开，通过虚拟阻抗参数自适应调节实现双侧随机系统的稳定；针对海洋多能源稳定性问题，提出基于主从与对等混合协调控制稳定域自适应方法，使小信号稳定域跟随大信号优化动态特性；构建实验平台，完善理论研究，优化参数设计。项目通过理论探索与实验验证，获得解决海上平台海洋多能源直流微网系统“容量有限、供需双侧随机稳定、多能源协调稳定”的理论与参数设计方法，包括理论分析、数学建模、仿真手段与试验分析，为我国海洋多能源直流微网技术在海上平台的应用提供基础理论。

基于海上平台电能供给需求，将海上风光发电与储能技术相结合，构建独立运行的直流微网系统，研究双侧随机海上平台海洋多能源直流微网系统稳定机理，削弱供需双侧随机特性对母线电压影响，并通过储能单元的协调控制，进一步提高系统稳定性。.（1）针对海上平台多种新能源构成的电力电子化直流微网系统具有低惯量、弱阻尼特性，以及海上新能源强的间歇性所引起的微网系统稳定性问题，在风力发电单元、光伏发电单元的接口直流变换器中，提出主动式虚拟直流发电机技术，减缓在风、光发电单元出力突变时对母线电压冲击，以提高直流微网系统惯性。.（2）针对海洋平台恒负载突变时产生的负阻抗特性产生的直流母线电压高频不稳定问题，提出一种基于直流母线电压纹波大小自动调节母线侧等效电容的阻抗适配技术，获取了阻抗适配器主电路元件选取与控制参数设计准则，旨在实现系统阻抗特性的动态自适应匹配，以期提高海上平台新能源直流微网的系统稳定性与可靠性。.（3）针对新能源间歇性强、负载切换频繁所引起的电能质量不佳，及传统虚拟惯性方法调节时间长问题，提出电压变化率虚拟惯性控制方法，并分析了惯量系数、导纳系数、调节系数对系统稳态与暂态特性的影响机理，获得了这三个参数的优化设计准则。该方法削弱了负载切换对母线电压冲击的同时，改善了母线电压动态特性。.（4）针对海上平台直流微网可靠性更高、短路故障检测速度与短路保护动作更快的要求，基于海上平台分支电路多且线路短的特点，利用支路电流方向和电流阈值，提出一种母线差动电流保护和支路方向电流保护相结合的复合式短路故障保护方案，准确定位各支路发生的短路故障，提高短路故障检测的安全可靠性。.项目通过理论探索与实验验证，获得解决海上平台海洋多能源直流微网系统“容量有限、供需双侧随机稳定、多能源协调稳定”的理论与参数设计方法，包括理论分析、数学建模、仿真手段与试验分析，为我国海洋多能源直流微网技术在海上平台的应用提供基础理论。