基于滑模和协调控制的直流微电网控制策略研究.pdf

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摘要

随着产业结构和能源结构调整的持续推进,可再生能源的发展对于降低碳排放

进程有着重要意义,是实现绿色转型的重要途径,微电网作为未来发配电系统的重

要组成部分,对构建以新能源为主体的新型电力系统有着重要意义。直流微电网以

对分布式电源更有效的接纳能力,更少的设备需求,逐渐成为研究热点。针对直流

微电网孤岛运行时的功率平衡和直流母线电压稳定控制等问题,本文以直流微电网

的协调控制为基础,提出一种直流母线电压信号控制策略;针对直流侧和网侧不确

定干扰对直流微电网并网运行造成的影响,提出了一种改进的滑模控制策略。本文

的主要工作内容包括:

(1)直流微电网结构和各组成部分的设计。设计了以若干个光伏单元和蓄电池

储能单元作为微源的直流微电网结构,对光伏电池和蓄电池建模和分析,验证了输

出特性与数学模型相匹配,并对两者的接口电路进行了设计,分析了其工作原理。

(2)光伏和储能单元及其控制策略的研究。对于光伏发电单元,提出了基于扰

动观察法的MPPT控制策略和下垂控制策略;对于蓄电池储能单元,提出了恒功率

充放电控制策略和下垂控制策略。基于母线电压分层的设计,两个微源单元以母线

电压为信号,可以在不同的工作模式及其对应的控制策略间平滑切换,通过仿真分

析验证了两个微源单元的稳定运行能力及控制策略的有效性。

3

()直流微电网的协调控制策略的研究。对于孤岛运行模式,提出一种直流母

线电压信号控制策略,依据母线电压层级设计了五种直流微电网的工作模式,仿真

结果表明,所设计的控制策略可以实现负荷变化时,直流微电网工作模式的平滑切

换、直流母线电压的稳定控制及各单元间的功率分配。

(4)并网变换器的滑模控制策略研究。通过分析滑模控制(slidingmodecontrol,

SMC)的原理和设计过程,结合双向DC/AC变换器的数学模型,针对电网中的未知

干扰因素,提出一种改进的滑模控制策略,在滑模控制器的设计过程中,提出一种

新型的趋近律并应用于电流内环。仿真结果表明,对于并网运行的直流微电网,该

控制策略可以有效维持直流侧电压稳定,存在不确定干扰因素时,该控制策略使系

统具备良好的抗干扰能力。

关键词:直流微电网;并网变换器;协调控制;滑模控制

I

目录

摘要I

ABSTRACTII

1绪论1

1.1课题研究背景及意义1

1.2直流微电网的国内外研究现状2

1.2.1直流微电网的协调控制策略2

1.2.2直流微电网并网变换器的控制6

1.3本文主要研究内容及章节安排8

2直流微电网结构及组成单元特性分析9

2.1直流微电网的结构9

2.2光伏发电单元建模及分析10

2.2.1光伏电池建模及输出特性10

2.2.2光伏发电单元接口电路分析14

2.3储能单元建模及分析15

2.3.1蓄电池建模及输出特性15

2.3.2储能单元接口电路分析17

2.4本章小结18

3直流微电网的协调控制策略研究20

3.1直流微电网协调控制的基本原理20

3.2光伏发电单元的控制策略分析21

3.2.1光伏单元的最大功率点跟踪控制策略21

3.2.2光伏单元的下垂控制策略22

3.2.3参数设计23

3.2.4仿真验证及分析25

3.3储能单元的控制策略分析27

3.3.1蓄电池的恒功率充放电控制策略27

3.3.2蓄电池的下垂充放电控制策略28

3.3.3蓄电池运行模式切换策略29

3.3.4参数设计30

3.3.5仿真验证及分析31

3.4孤岛模式下

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