孤岛型直流微电网能量协调控制策略研究

摘要

随着电力行业的快速发展和可再生能源的大量使用，直流微电网的应用在缓解能源危机和实现电网多样化等方面所起到的效果愈加显著。本文以多微源/多储能的孤岛型直流微电网作为研究对象，深入研究了光伏发电单元、储能单元运行控制策略以及系统整体能量协调控制策略。 分析了直流微电网的组成结构，建立了光伏发电系统、储能系统的数学模型，重点对光伏阵列的输出特性和蓄电池的充放电特性进行仿真分析，并深入研究了升压型Boost变换器和双向DC/DC变换器的工作原理。 针对目前大多数光伏最大功率点跟踪（MPPT）算法存在控制复杂度高、计算量大等问题，本文提出了一种基于变步长电导增量法和伪MPP修正的MPPT算法。通过伪MPP跟踪和伪MPP修正两个阶段，可最大化的接近实际MPP，并显著提升了跟踪系统的暂态和稳态性能，该算法还加入外界环境突变检测环节，提高了算法的鲁棒性。通过与扰动观测法和电导增量法在不同参数下进行仿真对比，验证了所提算法的优越性。此外，考虑到极端情况下母线电压的稳定问题，设计了基于逐步逼近法的恒压控制，实现由MPPT控制到恒压控制的平滑切换，降低了设备成本。 为解决传统下垂控制由于固定的下垂系数无法有效均衡各储能单元间的功率分配问题，本文设计了一种基于SOC的自适应下垂控制。该算法依据储能单元当前SOC情况实时调节下垂系数，在维持母线电压稳定的前提下，不同储能单元合理调整各自的输出功率，实现各储能单元SOC趋于一致，并在多种运行情况下进行了仿真验证。 在上述各组成单元控制策略的基础上，以母线电压值为判断依据，设计了基于直流母线电压分层的能量协调控制策略。该策略分为四层控制并将系统划分为七种运行模态，不同控制层下各组成单元协调控制系统内能量分配，保证系统安全稳定运行。分别在各层控制下对系统不同运行模态进行仿真，结果表明系统可稳定运行于不同模态，且模态间的暂态切换过程十分平滑。

目录

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第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 微电网发展概述

1.3 直流微电网研究概述

1.3.1 直流微电网概述

1.3.2 直流微电网国内外研究现状

1.3.3 直流微电网能量协调控制研究现状

1.4 论文研究内容及章节安排

第2章 直流微电网系统建模

2.1 光伏发电系统建模

2.1.1 光伏电池数学模型

2.1.2 光伏电池相关技术参数

2.1.3 光伏电池输出特性分析

2.1.4 光伏阵列接口变换器分析

2.2 储能系统建模

2.2.1 蓄电池数学模型

2.2.2 铅酸蓄电池充放电特性及仿真

2.2.3 蓄电池接口变换器分析

2.2.4 蓄电池充放电控制方法

2.3 负荷单元建模

2.4 本章小结

第3章 分布式电源运行控制策略

3.1 光伏发电系统控制策略

3.1.1 光伏发电系统MPPT控制分类

3.1.2 光伏发电系统MPPT控制原理

3.1.3 基于变步长电导增量法和伪MPP修正的MPPT算法

3.1.4 基于逐步逼近法的恒压控制

3.1.5 仿真验证

3.2 储能系统能量管理策略

3.2.1 基于电压下垂特性的控制

3.2.2 传统下垂控制仿真分析

3.2.3 基于SOC的自适应下垂控制

3.2.4 不同情形下改进算法仿真分析

3.3 本章小结

第4章 多运行模态下系统能量协调控制策略

4.1 孤岛型直流微电网模型建立

4.2 基于直流母线电压分层的能量协调控制策略

4.2.1 第一层控制

4.2.2 第二层控制

4.2.3 第三层控制

4.2.4 第四层控制

4.3 系统运行模态划分

4.4 仿真与验证

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文