低压微型光伏直流微电网控制策略的研究

摘要

在追求低碳社会的今天，太阳能作为一种清洁的分布式再生能源被广泛应用。随着电力电子技术和储能技术的不断提高，直流微电网将得到快速发展。直流微电网具有控制简单、运行可靠和能量损耗较小等优点，将成为偏远山村和未来家庭主要供电模式之一。
　　直流微电网的结构由分布式再生能源发电模块、储能模块和负载模块等组成，为了提高再生能源的利用效率和直流微电网运行的稳定性，须对直流微电网的能量进行控制。本文的研究对象是由太阳能电池阵列、蓄电池组和可控负载等组成的低压微型光伏直流微电网系统。针对系统的并网运行模式和孤岛运行模式，分别运用了改进型主从并联控制策略和母线电压下垂并联控制策略，达到了直流微电网稳定运行的目标。
　　本文首先对太阳能电池、Boost变换器、双向DC/DC变换器、三相全桥逆变器和双开关Buck-Boost变换器进行了建模，并分析了相应的输出特性。接着针对光伏直流微电网的并网和孤岛运行模式，提出了相应的控制策略;基于系统控制策略，确定了单元模块不同工作模式下的控制目标;根据控制目标的特性要求，选择了合理的控制器，并进行了相应的优化设计。然后基于Matlab/Simulink仿真平台和光伏直流微电网实验装置，对系统进行了仿真研究和实验测试，仿真和实验结果验证了系统能量控制策略的合理性和正确性。最后，针对目前直流微电网孤岛运行模式中常用的电压下垂控制方法的不足，提出了一种新颖的电压下垂控制方法。该方法较传统下垂控制方法，改善了电压调整和能量管理的特性，仿真结果验证了该方法的优越性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 光伏利用的背景和意义

1．2 微电网的定义及国内外研究现状

1．2．1 微电网的定义

1．2．2 微电网的研究现状

1．3 直流微电网的概念及研究现状

1．3．1 直流微电网的概念

1．3．2 直流微电网的研究现状

1．3．3 本文拟研究的结构

1．4 本文主要研究内容和结构安排

第2章 低压微型光伏直流微电网的建模及拓扑分析

2．1 直流微电网的拓扑结构

2．2 光伏电池的特性分析

2．2．1 光伏电池的模型分析

2．2．2 光伏电池的输出特性

2．3 双向DC／AC变换器的特性分析

2．3．1 双向DC／AC变换器的模型分析

2．3．2 双向DC／AC变换器的输出特性

2．4 双开关Buck-Boost变换器的特性分析

2．4．1 双开关Buck-Boost变换器的模型分析

2．4．2 双开关Buck-Boost变换器的输出特性

2．5 双向DC／DC变换器的特性分析

2．5．1 双向DC／DC变换器的模型分析

2．5．2 双向DC／DC变换器的输出特性

2．6 本章小结

第3章 低压微型光伏直流微电网的控制策略

3．1 系统控制策略

3．1．1 直流微电网并网模式的控制策略

3．1．2 直流微电网孤岛模式的控制策略

3．2 双向DC／AC功率变换器控制策略

3．2．1 LCL滤波器设计

3．2．2 并网电流控制器的设计

3．2．3 直流侧电压控制器的设计

3．3 光伏电池阵列Boost变换器的控制策略

3．3．1 MPPT改进控制算法

3．3．2 电压下垂控制算法

3．4 蓄电池充放电控制策略

3．4．1 并网模式下蓄电池的充电方法

3．4．2 孤岛模式下蓄电池的充放电方法

3．5 双开关Buck-Boost变换器控制策略

3．6 本章小结

第4章 系统仿真及实验结果分析

4．1 系统仿真模型

4．2 系统仿真结果及分析

4．2．1 光伏直流微电网并网模式仿真结果及分析

4．2．2 光伏直流微电网孤岛模式仿真结果及分析

4．3 系统实验结果及分析

4．3．1 光伏直流微电网并网模式实验结果及分析

4．3．2 光伏直流微电网孤岛模式实验结果及分析

4．4 本章小结

第5章 直流微电网孤岛运行模式的优化设计

5．1 新型电压下垂控制策略

5．1．1 传统电压下垂控制策略的不足

5．1．2 传统电压下垂控制策略的改进

5．1．3 新型电压下垂控制策略的仿真分析

5．2 新型控制策略在直流微电网中的应用

5．3 基于新型控制策略的直流微电网仿真分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢