基于功率池的双层母线直流微电网协调控制策略

摘要

直流微电网因其控制方式简单，无需考虑无功功率、频率、相位同步等方面的问题，得到国内外专家认可。目前关于直流微电网的研究大多集中在单母线直流微电网，即整个直流微电网只存在一个电压等级，所有不同电压等级的直流微源和负荷都需要经过直流变换器连接到直流母线，增加了能量转换的损耗，降低了整个系统运行效率。针对上述问题，本文设计了一种基于功率池的双层母线直流微电网，并提出了相应的协调控制策略，保证直流微电网稳定运行，具体内容如下：
　　首先，介绍了直流微电网国内外发展的概况，对直流微电网的概念、结构、特点进行了介绍。然后重点对当前直流微电网的协调控制技术进行了概述，对集中控制和分布式控制、主从控制和对等控制的工作原理、控制特点以及适用场合进行了总结。
　　其次，详细描述了直流微电网的各基础组成单元。建立了光伏电池仿真模型，在此基础上，分析了光伏电池的输出特性曲线，据此提出了光伏发电单元的运行控制策略，并进行了仿真验证。以锂电池和超级电容器为代表，对微电网储能单元进行了介绍，分别分析了锂电池和超级电容器的工作原理、储能特性和等效电路模型，并对二者的储能特性进行了对比。对直流微电网中常用的三种直流变换器（Boost升压变换器、Buck降压变换器及DC/DC双向变换器）的组成结构、工作原理以及对应的电压数量关系进行了介绍。
　　再次，设计了一种基于功率池的双层母线直流微电网，并提出了其协调控制策略。该微电网由两个电压等级不同的独立直流微电网通过功率池连接构成。设置锂电池作为功率池的能量后备，二者以级联结构构成微网储能调压系统。详细设计了两直流子网与功率池之间、锂电池组与功率池之间的功率交换机制，稳定直流母线电压，使两子网互为备用，同时实现两直流子网、锂电池三者间低频功率交换，避免了两子网间高频功率波动相互影响，并延长了锂电池的使用寿命。设计锂电池荷电状态调节机制，母线电压稳定时由直流子网对其进行调节，提高了微网持续运行能力。仿真验证了所提出控制策略的有效性。
　　最后，本文开发了基于DS P T MS320F28335的直流微电网实验平台。首先介绍了功率主电路中关键器件的选型方法，然后设计了电流采样电路、电压采样电路以及电流电压信号调理电路，接着介绍了直流微电网实验平台的设计原理图、内部接线、实物外观以及人机界面。基于上述实验平台，编制了双层母线直流微电网协调控制程序，通过实验验证了所提出双层母线直流微电网协调控制策略的有效性和可行性。

目录

声明

第一章 绪论

1. 1 选题的背景及研究意义

1. 2 直流微电网发展概况

1. 3 直流微电网研究现状

1. 4 直流微电网协调控制技术研究现状

1. 5 本文主要研究工作和创新点

第二章 直流微电网基础组成单元建模及特性分析

2. 1 光伏发电单元

2. 2 储能单元

2. 3 直流电压变换器

2. 4 本章小结

第三章 基于功率池的双层母线直流微电网结构及协调控制策略

3. 1 基于功率池的双层母线直流微电网结构及协调控制原理

3. 2 光伏发电单元控制策略

3. 3 微网储能调压系统控制策略

3. 4 协调控制策略

3. 5 仿真分析

3. 6 本章小结

第四章 基于DSP的直流微电网实验平台设计与开发

4. 1 系统功率主电路设计

4. 2 采样及调理电路设计

4. 3 直流微电网实验平台设计及样机研制

4. 4 软件设计

4. 5 实验及结果分析

4. 6 本章小结

第五章 总结与展望

5. 1 总结

5. 2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间的研究成果