直流微电网二次电压恢复控制研究

摘要

近年来随着经济的快速发展，全球范围内能源供给日益紧张，使得传统的发电方式发生巨大变化，一种可以实现分布式电源灵活的高安全性和高可靠性新型网络结构——微电网(Micro-Grid, MG)应运而生。其中，直流微电网(Micro DC-Grid, DC MG)是由直流构成的微电网，作为未来智能配用电系统的重要组成部分，由于其具有低损耗、高效率以及较强的可控性的特点，从而受到了国内外学术界和工业界的广泛关注。通常直流微电网的主要运行形式是并网运行，然而当大电网发生故障或计划停电时，随之而来的是MG与主网络断开连接即跳闸，此时将由分布式发电系统(Distributed Generation System, DGS)提供MG中负载所需的所有电能，即微电网进入了孤岛状态。而我们所说的孤岛就是一种独立有源配电网，它由分布式电源、储能和负荷组成，只是它不与大电网相连接。微电网在形成孤岛后就进入了孤岛运行(Islanded Operation)状态，在直流微电网孤岛运行时，为了实现功率分配在主控制层中采取电压下垂控制(Droop Control)法，控制蓄电池充放电，但在这种情况下由于负载的不同，使直流母线电压(DC Bus Voltage)可能偏离其额定值，导致系统在孤岛运行时状态不稳定，造成系统短暂运行后孤岛即崩溃。因此，直流微电网领域急需解决的一个重大难题——如何实现直流微电网下垂调压方式的无差调节以及实现有功功率(Active Power, AP)和无功功率(Reactive Power, RP)控制，针对直流微电网孤岛运行时存在的问题，论文的主要工作和成果包括：　　首先，本文对直流微电网系统的组成进行了介绍，完成了系统建模与分布式二次电压恢复控制技术的理论分析，同时对直流微电网系统的稳定性和控制参数的选择进行了分析，归纳了直流微电网系统存在的主要问题。　　其次，针对电压下垂控制无法实现无差调节，以及双闭环控制存在低灵活性、低效率的问题，本文结合下垂控制和双闭环控制两种方式，设计了直流微电网电压二次控制系统，并给出运行控制策略。两次控制系统灵活切换，协同调配合，完成了母线电压的高效调节，该电压恢复控制系统在保留下垂控制的高效性、灵活性的同时，实现了母线电压无差调节，提高了微电网运行效率。此外，对所提出的算法进行了MTALB/SIMULINK仿真验证，验证了该系统的可行性和可靠性。　　最后，针对孤岛式直流微电网的精确功率分配和电压恢复问题，提出了一种分布式固定时间前馈二次控制策略。为了使直流母线电压恢复到额定值，同时保持有功功率(Active Power, AP)比例分配精度，在二次控制层提出了一种分布式控制方案。利用直流母线电压的有限信息和相邻控制器的二次控制输入，设计分布式二次控制输入，并将其发送给相应的一次控制器，与大多数现有方法相比，不需要全局信息，只需要总线电压前馈。同时，结合分布式固定时间二次控制策略可以实现有功功率按比例分配。本文所提出的方案基于总线电压的前馈信息及的固定时间控制，设计了分布式固定时间前馈二次控制策略，实现了孤岛式直流微电网的精确功率分配和电压恢复，在MTALB/SIMULINK软件平台对本文提出的分布式固定时间前馈二次控制策略的可行性与有效性进行仿真验证。

目录

第 1 章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 直流微电网的发展

1.2.2 直流微电网运行控制的研究现状

1.3 论文的主要研究内容和结构

第 2 章 直流微电网的系统建模

2.1 直流微电网的系统组成

2.2 直流微电网的系统建模

2.3 直流微电网的拓扑结构

2.3.1 母线结构

2.3.2 网络拓扑

2.4 电源管理策略

2.5 本章小结

第 3 章 直流微电网运行控制技术

3.1 直流微电网的运行控制技术

3.1.1 基于通信的直流微电网分层运行控制技术

3.1.2 基于无通信的直流微电网运行控制技术

3.2 直流微电网下垂控制

3.3 本章小结

第 4 章 一种新型分布式二次电压恢复控制策略

4.1 一种新型分布式二次电压恢复控制策略

4.1.1 控制器设计

4.1.2 稳定性分析

4.1.3 具有固定增益的二次电压恢复控制器

4.1.4 控制参数的选择

4.2 一种新型分布式二次电压恢复控制策略仿真实验

4.3 本章小结

第 5 章 分布式固定时间前馈二次控制策略

5.1 分布式固定时间前馈二次控制建模

5.1.1 下垂控制方程建模

5.1.2 固定时间分析预备知识

5.1.3 固定时间前馈二次控制

5.2 分布式固定时间前馈二次控制仿真

5.3 本章小结

第 6 章 总结与展望

6.1 总结

6.2 进一步展望

参考文献