雙層母線直流微電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略研究.pdf

1、直流微電網(wǎng)相對于交流微電網(wǎng)而言，不存在交流系統(tǒng)中無功和頻率等問題，故其結(jié)構(gòu)更為簡單、控制更為方便，而且有利于光伏電池、儲能裝置以及直流負荷等直流性質(zhì)單元直接接入。鑒于直流微電網(wǎng)以上優(yōu)點，直流形式的微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)受到了國內(nèi)外研究人員越來越多的關(guān)注。
　　目前國內(nèi)外關(guān)于直流微電網(wǎng)的研究大多集中于單母線的直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，所有直流性質(zhì)的微電源或負荷都需要經(jīng)過直流變換器連接到直流母線，降低了整個系統(tǒng)運行效率。為了提高系統(tǒng)運行效率，方便不同電壓等

2、級的負荷直接接入直流微網(wǎng)，減少變換器的使用，本文提出一種新型雙層母線直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并基于此結(jié)構(gòu)設計了相應的協(xié)調(diào)控制策略，保證直流微電網(wǎng)的可靠運行。
　　第一，主要分析了光伏發(fā)電模型及最大功率追蹤控制。依據(jù)光伏電池數(shù)學模型，在Matlab/Simulink中搭建光伏電池仿真模型，通過仿真得出其輸出特性曲線；由輸出特性曲線可以看出，光伏電池的 P-U曲線呈現(xiàn)強烈的非線性。為了追蹤光伏電池的最大功率點，文中介紹并分析了廣泛應用的最大功

3、率跟蹤（maximum power point tracking，MPPT）控制算法，選擇變步長電導增量法作為直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的 MPPT控制策略，并進行了仿真驗證。
　　第二，重點研究了系統(tǒng)的混合儲能單元。介紹了鋰電池和超級電容的工作原理、數(shù)學模型以及充放電特性；根據(jù)直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的控制要求，結(jié)合各儲能單元的充放電特性，選擇鋰電池和超級電容級聯(lián)的混合儲能結(jié)構(gòu)作為系統(tǒng)的儲能單元；分析了儲能單元與直流母線間的雙向DC/DC變換器連接方

4、式，對雙向DC/DC變換器的工作模式進行了分區(qū)，并據(jù)此設計了相應的控制策略。
　　第三，研究了雙層母線直流微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功率流向及控制策略。雙層母線直流微電網(wǎng)由兩電壓等級不同的直流微電網(wǎng)通過Buck/Boost雙向變換器連接構(gòu)成。將鋰電池超級電容組成混合儲能系統(tǒng)應用于直流子網(wǎng)中，并設計其協(xié)調(diào)控制策略，保證系統(tǒng)優(yōu)化運行的同時延長了鋰電池的使用壽命。根據(jù)Buck/Boost雙向變換器的電壓-功率下垂特性，對高低壓兩側(cè)電壓進行歸一化處

5、理，提出適用于Buck/Boost雙向變換器的下垂控制，此控制策略可以根據(jù)兩直流子網(wǎng)電壓高低有效控制子網(wǎng)間的功率傳輸，實現(xiàn)整個系統(tǒng)功率平衡，提高系統(tǒng)的運行可靠性。
　　第四，設計并開發(fā)了含有光伏系統(tǒng)、混合儲能系統(tǒng)以及Buck/Boost雙向變換器的雙層母線直流微電網(wǎng)實驗平臺。利用DSP TMS320F28335作為系統(tǒng)控制芯片，通過實驗驗證了系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略的有效性。實驗結(jié)果表明，本文設計的Buck/Boost雙向變換器下垂控制策