直流微網(wǎng)的分層協(xié)調控制策略研究.pdf

1、隨著光伏發(fā)電，燃料電池，儲能電池等具有直流輸出特性的分布式發(fā)電單元和儲能單元的不斷整合利用，加之LED照明，電動汽車，電機驅動等直流負荷需求的日益增長，直流微網(wǎng)逐步成為微電網(wǎng)技術的研究熱點。為了保證直流微網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運行，各國學者在直流微網(wǎng)的多源協(xié)調控制，穩(wěn)定性分析，阻尼控制等領域做了大量的研究工作。上述的各個研究方向對直流微網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運行至關重要，因此，對其進行詳細的機理分析和理論研究具有較大意義。針對直流微網(wǎng)的穩(wěn)定運行控制，本文主

2、要從以下幾個方面展開研究。
　　(1)針對直流微網(wǎng)的多源協(xié)調控制，采用基于直流母線電壓信號(DC BusSignaling，DBS)與分層控制方法相結合的兩層控制架構。第一層控制為直流微網(wǎng)分布式單元協(xié)調控制層，基于DBS方法實現(xiàn)各個分布式單元的協(xié)調控制和直流微網(wǎng)實時功率平衡。第二層控制為直流微網(wǎng)優(yōu)化控制層，對第一層控制引入的直流母線電壓偏差進行補償以及儲能單元的充放電進行優(yōu)化控制。DBS與分層控制相結合的控制架構一方面充分利用了D

3、BS方法無需互聯(lián)通信，可靠性較高的優(yōu)點，另一方面也利于將直流母線電壓補償?shù)榷慰刂七M行整合，各個層級的功能劃分使得直流微網(wǎng)的控制更加簡潔高效。
　　(2)對于分布式單元協(xié)調控制層，對電池儲能單元，分布式發(fā)電單元，負荷，交流電網(wǎng)各個單元接口變換器的控制策略進行研究。電池儲能單元始終采用下垂控制來穩(wěn)定直流母線電壓，其他單元通過檢測直流母線電壓來決定自身的功率或電壓指令，實現(xiàn)自身工作狀態(tài)隨著直流母線電壓的主動切換。采用此種控制方法，實現(xiàn)

4、了直流微網(wǎng)的各個分布式單元的協(xié)調配合以及直流母線電壓的穩(wěn)定控制。利用仿真和實驗驗證了分布式單元協(xié)調控制的正確性和有效性。
　　(3)對于直流微網(wǎng)優(yōu)化控制層，電池儲能單元下垂曲線根據(jù)母線電壓補償分量上下平移來實現(xiàn)直流母線電壓偏差補償，其他分布式單元的控制曲線同樣根據(jù)母線電壓補償分量來進行左右平移調節(jié)，從而在不影響多源協(xié)調控制效果的基礎上將直流母線電壓補償至基準值。與此同時，通過對網(wǎng)側接口變流器的控制曲線進行二次平移來調節(jié)交流電網(wǎng)與直

5、流微網(wǎng)間的功率交互，從而實現(xiàn)了儲能單元充放電優(yōu)化控制，使其SOC(State of Charge)維持在合理區(qū)間。利用仿真和實驗驗證了直流微網(wǎng)優(yōu)化控制層的可行性。
　　(4)對于包含恒功率負載(Costant Power Load，CPL)的直流微網(wǎng)，為了研究其在大信號擾動下的穩(wěn)定性，建立了其大信號模型并構建了平衡點吸引域的求解算法，探討了直流微網(wǎng)在電路元件參數(shù)及CPL負載變化時各個平衡點的吸引域的變化情況，仿真結果驗證了所構建的

6、大信號模型及大信號穩(wěn)定性分析算法的有效性，為直流微網(wǎng)的大信號穩(wěn)定性設計及硬件元件參數(shù)選型提供了科學的理論指導。
　　(5)對于如前所述的直流微網(wǎng)，為了研究其在小信號擾動下的穩(wěn)定性，建立了各個變換器的閉環(huán)控制的小信號模型并求取了其對應的閉環(huán)阻抗，根據(jù)阻抗穩(wěn)定判據(jù)方法對直流微網(wǎng)在穩(wěn)態(tài)平衡點處的小信號穩(wěn)定性進行了詳細分析。對直流微網(wǎng)系統(tǒng)各個參數(shù)變化對小信號穩(wěn)定性的影響進行了理論分析以及仿真驗證，為直流微網(wǎng)的小信號穩(wěn)定性設計提供了理論指導