直流微電網(wǎng)混合儲能控制及系統(tǒng)分層協(xié)調(diào)控制策略.pdf

1、微電網(wǎng)作為近年來的新生事物，可以整合各類分布式電源，提高可再生能源利用率，減少其接入電網(wǎng)時帶來的不良影響。直流微電網(wǎng)，是未來微電網(wǎng)的重要發(fā)展方向，相對交流微電網(wǎng)具有能量變換環(huán)節(jié)少、控制方便和系統(tǒng)損耗小等優(yōu)點(diǎn)，有利于太陽能發(fā)電、鋰電池、超級電容器以及直流負(fù)荷等直流性質(zhì)單元的進(jìn)一步應(yīng)用。目前全球范圍內(nèi)關(guān)于直流微電網(wǎng)的討論和分析還在起步階段，本文主要研究含混合儲能裝置的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行和控制的相關(guān)問題。本文得到國家國際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目“含分

2、布式電源微電網(wǎng)運(yùn)行與優(yōu)化控制的合作研究”的支持，也得到山西省煤基重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目“大規(guī)模間歇式新能源并網(wǎng)技術(shù)開發(fā)”的支持。
　　本文首先建立光伏陣列的數(shù)學(xué)模型并分析其對外工作特性，依據(jù)其結(jié)果，研究光伏發(fā)電單元的控制策略。結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行要求，該控制策略設(shè)定光伏發(fā)電單元有光伏最大功率跟蹤控制和恒壓控制兩種方式，其中，最大功率跟蹤控制選用變步長電導(dǎo)增量法;為驗(yàn)證控制策略有效性，本文在Matlab/Simulink中設(shè)計(jì)電路主結(jié)構(gòu)，進(jìn)行參數(shù)

3、選擇，搭建光伏單元結(jié)構(gòu)模型，分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)條件下、溫度變化時、光照變化時光伏發(fā)電單元最大功率跟蹤控制及恒壓控制仿真測試。仿真結(jié)果驗(yàn)證了光伏發(fā)電單元可以在兩種控制方式下穩(wěn)定運(yùn)行。然后重點(diǎn)討論超級電容器和鋰電池的工作原理、數(shù)學(xué)模型以及輸出特性，并研究和設(shè)計(jì)混合儲能裝置中雙向DC/DC變換器的電路結(jié)構(gòu)及控制參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，提出適用于并聯(lián)結(jié)構(gòu)的混合儲能改進(jìn)控制策略。該策略能夠充分利用超級電容器和鋰電池的性能優(yōu)勢，能夠優(yōu)化二者的輸出特性，能夠提高

4、混合儲能系統(tǒng)控制的動態(tài)靈活性及運(yùn)行壽命;通過超級電容器儲能和鋰電池儲能在相應(yīng)工作層區(qū)的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)混合儲能調(diào)整直流微電網(wǎng)母線電壓和平衡系統(tǒng)功率的目標(biāo)。其次對直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功率流向及控制方式進(jìn)行分析，提出依據(jù)母線電壓變化的電壓分層協(xié)調(diào)控制策略，闡述各層區(qū)系統(tǒng)運(yùn)行情況。本文所提控制策略主要把系統(tǒng)運(yùn)行工作具體分成五個層區(qū)，通過光伏發(fā)電單元最大功率跟蹤及恒壓控制、混合儲能電壓下垂控制及系統(tǒng)減載的協(xié)調(diào)配合，自動調(diào)節(jié)母線電壓，平滑層區(qū)間的

5、切換，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)在各類工況下的穩(wěn)定運(yùn)行。最后搭建含光伏發(fā)電單元、混合儲能裝置及直流負(fù)荷的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺，對實(shí)驗(yàn)平臺的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)論述，并通過五組實(shí)驗(yàn)對本文研究的混合儲能控制策略及系統(tǒng)分層協(xié)調(diào)控制策略進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，超級電容器和鋰電池性能優(yōu)勢得到互補(bǔ)，通過在第二和第四層區(qū)的協(xié)調(diào)配合，可以實(shí)現(xiàn)混合儲能裝置調(diào)整直流母線電壓和平衡系統(tǒng)功率的目標(biāo);系統(tǒng)層級控制策略可以有效實(shí)現(xiàn)母線電壓的自動調(diào)節(jié)和層區(qū)間的平滑切換，直流