基于自適應(yīng)滑模的船舶微電網(wǎng)多模式運行控制研究.pdf

1、隨著化石能源的枯竭及環(huán)境問題的日趨嚴重，降低化石能源在船舶中的供電比重，引入清潔能源補充和替代化石燃料已成為大勢所趨。然而由于間歇性能源的隨機性和不可控性，其大規(guī)模接入會對船舶電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性帶來嚴重的負面影響。因此作為解決海上新能源發(fā)電大規(guī)模接入船舶的有效手段，船舶微電網(wǎng)的研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文以多逆變器型船舶微電網(wǎng)為研究對象，以多模式運行控制為目標(biāo)，著眼于解決分布式微源接入的暫態(tài)擾動抑制問題、并聯(lián)微源的負荷分擔(dān)控制

2、問題及多模式運行的無縫切換問題，主要研究工作如下:
　　針對微電網(wǎng)模式切換及負荷突變過程中，微源逆變器可能存在的過壓過流及不穩(wěn)定現(xiàn)象，提出基于自適應(yīng)三階滑模變結(jié)構(gòu)的閉環(huán)控制策略，并將該策略分別應(yīng)用到支撐型微源逆變器電壓閉環(huán)和并網(wǎng)型微源逆變器定功率控制中。該策略在傳統(tǒng)比例微分二階滑模的基礎(chǔ)上，利用積分環(huán)節(jié)消除逆變器輸出的穩(wěn)態(tài)誤差，利用自適應(yīng)觀測項補償由狀態(tài)變化引起的不確定性擾動，減小了滑模切換函數(shù)增益的取值;詳細給出了滑?？刂频姆€(wěn)定

3、性分析和參數(shù)選取方法。最后，仿真結(jié)果表明所提控制方法能夠有效改善微源逆變器輸出的電能質(zhì)量，同時使得逆變器在擾動情況下具備較強的魯棒性和動態(tài)性能。
　　圍繞多支撐型微源并聯(lián)運行的環(huán)流抑制及功率分擔(dān)控制問題，提出一種基于虛擬負阻抗的改進下垂控制方法。該方法充分考慮了逆變器等效輸出阻抗差異對環(huán)流及功率分配的影響，在逆變器拓撲及電壓閉環(huán)的基礎(chǔ)上，利用虛擬負電阻抵消等效阻抗中的阻性成分，利用虛擬電感實現(xiàn)并聯(lián)等效阻抗的匹配;并結(jié)合變無功-電壓

4、下垂系數(shù)、動態(tài)微分補償項及虛擬慣性環(huán)節(jié)，抑制由線路阻抗漂移及電力參數(shù)測量不準(zhǔn)確造成的無功環(huán)流，改善系統(tǒng)功率分配的動態(tài)特性。仿真結(jié)果表明所提方法能夠有效抑制微源間的功率環(huán)流，提高功率分配精度，同時確保了孤島模式下微電網(wǎng)運行的動態(tài)性能。
　　針對微電網(wǎng)多模式穩(wěn)定運行及并/離網(wǎng)無縫切換控制問題，提出基于自主控制、協(xié)調(diào)控制、微網(wǎng)管理及配網(wǎng)調(diào)度四個層次的微電網(wǎng)分層控制方法。文中詳細闡述了分層控制的組成及功能;重點研究了基于二次控制和預(yù)并列控

5、制的協(xié)調(diào)控制層實現(xiàn)方法，并對其電能質(zhì)量改善及穩(wěn)定性進行了分析;針對微網(wǎng)管理層，重點研究了多模式運行的控制過程及并網(wǎng)模式下定功率控制的實現(xiàn)方法。所提分層控制實現(xiàn)了微電網(wǎng)多模式運行的優(yōu)化管理及模式切換過程中控制策略的平滑過渡，使得微電網(wǎng)能夠在保持就地控制能力的基礎(chǔ)上還具有全局控制的功能，同時該方法還有效解決了傳統(tǒng)微源逆變器間難以實現(xiàn)功率精確分配、電能質(zhì)量較差等問題。
　　在所提控制策略基礎(chǔ)上，構(gòu)建了包含間歇性能源發(fā)電的船舶微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和

6、實驗研究平臺，并在其簡化模型的基礎(chǔ)上，對船舶微電網(wǎng)多模式運行及不同負荷工況進行了綜合仿真。詳細分析了并離網(wǎng)模式切換條件下微電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量、功率突變對微電網(wǎng)供電的影響、電機負荷對微電網(wǎng)暫態(tài)的影響以及非線性負荷條件下微電網(wǎng)的輸出特性等。仿真結(jié)果表明本文所提控制方法在模式切換及不同負荷條件下均能夠很好地維持微電網(wǎng)母線電壓穩(wěn)定，且具有較好的電能質(zhì)量，暫態(tài)過程平穩(wěn)、迅速，同時能夠?qū)崿F(xiàn)負荷功率的精確分配，具有良好的功率輸出動、靜態(tài)性能。