直流微網(wǎng)的分層協(xié)調(diào)控制策略研究.pdf

1、隨著光伏發(fā)電，燃料電池，儲(chǔ)能電池等具有直流輸出特性的分布式發(fā)電單元和儲(chǔ)能單元的不斷整合利用，加之LED照明，電動(dòng)汽車(chē)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)等直流負(fù)荷需求的日益增長(zhǎng)，直流微網(wǎng)逐步成為微電網(wǎng)技術(shù)的研究熱點(diǎn)。為了保證直流微網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，各國(guó)學(xué)者在直流微網(wǎng)的多源協(xié)調(diào)控制，穩(wěn)定性分析，阻尼控制等領(lǐng)域做了大量的研究工作。上述的各個(gè)研究方向?qū)χ绷魑⒕W(wǎng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行至關(guān)重要，因此，對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的機(jī)理分析和理論研究具有較大意義。針對(duì)直流微網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行控制，本文主

2、要從以下幾個(gè)方面展開(kāi)研究。
　　(1)針對(duì)直流微網(wǎng)的多源協(xié)調(diào)控制，采用基于直流母線電壓信號(hào)(DC BusSignaling，DBS)與分層控制方法相結(jié)合的兩層控制架構(gòu)。第一層控制為直流微網(wǎng)分布式單元協(xié)調(diào)控制層，基于DBS方法實(shí)現(xiàn)各個(gè)分布式單元的協(xié)調(diào)控制和直流微網(wǎng)實(shí)時(shí)功率平衡。第二層控制為直流微網(wǎng)優(yōu)化控制層，對(duì)第一層控制引入的直流母線電壓偏差進(jìn)行補(bǔ)償以及儲(chǔ)能單元的充放電進(jìn)行優(yōu)化控制。DBS與分層控制相結(jié)合的控制架構(gòu)一方面充分利用了D

3、BS方法無(wú)需互聯(lián)通信，可靠性較高的優(yōu)點(diǎn)，另一方面也利于將直流母線電壓補(bǔ)償?shù)榷慰刂七M(jìn)行整合，各個(gè)層級(jí)的功能劃分使得直流微網(wǎng)的控制更加簡(jiǎn)潔高效。
　　(2)對(duì)于分布式單元協(xié)調(diào)控制層，對(duì)電池儲(chǔ)能單元，分布式發(fā)電單元，負(fù)荷，交流電網(wǎng)各個(gè)單元接口變換器的控制策略進(jìn)行研究。電池儲(chǔ)能單元始終采用下垂控制來(lái)穩(wěn)定直流母線電壓，其他單元通過(guò)檢測(cè)直流母線電壓來(lái)決定自身的功率或電壓指令，實(shí)現(xiàn)自身工作狀態(tài)隨著直流母線電壓的主動(dòng)切換。采用此種控制方法，實(shí)現(xiàn)

4、了直流微網(wǎng)的各個(gè)分布式單元的協(xié)調(diào)配合以及直流母線電壓的穩(wěn)定控制。利用仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了分布式單元協(xié)調(diào)控制的正確性和有效性。
　　(3)對(duì)于直流微網(wǎng)優(yōu)化控制層，電池儲(chǔ)能單元下垂曲線根據(jù)母線電壓補(bǔ)償分量上下平移來(lái)實(shí)現(xiàn)直流母線電壓偏差補(bǔ)償，其他分布式單元的控制曲線同樣根據(jù)母線電壓補(bǔ)償分量來(lái)進(jìn)行左右平移調(diào)節(jié)，從而在不影響多源協(xié)調(diào)控制效果的基礎(chǔ)上將直流母線電壓補(bǔ)償至基準(zhǔn)值。與此同時(shí)，通過(guò)對(duì)網(wǎng)側(cè)接口變流器的控制曲線進(jìn)行二次平移來(lái)調(diào)節(jié)交流電網(wǎng)與直

5、流微網(wǎng)間的功率交互，從而實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了直流微網(wǎng)優(yōu)化控制層的可行性。
　　(4)對(duì)于包含恒功率負(fù)載(Costant Power Load，CPL)的直流微網(wǎng)，為了研究其在大信號(hào)擾動(dòng)下的穩(wěn)定性，建立了其大信號(hào)模型并構(gòu)建了平衡點(diǎn)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(fù)載變化時(shí)各個(gè)平衡點(diǎn)的吸引域的變化情況，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所構(gòu)建的

6、大信號(hào)模型及大信號(hào)穩(wěn)定性分析算法的有效性，為直流微網(wǎng)的大信號(hào)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)及硬件元件參數(shù)選型提供了科學(xué)的理論指導(dǎo)。
　　(5)對(duì)于如前所述的直流微網(wǎng)，為了研究其在小信號(hào)擾動(dòng)下的穩(wěn)定性，建立了各個(gè)變換器的閉環(huán)控制的小信號(hào)模型并求取了其對(duì)應(yīng)的閉環(huán)阻抗，根據(jù)阻抗穩(wěn)定判據(jù)方法對(duì)直流微網(wǎng)在穩(wěn)態(tài)平衡點(diǎn)處的小信號(hào)穩(wěn)定性進(jìn)行了詳細(xì)分析。對(duì)直流微網(wǎng)系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)變化對(duì)小信號(hào)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了理論分析以及仿真驗(yàn)證，為直流微網(wǎng)的小信號(hào)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)