【摘要】：以可再生能源為主的分布式發(fā)電方式為緩解環(huán)境壓力、應(yīng)對(duì)能源緊張?zhí)峁┝艘环N有效的途徑,但是直接將分布式電源接入主電網(wǎng)可能會(huì)對(duì)主電網(wǎng)的穩(wěn)定性和電能質(zhì)量造成影響。實(shí)踐和研究表明,微電網(wǎng)是利用分布式發(fā)電供能的最有效方式。微電網(wǎng)可以分為交流微電網(wǎng)與直流微電網(wǎng),與交流微電網(wǎng)相比,直流微電網(wǎng)不存在相位、頻率及無功等問題,且更易接入分布式電源與直流負(fù)載,因此優(yōu)勢(shì)更加明顯。直流微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性對(duì)直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定性、電能質(zhì)量有較大影響,因此本文的研究工作主要圍繞孤網(wǎng)下的直流微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性展開,并對(duì)直流微電網(wǎng)上層控制進(jìn)行了研究。首先針對(duì)系統(tǒng)中只有一臺(tái)DC-DC變換器穩(wěn)壓的場(chǎng)景進(jìn)行研究。由于三相交錯(cuò) DC-DC 變換器(Three-phase Interleaved DC-DC Converter,TIDC)動(dòng)態(tài)特性好,為了對(duì)其動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析并進(jìn)一步改善其性能,本文設(shè)計(jì)了三相交錯(cuò)DC-DC變換器100kW樣機(jī),并對(duì)其控制策略進(jìn)行了研究。在樣機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí),大容量負(fù)載突變?nèi)匀粫?huì)引起較大的直流母線電壓暫升或暫降,因此本文對(duì)樣機(jī)的動(dòng)態(tài)特性影響因素進(jìn)行了分析,提出了改善其動(dòng)態(tài)特性的前饋控制策略,通過在動(dòng)態(tài)過程中優(yōu)化電壓環(huán)輸出的參考電流及前饋環(huán)節(jié)的動(dòng)作時(shí)間,使其響應(yīng)速度得到明顯提升,有效抑制直流母線電壓的暫升或暫降。其次,對(duì)于系統(tǒng)中并聯(lián)運(yùn)行的DC-DC變換器,可采用下垂控制策略在保證直流母線電壓穩(wěn)定的情況下實(shí)現(xiàn)其均流。根據(jù)下垂特性輸入量和輸出量的不同,可將下垂控制分為基于虛擬阻抗的下垂控制(Virtual Impedance Based Droop Control,VIBDC)和嵌入式下垂控制(Embedding Droop Control,EDC)。鑒于已有文獻(xiàn)在研究中對(duì)兩種下垂控制的區(qū)分不明顯,本文規(guī)范了兩種下垂控制的概念,并針對(duì)直流微電網(wǎng)中基于下垂控制的多并聯(lián)DC-DC變換器,提出了一種新的大信號(hào)建模方法,基于此方法建立了可用于分析VIBDC法及EDC法動(dòng)態(tài)特性的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型,模型消去了初始的穩(wěn)態(tài)變量,最后得到狀態(tài)變量全部是動(dòng)態(tài)過程變化量,包括直流母線電壓、各變換器輸出電流及各變換器占空比,而輸入量為系統(tǒng)負(fù)載電流的變化量,從而可以用于分析系統(tǒng)由一個(gè)穩(wěn)態(tài)過渡到另一個(gè)穩(wěn)態(tài)的中間動(dòng)態(tài)過程。為填補(bǔ)兩種下垂控制比較方面的研究空白,本文基于提出的模型,利用根軌跡法對(duì)VIBDC法和EDC法的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了比較。由于EDC法的動(dòng)態(tài)特性較好,因此本文對(duì)EDC法動(dòng)態(tài)特性的影響因素及不同變換器間的動(dòng)態(tài)特性耦合情況進(jìn)行了分析,基于分析結(jié)果,提出一種新的含占空比前饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)的自適應(yīng)比例積分(Proportional and Integral,PI)控制策略,在動(dòng)態(tài)過程前期利用較大的比例參數(shù)快速縮小誤差、消除振蕩,在后期減小比例參數(shù)快速消除誤差并保證輸出電流的穩(wěn)態(tài)特性,并且電流內(nèi)環(huán)中的占空比前饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)可有效防止PI參數(shù)返回正常值時(shí)引起的電壓與電流振蕩。本文提出的含占空比前饋補(bǔ)償環(huán)節(jié)的自適應(yīng)PI控制策略可顯著提高直流微電網(wǎng)中各DC-DC變換器的響應(yīng)速度、減少電壓在動(dòng)態(tài)過程中的波動(dòng)量及恢復(fù)時(shí)間,從而有效改善直流微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性。再次,由于傳統(tǒng)的離散動(dòng)態(tài)一致性算法在通信拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)會(huì)使已經(jīng)收斂的平均值會(huì)發(fā)生暫態(tài)振蕩,本文對(duì)離散動(dòng)態(tài)一致性算法進(jìn)行了改進(jìn),在保證收斂速度及動(dòng)態(tài)收斂特性的前提下,不受通信拓?fù)渥兓挠绊�。最�?由于已有的上層控制策略主要都是基于VIBDC法,而很少涉及基于EDC法,因此本文提出了一種新的基于EDC法的上層控制策略,在第二層控制中利用提出的動(dòng)態(tài)一致性算法,通過下垂參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)電流的精確分配,同時(shí)消除下垂控制引起的直流母線電壓平均值與額定值之間的偏差。第三層控制根據(jù)第二層控制得到的下垂特性電壓參考值補(bǔ)償量的平均值,對(duì)下垂特性進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整,從而使各變換器都運(yùn)行在最大效率點(diǎn)附近,減少系統(tǒng)的全局損耗。與傳統(tǒng)方法相比,其通信量大為減少,且實(shí)時(shí)性更好,響應(yīng)速度更快,填補(bǔ)了基于EDC法上層控制的研究空白。對(duì)于變換器與電池相連應(yīng)用場(chǎng)景,本文還在第三層優(yōu)化中加入了電池管理環(huán)節(jié),使各電池剩余電量(State of Charge,SoC)都保持在全局平均值附近,實(shí)現(xiàn)SoC平衡。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM46
【圖文】：

華北電力大學(xué)博士學(xué)位論文逡逑為了解決海島供電問題的優(yōu)選方案ｌ９９ＨＫ）７］。因此，我國(guó)學(xué)者針對(duì)海島微電網(wǎng)方案逡逑進(jìn)行了大量的分析與研究，已建成的海島微電網(wǎng)示范工程如圖１－６所示。與邊遠(yuǎn)逡逑地區(qū)及海島場(chǎng)景下的微電網(wǎng)相比，城市微電網(wǎng)的發(fā)展相對(duì)不是特別的迫切。城市逡逑微電網(wǎng)的目標(biāo)主要是為了進(jìn)一步集成和利用可再生能源、提高供電質(zhì)量與可靠性逡逑等ＷＨｉｎｉ。我國(guó)典型的城市微電網(wǎng)示范項(xiàng)目如圖丨＿７所示。逡逑１．３直流微電網(wǎng)動(dòng)態(tài)特性與控制策略研究現(xiàn)狀逡逑直流微電網(wǎng)的概念提出以來，其電壓等級(jí)－？直沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分逡逑類方式也各不相同�？偟膩砜�，直流微電網(wǎng)可以分為母線分層型與非母線分層型。逡逑母線分層型是指系統(tǒng)中存在不同電壓等級(jí)的母線，且這些不同電壓等級(jí)的直流母逡逑線通過若干ＤＣ－ＤＣ變換器相連；若系統(tǒng)不符合母線分層型直流微電網(wǎng)的條件，逡逑則為非母線分層型直流微電網(wǎng)。逡逑交流系統(tǒng)逡逑變壓器逡逑ｍ邋、邋ｆ逡逑ａｃＡ＾ｃ￣｜肉匕電１１人逡逑變換器逡逑３８０Ｖｌ）ｆ逡逑１逡逑ｌＯＯＶＤＣ邐１邋ＤＣ／ＤＣ邋｜逡逑邐邋｜邐｜邐ｌ（）（）Ｍ）Ｃ逡逑ＤＣ／ＤＣ邋ＩＩ邋ＤＣ／ＤＣ邐ｒ－Ｊ￣￣￣￣逡逑Ｉ邋Ｊ＿－邋ｉ邐直流負(fù)荷邐丨邋ＤＣ（ＡＣ邋［ＤＣ／ＤＣ逡逑十邐Ａｓ邋直流負(fù)荷逡逑直流發(fā)電裝置邐Ｕ交流電源或負(fù)荷逡逑圖１－８典型母線分層型的直流微電網(wǎng)逡逑Ｆｉｇ．邋１－８邋Ｔｙｐｉｃａｌ邋ｍｕｌｔｉ－ｂｕｓ邋ＤＣ邋ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ逡逑對(duì)于母線分層型的直流微電網(wǎng)，其系統(tǒng)中必然包括多個(gè)電壓等級(jí)，典型拓?fù)溴义先鐖D１－８所示。如圖可知系統(tǒng)中的電壓等級(jí)可分為兩層

或緊急狀態(tài)進(jìn)行處理，保證直流微電網(wǎng)的可靠性。文獻(xiàn)［１７３］針對(duì)直流微電網(wǎng)與交逡逑電網(wǎng)之間的并聯(lián)ＤＣ－ＡＣ接口變換器提出了一種分層控制策略，基于主從系統(tǒng)，逡逑第二層控制用于消除直流ＤＣ－ＡＣ變換器下垂控制引起的直流側(cè)電壓偏差，第三逡逑層控制用于實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)群之間的協(xié)調(diào)控制。文獻(xiàn)［１７４］針對(duì)光伏－儲(chǔ)能構(gòu)成的城市樓逡逑宇直流微電網(wǎng)提出了一種多層控制策略，綜合考慮并解決了甩負(fù)荷、光伏供電不逡逑足、電網(wǎng)的堅(jiān)強(qiáng)程度等因素對(duì)直流微電網(wǎng)造成的影響。文獻(xiàn)［１７５］提出了一種基于逡逑主從的自適應(yīng)下垂控制策略，通過調(diào)節(jié)下垂曲線的斜率、截距等下垂特性參數(shù)，逡逑對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)的直流母線電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部功率流動(dòng)方向逡逑的控制及電池ＳｏＣ的管理。與文獻(xiàn)［１７５］類似，文獻(xiàn)［１７６］也是基于主從系統(tǒng)采用逡逑自適應(yīng)下垂特性參數(shù)調(diào)節(jié)方式，通過對(duì)下垂曲線參數(shù)的同步調(diào)節(jié)，解決線路阻抗逡逑引起的不均流問題以及下垂控制引起的電壓偏差問題，其利用單元連接法對(duì)各電逡逑源、恒功率負(fù)載等功率模塊進(jìn)行戴維南／諾頓等效，得到相應(yīng)的阻抗／導(dǎo)納，結(jié)合逡逑系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣給出了一種基于阻抗的直流微電網(wǎng)穩(wěn)定性判據(jù)，能夠分析含電逡逑壓控制型主電源、電流控制型從電源、恒功率負(fù)載、系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)間阻抗等復(fù)雜直流逡逑微電網(wǎng)的穩(wěn)定性。逡逑控制中心逡逑

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本文編號(hào)：2733562