近年來,隨著光伏發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)的不斷進(jìn)步,以光伏儲(chǔ)能為基礎(chǔ)的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)受到了國內(nèi)外工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。由于光伏發(fā)電具有間歇性和波動(dòng)性的特點(diǎn),以及各種負(fù)荷接入直流微電網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)也會(huì)帶來直流母線電壓低頻波動(dòng)等問題,為了解決上述問題,帶有雙向DC-DC變換器的儲(chǔ)能系統(tǒng)是必不可少的環(huán)節(jié),研究如何利用儲(chǔ)能系統(tǒng)提高直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有重要的理論意義與實(shí)踐價(jià)值,因此本文以光伏儲(chǔ)能雙向DC-DC變換器為研究對(duì)象,深入開展抑制直流母線電壓波動(dòng)控制策略方面的研究。具體內(nèi)容如下:(1)簡要介紹了光伏發(fā)電、儲(chǔ)能技術(shù)以及直流微電網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀,重點(diǎn)對(duì)非隔離半橋型雙向DC-DC變換器進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,討論了光伏儲(chǔ)能雙向DC-DC變換器的PI控制方法,詳細(xì)分析了基于線性反饋理論的PI控制策略的局限性。(2)為了進(jìn)一步改善光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和抗干擾能力,本文提出了光伏儲(chǔ)能雙向DC-DC變換器的自抗擾控制方法。分析了自抗擾控制器的基本原理,設(shè)計(jì)了雙向DC-DC變換器在不同工作模式下的自抗擾控制器,深入研究了自抗擾控制器的抗擾動(dòng)性能。此外,為了優(yōu)化系統(tǒng)性能對(duì)控制器參數(shù)的依賴性,將免疫算法作為參數(shù)優(yōu)化機(jī)制,加入到雙向DC-DC變換器的自抗擾控制系統(tǒng)中,從而提出了采用免疫算法的雙向DC-DC變換器自適應(yīng)自抗擾控制方法,實(shí)現(xiàn)了控制器參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié),進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的快速性和魯棒性。(3)深入研究了兩種基于預(yù)測電流控制的光伏儲(chǔ)能雙向DC-DC變換器控制策略,探討了無差拍預(yù)測電流控制在光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)中的應(yīng)用原理。第一,針對(duì)傳統(tǒng)有限集模型預(yù)測控制中存在的開關(guān)狀態(tài)變換無規(guī)律、開關(guān)頻率不固定問題,提出了基于矢量作用時(shí)間的光伏儲(chǔ)能雙向DC-DC變換器預(yù)測電流控制方法,從理論上對(duì)各個(gè)矢量作用時(shí)間進(jìn)行計(jì)算,通過定義新的目標(biāo)函數(shù)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的準(zhǔn)定頻控制,有效解決了由于開關(guān)頻率不固定帶來的電流紋波過大問題。第二,針對(duì)多源干擾條件下光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)直流母線電壓波動(dòng)的問題,提出了一種基于非線性干擾觀測器前饋的雙向DC-DC變換器預(yù)測電流控制方法,采用二階跟蹤微分器設(shè)計(jì)干擾觀測器對(duì)系統(tǒng)中復(fù)合擾動(dòng)進(jìn)行估計(jì),并通過前饋控制的方式減小擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響,該方法進(jìn)一步提高了光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)在多源干擾條件下的動(dòng)態(tài)性能和抗干擾能力。(4)為了提高系統(tǒng)效率,擴(kuò)大變換器容量,減小電流紋波,提升半橋型雙向DC-DC變換器在大功率、大電流場合的應(yīng)用性能,采用三相交錯(cuò)并聯(lián)的半橋型雙向DC-DC變換器作為光伏儲(chǔ)能變換電路,分析了交錯(cuò)并聯(lián)控制的基本原理,提出了基于虛擬阻抗下垂特性調(diào)整的均流控制策略,通過調(diào)節(jié)等效虛擬阻抗的方法控制各個(gè)并聯(lián)支路的等效輸出阻抗,該方法減少了系統(tǒng)中的電流采樣環(huán)節(jié),實(shí)現(xiàn)簡單,并且具有良好的均流效果。(5)搭建了仿真電路和實(shí)驗(yàn)平臺(tái),大量的仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明上述控制策略能有效解決系統(tǒng)在各種不同工況下的直流母線電壓波動(dòng)問題以及多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的均流控制問題。
【學(xué)位單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM46
【部分圖文】：

【16-17】。圖1-2 不同類型儲(chǔ)能項(xiàng)目數(shù)占比Fig.1-2 The ratio of different type energy storage projects以電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目的裝機(jī)容量為著眼點(diǎn)，圖1-3給出了全球MW級(jí)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目中不同類型儲(chǔ)能技術(shù)總裝機(jī)容量的增長趨勢【16】。從圖1-3可以看出，鋰離子電池儲(chǔ)能在2012年前的裝機(jī)容量較小，但2012年以后，其裝機(jī)容量一直保持高速上升的發(fā)展態(tài)勢，并始終在各種電池儲(chǔ)能技術(shù)中位列第一。鈉硫電池的裝機(jī)容量在2011年之前位居第一，2011年之后增長緩慢。鉛酸電池的裝機(jī)容量在2012年之后基本保持不變， 2012年與2015年之間鉛酸電池的裝機(jī)容量僅次于鋰電池技術(shù)位列第二【16-17】。圖1-3 不同類型電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)容量增長趨勢Fig.1-3 The growth trend of installed capacity of different types of electrochemical energy storage projects從能量儲(chǔ)存形式角度看，分布式電能存儲(chǔ)技術(shù)可分為機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能等不同類型【18】�，F(xiàn)階段

圖1-2 不同類型儲(chǔ)能項(xiàng)目數(shù)占比Fig.1-2 The ratio of different type energy storage projects以電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目的裝機(jī)容量為著眼點(diǎn)，圖1-3給出了全球MW級(jí)電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目中不同類型儲(chǔ)能技術(shù)總裝機(jī)容量的增長趨勢【16】。從圖1-3可以看出，鋰離子電池儲(chǔ)能在2012年前的裝機(jī)容量較小，但2012年以后，其裝機(jī)容量一直保持高速上升的發(fā)展態(tài)勢，并始終在各種電池儲(chǔ)能技術(shù)中位列第一。鈉硫電池的裝機(jī)容量在2011年之前位居第一，2011年之后增長緩慢。鉛酸電池的裝機(jī)容量在2012年之后基本保持不變， 2012年與2015年之間鉛酸電池的裝機(jī)容量僅次于鋰電池技術(shù)位列第二【16-17】。圖1-3 不同類型電化學(xué)儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)容量增長趨勢Fig.1-3 The growth trend of installed capacity of different types of electrochemical energy storage projects從能量儲(chǔ)存形式角度看，分布式電能存儲(chǔ)技術(shù)可分為機(jī)械儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能等不同類型【18】�，F(xiàn)階段，不同儲(chǔ)能技?

(a) 充電狀態(tài)仿真波形 (b) 放電狀態(tài)仿真波形圖 2-7 不同 PWM 控制方式的仿真波形Fig.2-7 Simulation waveforms of different PWM control modes2.3 雙向 DC-DC 變換器的數(shù)學(xué)模型
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