本文關(guān)鍵詞：直流微電網(wǎng)中儲(chǔ)能系統(tǒng)功率控制技術(shù)研究　出處：《北京交通大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：微電網(wǎng)是未來分布式能源供應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,也是未來電力系統(tǒng)重要的組成部分,對實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展以及推進(jìn)節(jié)能減排具有重要意義。在微電網(wǎng)系統(tǒng)中,光伏電池板和燃料電池等很多分布式電源都具有直流輸出形式,而直流用電設(shè)備也呈現(xiàn)井噴式發(fā)展,因此舍棄了交流母線的直流微電網(wǎng)避免了多余的功率轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),提高了系統(tǒng)的效率。與此同時(shí),直流微電網(wǎng)中不存在無功和諧波等方面的問題,可控性更高。本文以直流微電網(wǎng)中的儲(chǔ)能系統(tǒng)為研究對象,對其中電力電子功率變換接口(以下稱作"微電網(wǎng)變換器")的控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究,旨在構(gòu)造能夠同時(shí)完成三種類型功率控制目標(biāo)的通用底層控制,同時(shí)將控制重心下移至底層控制,強(qiáng)化變流器層面的控制,進(jìn)而簡化系統(tǒng)層面的控制。本文圍繞直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)若干關(guān)鍵問題,逐層對直流微電網(wǎng)改進(jìn)型底層控制策略、分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)功率控制策略、混合儲(chǔ)能系統(tǒng)功率控制策略以及直流微電網(wǎng)系統(tǒng)層控制策略展開研究。研究成果對直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能系統(tǒng)功率控制等相關(guān)技術(shù)具有理論指導(dǎo)意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。(1)圍繞直流微電網(wǎng)底層控制策略展開研究。首先建立了多變換器直流微電網(wǎng)數(shù)學(xué)模型,并以此為基礎(chǔ)量化分析了線路阻抗與功率分配精度的關(guān)系。為了降低線路阻抗對功率分配精度的影響,提出了一種基于電壓變化率為功率信息載體的改進(jìn)型下垂控制,并詳細(xì)闡明了所提方法能夠改善功率分配精度的原理。同時(shí),提出了電壓變化率的歸零控制對改進(jìn)型下垂控制進(jìn)行了補(bǔ)償,確保直流電壓的穩(wěn)定控制。通過建立系統(tǒng)的等效電路模型和小信號(hào)模型,對所提直流微電網(wǎng)底層控制的控制參數(shù)取值進(jìn)行了討論,并給出了所提方法實(shí)現(xiàn)功率精確分配的約束條件。通過搭建直流微電網(wǎng)底層控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái),驗(yàn)證了所提控制方法的有效性。(2)為了提高直流微電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)性能,延長儲(chǔ)能單元運(yùn)行壽命,優(yōu)化儲(chǔ)能單元使用效率,研究了分布式儲(chǔ)能單元在直流微電網(wǎng)中的應(yīng)用。在改進(jìn)型底層控制的基礎(chǔ)上,結(jié)合蓄電池單元的荷電狀態(tài),通過對電壓變化率歸零控制器的改造和變形,提出了基于荷電狀態(tài)的自適應(yīng)控制方法,并闡述了所提方法能夠?qū)崿F(xiàn)荷電狀態(tài)均衡的工作原理。在所提自適應(yīng)控制的基礎(chǔ)上加入了調(diào)節(jié)因子對均衡速度進(jìn)行控制,并推導(dǎo)給出了調(diào)節(jié)因子取值的約束條件。給出了分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)功率分配的綜合原則,并以此為基礎(chǔ)提出了考慮振蕩型波動(dòng)功率的儲(chǔ)能系統(tǒng)功率分配統(tǒng)一控制策略。從等效輸出阻抗的角度出發(fā),對不同控制算法的分配效果展開了詳細(xì)的分析討論,揭示了所提控制算法可以滿足上述原則的本質(zhì)原因。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了理論分析的正確性以及所提方法的有效性,為分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)功率分配提供了一種新的解決思路。(3)為了提高直流微電網(wǎng)的暫態(tài)性能和電能質(zhì)量,充分發(fā)揮蓄電池和超級(jí)電容兩種儲(chǔ)能元件各自的優(yōu)勢,圍繞混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率分配策略展開了研究。在改進(jìn)型底層控制的基礎(chǔ)上,提出了一種基于"靈敏度"一次控制,通過設(shè)置不同儲(chǔ)能單元輸出電壓關(guān)于功率的"靈敏度",確保超級(jí)電容在負(fù)載突變瞬間能夠提供大部分功率,實(shí)現(xiàn)了混合儲(chǔ)能系統(tǒng)動(dòng)態(tài)功率分配。為確保混合儲(chǔ)能系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)功率分配的要求,進(jìn)一步提出了含有穩(wěn)態(tài)修正功能的二次控制。在建立控制系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上,對負(fù)載發(fā)生變化時(shí)輸出電流的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了詳盡的理論分析。通過搭建混合儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),驗(yàn)證了所提混合儲(chǔ)能系統(tǒng)分層控制框架的有效性。(4)圍繞直流微電網(wǎng)系統(tǒng)層控制策略展開研究。以多母線直流微電網(wǎng)為研究對象,建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,并以此為基礎(chǔ)量化分析了不同底層控制下功率分配精度與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系,分析表明即使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上不對稱,所提控制的信息載體——電壓變化率都將收斂于一致,這也是改進(jìn)型下垂控制在多母線微電網(wǎng)中可以實(shí)現(xiàn)功率精確分配的根本原因。同時(shí),從虛擬阻抗的角度出發(fā),對所提控制的原理進(jìn)行了重新闡述,其中,改進(jìn)型下垂控制巧妙地利用虛擬電容引入了電壓變化率這一信息載體,而歸零控制器則加入并聯(lián)虛擬電阻確保了穩(wěn)態(tài)時(shí)虛擬電容中沒有電流流過,實(shí)現(xiàn)直流電壓的穩(wěn)定控制。利用一致性算法與所提電壓變化率歸零控制器的相似性,在所提底層控制的基礎(chǔ)上提出了具有共識(shí)機(jī)制的改進(jìn)型下垂控制。并根據(jù)蓄電池/超級(jí)電容單元具體的控制目標(biāo),將具有共識(shí)機(jī)制的改進(jìn)型下垂控制推廣到了含有混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的多母線直流微電網(wǎng)。最后,通過實(shí)時(shí)仿真算例驗(yàn)證了所提方法與相關(guān)分析的正確性和有效性。
[Abstract]:In order to improve the steady - state performance of DC micro - grid , the control system of DC micro - grid is discussed . ( 3 ) In order to improve the transient performance and the quality of the DC micro - grid , the power distribution strategy of the hybrid energy storage system is studied .

【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM727

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本文編號(hào)：1416056