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直流微电网的小扰动稳定性能的研究

马文飞  
【摘要】:直流微电网中大量互联的电力电子设备对外表现为恒功率特性,给整个微电网系统带入了负阻抗效应的影响,同时系统参数、负载功率波动、电路噪声等小扰动因素,都对微电网系统的稳定性造成很大影响,成为直流微电网发展的一大技术难题。目前很多研究工作都是基于恒定阻抗负载模型且采用线性控制,存在着系统响应速度慢、输出稳定性不佳等问题。传统PID和传统滑模控制存在稳定性不足与精度不够等缺点,因此本文提出了李雅普诺夫稳定控制方法,针对上述存在的主要问题,以李雅普诺夫稳定理论为基础,本文利用李雅普诺夫稳定性理论广泛的系统适用性且不需求解复杂微分方程的优势,以带恒功率负载直流微电网模型为研究对象,设计了基于李雅普诺夫函数的稳定控制,并充分考虑了小扰动因素。首先建立了带有恒功率负载的直流微电网数学模型,论证并引入了负载侧虚拟阻抗补偿策略,采用d-q变换改进了微电网模型。其次利用MATLAB仿真软件,通过频域分析建立了补偿前和补偿后的微电网传递函数模型,分析补偿前后模型的稳定性和稳定裕度变化。最后搭建MATLAB/Simulink仿真模型,在微电网仿真中采用李雅普诺夫稳定控制策略,与传统PID控制和传统滑模控制对比控制效果,同时改进了李雅普诺夫稳定控制并提升了对扰动因素的鲁棒性。通过MATLAB/Simulink进行仿真分析,仿真结果表明,李雅普诺夫稳定控制在满足稳定控制的同时确实克服了上述缺点,在同等条件下系统控制输入、总线电压、恒功率负载端电压波动更小,更符合微电网稳定性要求,仿真结果还表明李雅普诺夫稳定控制有更快的响应速度和更小的稳态误差,因此本论文的研究工作支持李雅普诺夫稳定控制能够最大化的实现带恒功率负载直流微电网的稳定与系统鲁棒性。图69表5


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