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直流微网群系统设计与分层控制方法实验研究

李路桥  
【摘要】:随着光伏发电、风能发电等新能源发电装机规模的日益扩大,分布式发电技术得到了广泛的运用。构建高效、低耗、可靠的直流微电网系统是实现直流型分布式电源与直流型负载灵活组网及供需互动的有效途径。直流微网群是一种由多个子微网组成的直流微电网系统,子微网间相互独立且互为备用,直流微网群系统的稳定性和可靠性比传统的直流微电网系统更好。本文以直流微网群为研究对象,重点针对直流微网群的母线电压控制问题、子微网输出电流分配问题、子微网内变换器电流均分问题,设计了分层控制方法来对直流微网群进行控制,主要工作如下:(1)围绕如何对直流微电网中的传统下垂控制策略进行改进展开研究。针对采用传统下垂控制的直流微电网出现母线电压控制精度不高、微电网内变换器均流精度受线路电阻差异影响大的问题展开了理论分析,分析原因后提出了改进型下垂控制方法,该方法通过在传统下垂控制的基础上加入了母线电压补偿控制和下垂系数修正控制,彻底解决了下垂控制的两大问题。对这种方法控制下的直流微电网系统进行了小信号建模,验证了采用改进型下垂控制的直流微电网系统的稳定性。在PLECS仿真环境中搭建了采用改进型下垂控制的直流微电网的仿真模型,仿真结果验证了这种控制方法的有效性。(2)围绕BOOST型直流微网群的分层控制策略设计展开了研究。为了有效控制BOOST型直流微网群的直流母线电压、变换器输出电流,在已提出的改进型下垂控制的基础上针对BOOST型直流微网群设计了主从型分层控制方法和对等型分层控制方法。两种控制方法采取了不同的参考值计算方式。为了对比两种分层控制方法的优劣,在PLECS仿真环境中搭建直流微网群的仿真模型,对两种控制方法在五种运行情况下对直流微网群的控制效果进行了详细的对比,仿真结果证明对等型分层控制方法的控制效果比主从型分层控制方法更好。(3)围绕混合型直流微网群的分层控制策略设计展开了研究。本文研究的混合型直流微网群由三个子微网组成。为了实现3个不同类型的子微网间的协调工作、保证直流母线电压的稳定,在已提出的BOOST型直流微网群的对等型分层控制方法的基础上,设计了混合型直流微网群的对等型分层控制方法,并对这种分层控制方法的工作原理进行了详细分析。在PLECS中搭建了采用这种分层控制方法进行控制的混合微网群的仿真模型,仿真结果证明了提出的控制方法的有效性。(4)完成了BOOST型直流微网群硬件实验平台的电路设计、控制程序设计,搭建了6个BOOST变换器组成的、母线电压等级为60V的、最大功率为350W的直流微网群硬件实验平台,进行了子微网电流分配比例参考值变化、负载突变、电压参考值变化、变换器切除与重新接入、子微网切除与重新接入五组实验,实验结果从硬件层面证明了本文提出的分层控制方法的有效性和可靠性。


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