光伏储能双向DC-DC变换器控制策略研究

发布时间：2020-10-11 12:05

　　 近年来,随着光伏发电和储能技术的不断进步,以光伏储能为基础的直流微电网系统受到了国内外工业界和学术界的广泛关注。由于光伏发电具有间歇性和波动性的特点,以及各种负荷接入直流微电网系统时也会带来直流母线电压低频波动等问题,为了解决上述问题,带有双向DC-DC变换器的储能系统是必不可少的环节,研究如何利用储能系统提高直流微电网系统的稳定性具有重要的理论意义与实践价值,因此本文以光伏储能双向DC-DC变换器为研究对象,深入开展抑制直流母线电压波动控制策略方面的研究。具体内容如下:(1)简要介绍了光伏发电、储能技术以及直流微电网的发展现状,重点对非隔离半桥型双向DC-DC变换器进行了数学建模,讨论了光伏储能双向DC-DC变换器的PI控制方法,详细分析了基于线性反馈理论的PI控制策略的局限性。(2)为了进一步改善光伏储能系统的动态性能和抗干扰能力,本文提出了光伏储能双向DC-DC变换器的自抗扰控制方法。分析了自抗扰控制器的基本原理,设计了双向DC-DC变换器在不同工作模式下的自抗扰控制器,深入研究了自抗扰控制器的抗扰动性能。此外,为了优化系统性能对控制器参数的依赖性,将免疫算法作为参数优化机制,加入到双向DC-DC变换器的自抗扰控制系统中,从而提出了采用免疫算法的双向DC-DC变换器自适应自抗扰控制方法,实现了控制器参数的自适应调节,进一步提高了系统的快速性和鲁棒性。(3)深入研究了两种基于预测电流控制的光伏储能双向DC-DC变换器控制策略,探讨了无差拍预测电流控制在光伏储能系统中的应用原理。第一,针对传统有限集模型预测控制中存在的开关状态变换无规律、开关频率不固定问题,提出了基于矢量作用时间的光伏储能双向DC-DC变换器预测电流控制方法,从理论上对各个矢量作用时间进行计算,通过定义新的目标函数实现了系统的准定频控制,有效解决了由于开关频率不固定带来的电流纹波过大问题。第二,针对多源干扰条件下光伏储能系统直流母线电压波动的问题,提出了一种基于非线性干扰观测器前馈的双向DC-DC变换器预测电流控制方法,采用二阶跟踪微分器设计干扰观测器对系统中复合扰动进行估计,并通过前馈控制的方式减小扰动对系统的影响,该方法进一步提高了光伏储能系统在多源干扰条件下的动态性能和抗干扰能力。(4)为了提高系统效率,扩大变换器容量,减小电流纹波,提升半桥型双向DC-DC变换器在大功率、大电流场合的应用性能,采用三相交错并联的半桥型双向DC-DC变换器作为光伏储能变换电路,分析了交错并联控制的基本原理,提出了基于虚拟阻抗下垂特性调整的均流控制策略,通过调节等效虚拟阻抗的方法控制各个并联支路的等效输出阻抗,该方法减少了系统中的电流采样环节,实现简单,并且具有良好的均流效果。(5)搭建了仿真电路和实验平台,大量的仿真和实验结果表明上述控制策略能有效解决系统在各种不同工况下的直流母线电压波动问题以及多台并联运行时的均流控制问题。
【学位单位】：西安理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM46
【部分图文】：

【16-17】。图1-2 不同类型储能项目数占比Fig.1-2 The ratio of different type energy storage projects以电化学储能项目的装机容量为着眼点，图1-3给出了全球MW级电化学储能项目中不同类型储能技术总装机容量的增长趋势【16】。从图1-3可以看出，锂离子电池储能在2012年前的装机容量较小，但2012年以后，其装机容量一直保持高速上升的发展态势，并始终在各种电池储能技术中位列第一。钠硫电池的装机容量在2011年之前位居第一，2011年之后增长缓慢。铅酸电池的装机容量在2012年之后基本保持不变， 2012年与2015年之间铅酸电池的装机容量仅次于锂电池技术位列第二【16-17】。图1-3 不同类型电化学储能项目装机容量增长趋势Fig.1-3 The growth trend of installed capacity of different types of electrochemical energy storage projects从能量储存形式角度看，分布式电能存储技术可分为机械储能、电磁储能、化学储能等不同类型【18】。现阶段

图1-2 不同类型储能项目数占比Fig.1-2 The ratio of different type energy storage projects以电化学储能项目的装机容量为着眼点，图1-3给出了全球MW级电化学储能项目中不同类型储能技术总装机容量的增长趋势【16】。从图1-3可以看出，锂离子电池储能在2012年前的装机容量较小，但2012年以后，其装机容量一直保持高速上升的发展态势，并始终在各种电池储能技术中位列第一。钠硫电池的装机容量在2011年之前位居第一，2011年之后增长缓慢。铅酸电池的装机容量在2012年之后基本保持不变， 2012年与2015年之间铅酸电池的装机容量仅次于锂电池技术位列第二【16-17】。图1-3 不同类型电化学储能项目装机容量增长趋势Fig.1-3 The growth trend of installed capacity of different types of electrochemical energy storage projects从能量储存形式角度看，分布式电能存储技术可分为机械储能、电磁储能、化学储能等不同类型【18】。现阶段，不同储能技?

(a) 充电状态仿真波形 (b) 放电状态仿真波形图 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 双向 DC-DC 变换器的数学模型
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本文编号：2836567