双层母线直流微电网协调控制策略研究

发布时间：2017-04-08 02:23

  本文关键词：双层母线直流微电网协调控制策略研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：直流微电网相对于交流微电网而言,不存在交流系统中无功和频率等问题,故其结构更为简单、控制更为方便,而且有利于光伏电池、储能装置以及直流负荷等直流性质单元直接接入。鉴于直流微电网以上优点,直流形式的微电网结构受到了国内外研究人员越来越多的关注。目前国内外关于直流微电网的研究大多集中于单母线的直流微电网结构,所有直流性质的微电源或负荷都需要经过直流变换器连接到直流母线,降低了整个系统运行效率。为了提高系统运行效率,方便不同电压等级的负荷直接接入直流微网,减少变换器的使用,本文提出一种新型双层母线直流微电网结构,并基于此结构设计了相应的协调控制策略,保证直流微电网的可靠运行。第一,主要分析了光伏发电模型及最大功率追踪控制。依据光伏电池数学模型,在Matlab/Simulink中搭建光伏电池仿真模型,通过仿真得出其输出特性曲线;由输出特性曲线可以看出,光伏电池的P-U曲线呈现强烈的非线性。为了追踪光伏电池的最大功率点,文中介绍并分析了广泛应用的最大功率跟踪(maximum power point tracking,MPPT)控制算法,选择变步长电导增量法作为直流微电网系统的MPPT控制策略,并进行了仿真验证。第二,重点研究了系统的混合储能单元。介绍了锂电池和超级电容的工作原理、数学模型以及充放电特性;根据直流微电网系统的控制要求,结合各储能单元的充放电特性,选择锂电池和超级电容级联的混合储能结构作为系统的储能单元;分析了储能单元与直流母线间的双向DC/DC变换器连接方式,对双向DC/DC变换器的工作模式进行了分区,并据此设计了相应的控制策略。第三,研究了双层母线直流微电网系统结构、功率流向及控制策略。双层母线直流微电网由两电压等级不同的直流微电网通过Buck/Boost双向变换器连接构成。将锂电池超级电容组成混合储能系统应用于直流子网中,并设计其协调控制策略,保证系统优化运行的同时延长了锂电池的使用寿命。根据Buck/Boost双向变换器的电压-功率下垂特性,对高低压两侧电压进行归一化处理,提出适用于Buck/Boost双向变换器的下垂控制,此控制策略可以根据两直流子网电压高低有效控制子网间的功率传输,实现整个系统功率平衡,提高系统的运行可靠性。第四,设计并开发了含有光伏系统、混合储能系统以及Buck/Boost双向变换器的双层母线直流微电网实验平台。利用DSP TMS320F28335作为系统控制芯片,通过实验验证了系统协调控制策略的有效性。实验结果表明,本文设计的Buck/Boost双向变换器下垂控制策略,可以自动实现高低压直流母线间的功率流动,从而保证双层母线直流微电网的稳定运行。
【关键词】：直流微电网 双层直流母线 混合储能 协调控制
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM46;TM732
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 选题的背景及意义10-11
• 1.2 微电网发展概况11-12
• 1.3 直流微电网研究现状12-16
• 1.3.1 直流微电网的概念及运行特征12-13
• 1.3.2 直流微电网的结构13-14
• 1.3.3 直流微电网的研究情况14-16
• 1.4 本文主要工作16-18
• 第二章 光伏模块控制及仿真分析18-34
• 2.1 光伏电池模型及特性分析18-22
• 2.1.1 光伏电池模型18-19
• 2.1.2 光伏电池输出特性19-22
• 2.2 最大功率追踪控制策略22-27
• 2.2.1 光伏系统最大功率点跟踪原理22-23
• 2.2.2 几种常见MPPT方法比较23-27
• 2.3 光伏发电系统结构及数学模型27-29
• 2.3.1 光伏发电系统结构27
• 2.3.2 Boost电路模型27-28
• 2.3.3 Boost模型光伏MPPT特性分析28-29
• 2.4 光伏系统控制策略及仿真分析29-32
• 2.4.1 光伏系统控制策略29
• 2.4.2 光伏MPPT控制仿真分析29-32
• 2.5 本章小结32-34
• 第三章 混合储能系统特性及控制策略34-44
• 3.1 锂离子电池特性34-37
• 3.1.1 锂离子电池工作原理34-36
• 3.1.2 锂离子电池充放电特性36-37
• 3.2 超级电容特性37-39
• 3.2.1 超级电容工作原理37-38
• 3.2.2 超级电容等效电路38
• 3.2.3 超级电容与锂电池的比较38-39
• 3.3 储能单元充放电电路结构及控制方法39-42
• 3.3.1 放电模式39-41
• 3.3.2 充电模式41-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 双层母线直流微电网结构及控制策略44-58
• 4.1 双层母线直流微电网系统结构44-45
• 4.2 光伏系统控制45-46
• 4.3 基于电压下垂的混合储能系统控制46-50
• 4.3.1 电压下垂稳压原理46-47
• 4.3.2 混合储能系统控制47-50
• 4.4 双层直流母线协调控制50-57
• 4.4.1 高压侧和低压侧的分层控制51-53
• 4.4.2 Buck/Boost双向变换器控制53-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 基于DSP的直流微电网系统实验平台设计与开发58-78
• 5.1 实验系统简介58-60
• 5.2 系统功率主电路设计60-65
• 5.2.1 主电路元器件选型60-63
• 5.2.2 开关管及其驱动模块选型63-65
• 5.3 采样及调理电路设计65-66
• 5.3.1 电流采样电路65-66
• 5.3.2 电压采样电路66
• 5.3.3 电压电流调理电路66
• 5.4 软件设计66-71
• 5.4.1 光伏Boost电路控制67-68
• 5.4.2 储能系统Buck/Boost双向变换器控制68-70
• 5.4.3 高低压直流母线间双向变换器控制70-71
• 5.5 双层母线直流微电网实验及结果分析71-76
• 5.6 本章小结76-78
• 第六章 总结与展望78-80
• 6.1 总结78-79
• 6.2 展望79-80
• 参考文献80-86
• 致谢86-87
• 攻读学位期间发表的学术论文87

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 郑漳华;艾芊;;微电网的研究现状及在我国的应用前景[J];电网技术;2008年16期

2 麻敏;韩继明;麻秀慧;陈衍妍;;浅谈微电网[J];科技资讯;2009年15期

3 楼书氢;李青锋;许化强;刘鲁丹;;国外微电网的研究概况及其在我国的应用前景[J];华中电力;2009年03期

4 杨为;丁明;毕锐;高研;丁银;;微电网实验平台的设计[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2010年01期

5 袁清芳;周作春;陈艳霞;李香龙;陈国锋;;微电网发展应对策略[J];农村电气化;2010年10期

6 安智敏;罗时光;;微电网的概念及发展[J];内蒙古石油化工;2011年21期

7 王t

本文编号：291875