光储直流微电网变换器自主下垂与模型预测控制策略研究

可再生能源的应用与分布式发电的兴起为微电网诞生提供契机,而直流微电网因无需考虑频率、相位和无功等因素,控制更为简单灵活。良好的控制策略是直流微电网安全可靠运行之关键,本文以维持直流母线电压恒定为目的,提出一种光伏Boost变换器自主下垂控制策略,并将模型预测控制的思想引入储能变换器的控制之中,提升储能单元响应微电网能量调度需求之速率。具体内容如下:第一部分,首先分析传统下垂控制引起直流母线电压偏移和功率分配不均的原因,建立下垂系数与负载功率之间的数学模型,提出自主下垂控制策略,为实现光伏单元间的功率均分引入功率分配系数。其次通过建立光伏Boost变换器的状态空间方程,结合传统下垂控制和自主下垂控制的控制框图得到两种策略所对应的Boost变换器小信号模型。运用小信号并联阻抗对比分析直流微电网在两种控制策略下的稳定性,并对比自主下垂控制时直流微电网在不同线路阻抗下的小信号稳定性。最后对传统下垂控制和自主下垂控制在相同工况下进行仿真和实验对比。第二部分,在储能变换器控制中引入模型预测控制思想,分析储能变换器不同工作状态所对应之等效电路模型,介绍储能变换器的有限控制集模型预测控制,并先后引入电压补偿环节和反馈矫正环节形成闭环模型预测控制。鉴于有限控制集模型预测存在在线计算量大和开关频率不固定等不足,提出一种基于脉宽调制的储能变换器模型预测控制,该方法以预测变换器未来控制周期内占空比为目的,可减小在线计算量并获得固定的开关频率。利用仿真与实验手段将基于脉宽调制的储能变换器模型预测控制分别与储能变换器有限控制集模型预测控制和储能变换器恒压控制进行对比分析。