多电压等级直流微电网母线电压控制策略研究

为适应分布式可再生能源和多种直流负荷接入电网,多电压等级直流微电网将成为未来智能电网的重要组成部分。混合储能系统和直流变压器作为直流微电网中的关键设备,对维持各级直流母线电压稳定、保证直流微电网正常运行起着非常重要的作用。本文以多电压等级直流微电网母线电压稳定为目标,围绕多电压等级直流微电网中的混合储能系统和直流变压器的拓扑结构和控制策略展开研究,主要研究内容如下:(1)研究了直流微电网中三种典型直流变换器的结构和控制方式。介绍了光伏Boost变换器的拓扑结构,分析了光伏组件的输出特性,研究了其MPPT控制方式和恒压控制方式;介绍了Buck/boost双向变换器的拓扑结构,建立了其工作在升压模式和降压模式的等效模型,得出其双向控制策略;介绍了双有源全桥变换器的拓扑结构,对其单移相控制下的功率传输特性进行了详细分析。通过对三种典型变换器应用场景分析,为混合储能系统和直流变压器的拓扑结构设计奠定基础。(2)提出了变换器级联型混合储能系统的拓扑结构及协调控制策略。分析了变换器并联型和变换器级联型储能系统的结构和特点,设计了基于双有源全桥变换器和Buck/boost双向变换器级联的混合储能系统,并结合微电网的运行特性,提出了相应的控制策略。仿真结果表明,采用所提出的结构和控制策略,可以实现超级电容和锂电池分频补偿直流母线的电压波动,利用超级电容作为缓冲,减少锂电池的动作次数,延长混合储能系统寿命,同时实现了混合储能系统低压、隔离接入直流微电网,提高了系统的安全性。(3)提出了基于双有源全桥变换器的直流变压器拓扑结构及协调控制策略。设计了基于双有源全桥变换器串并联的直流变压器拓扑结构,建立了直流变压器平均值等效电路模型,分析了其控制模式。根据多电压等级直流微电网实际运行特性,针对直流变压器两侧直流母线的波动情况,结合直流母线电压分层原则,提出了直流变压器协调控制策略和直流变压器的工作模式选择方案。采用所提出的协调控制策略,可以准确判断出直流变压器两侧直流微电网运行状态,有效控制直流母线间传输功率,维持整个直流微电网稳定可靠运行。(4)构建了基于DSP的多电压等级直流微电网实验平台。设计了多电压等级直流微电网结构,设计了主电路、采样调理电路,并开发了系统控制程序,从而实现了基于DSP的多电压等级直流微电网实验平台的构建。最后,设计微电网的不同运行模式,通过实验验证了本文所提出控制策略的有效性。