基于直流微网系统中多源协同控制的变流器研究

• 作 者: 马建
• 出 处: 安徽工业大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 多源协同直流微网 光伏发电 自动充放电 电流前馈 滑动离散傅里叶变换锁相环

相比传统交流微网,直流微网的稳定性仅由直流母线电压决定。而直流母线电压波动的本质是母线电容功率的波动,所以如何协同控制分布式电源、储能装置以及并网时电网等多源功率与负载功率的平衡是研究直流微网的关键。本文的研究对象是以光伏为可再生分布式电源、蓄电池为储能装置的多源协同直流微网系统,文中分别在并网和离网两种状态下对系统中的变流器控制策略与整体协调控制策略进行了分析研究。主要内容包括以下几个部分:第一,介绍了微电网的概念与结构,同时分析了多源协同直流微网系统的结构以及各个接口变流器的拓扑,接着对光伏电池以及蓄电池的数学模型进行构建,并对其输出特性进行分析。第二,对多源协同直流微网中变流器的控制策略进行研究。光伏发电装置依据系统不同的工作状态分为最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制和恒压控制(Constant Voltage Control,CVC)两种控制方式。其中,MPPT的实现采用改进的自适应扰动观测法,CVC的实现采用双闭环控制策略。同时,蓄电池接入微网的变流器拓扑选择的是双向半桥DC/DC电路,文中详细分析了该拓扑的结构和原理,并采用一种改进自动充放电控制策略。第三,在系统并网时,对网侧接口三相全桥PWM变流器的模型和控制策略进行研究。首先,针对传统PI双闭环控制无法在母线电压受到扰动时以较快速度平抑波动的问题运用了一种电流前馈的控制方法。此外,本文提出了一种新型三相滑动离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)锁相环策略,该策略可以在电网电压出现各种畸变的情况下精准地提取电网电压基波正序分量的相位。第四,对系统整体运行控制策略进行研究。首先,采用基于母线电压信号(DC Bus Signaling,DBS)控制策略对各个微源接口变流器的工作模式进行控制。其次,将系统划分为离网和并网两种运行模式,并在离网模式下分别对光伏单元运行控制与储能单元运行控制进行研究。最后,在MATLAB/Simulink仿真平台中搭建了多源协同直流微网系统的整体仿真模型,并对各变流器的控制策略以及整个系统的协同控制策略进行了仿真验证。在此基础之上,设计了主控芯片为DSP28335的系统硬件实验平台并编写了相应的软件控制程序,最终通过实验验证了本文所提控制策略的有效性。