直流微电网集群的能量管理预测控制研究

作     者：刘锐 

作者单位：安徽工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘宿城;徐东玉

授予年度：2020年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：直流微电网集群 分层控制 三次控制 预测函数控制 动态性能 

摘      要：直流微电网是一种整合可再生能源、储能装置、接口变换器以及负荷的区域供电系统,凭借相应的运行控制技术可实现微源与负载之间的能量转换,但其容量小,抗扰动能力弱等固有特性均会影响系统的可靠运行。因此,直流微电网互联形成集群作为一种提高系统可靠性的有效手段得到快速发展。直流微电网集群多采用分层控制策略,其中,三次控制由于控制层级较高,导致系统控制带宽较低,在遭遇负载跳变、模式切换等工况时,无法实现较快的动态响应速度。因此,为确保系统可靠、经济的运行,需要对集群的能量管理进行优化。针对上述问题,论文重点对三次控制的改进策略展开了研究。首先,针对集群的能量管理问题,分析了一种应用于直流微电网集群的分层控制策略。根据直流微电网中可再生能源单元与储能单元（Energy Storage Unit,ESU）的物理特性,在网内引入一次控制与二次控制实现了各微源间能量的自主分配与直流母线电压的动态一致;在网间采用三次控制策略,使集群内负载电流与So C（State of Charge,So C）最终趋于一致,以达到能量均衡的目的。并通过仿真对所提分层控制策略的可行性进行了验证。其次,为改善传统三次控制策略动态响应速度较慢的问题,提出了一种基于预测函数控制（Predictive Function Control,PFC）的分布式三次控制策略。当直流微电网集群发生大信号扰动时,针对系统级层面的能量管理问题,利用所提改进策略可在更小的时间尺度上实现直流母线电压的变化与能量的均衡,达到提升系统可靠性与稳定性的目的,从而延长电力电子器件寿命以降低系统维护成本。并通过仿真对所提改进三次控制策略进行了验证。最后,搭建了基于DSP28335数字控制器与Buck/Boost接口变换器的三个直流微电网互联实验平台,给出了基于PFC的分布式三次控制实验波形,验证了所提PFC策略的有效性。为了对比所提策略的优越性,完成了一次控制、二次控制以及传统三次控制的相关实验波形采集。实验结果表明,在进行模式切换以及负载投切等大信号扰动时,PFC型控制器较传统PI控制器具有更快的动态响应速度。