基于一致性算法的分布式直流微电网的控制研究

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近年来,清洁能源受到越来越多的关注,同时微电网之间互联控制也成为大量学者的研究热点,因此基于清洁能源的微电网互联控制研究具有重要意义。直流微电网可以通过分布式控制方式将光伏以及蓄电池等储能单元连接,并通过电力电子变换器将其与电力系统进行连接,进而为用户提供负荷需求。各分布式能源之间按比例分配功率以及维持母线电压稳定是直流微电网的两个主要控制目标。为实现该控制目标,本文将储能单元与直流母线之间通过转换器相连接,就控制问题展开讨论,并根据不同的场景进行模型验证与深入研究。首先,为保证电能输送质量,储能元件需要通过变换器与母线端相连,通过对储能单元以及变换器拓扑结构进行研究,设计并确定微电网的初级控制层采用电压外环电流内环的双闭环控制方式,进而搭建各变换器单元仿真模型,验证其控制方式的有效性。然后,在确定初级控制方式的基础上,要保证互联的直流微电网协调运作,那么就需要克服因线路阻抗不均导致的各支路功率分配问题以及电压偏差问题。所以,本文在传统下垂控制的基础上进行改进,设计了自适应下垂控制方式,可以根据不同负载的运行电流自行调整下垂系数。该算法是在一致性算法的理论基础下,通过对本地信息和邻居信息采集,从而为下垂系数提供矫正量,并同步与本地电流,该算法可以提升负载比例共享的精确度,并进一步调节母线电压,并解决了传统固定下垂系数无法解决的线路阻抗不均时造成的功率分配问题。在自适应下垂算法基础上,为补偿下垂控制造成的自然电压降落且维持全局电压稳定,又在二次控制环节加入电压矫正量。首先通过电压观测器获取邻居节点电压信息,得到母线电压的估计平均值,并生成电压矫正量,该矫正量对下垂控制机制的参考电压进行调节,生成新的电压参考量。在整体二次层控制算法中,不仅考虑不同的线路阻抗问题,同时无需高密度的通讯连接,为确定该控制算法对母线电压稳定调节以及负载比例共享的作用,在Simulink中搭建了四组互联的仿真模型,针对不同的场景进行验证。论文又在自适应下垂控制方法与母线电压恢复控制测量的工作作用下,验证了直流微电网的即插即用以及单条链路故障时的动态性能。最后,考虑到直流微电网向着大规模方向发展时会造成数据量激增问题,且还存在复杂电力电子器件建模难的问题,因此设计基于极限学习机的数据建模方法。该方法可以解决大规模数据量建模问题的同时,还可预测直流微电网下一时刻的运行状态。为证明该数据模型的有效性,通过采集数据对微电网运行状态进行预测,分别就不同场景进行建模分析。通过对模型训练过程进行分析,拟合准确度进行计算,证明了该数据模型的有效性。
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