带恒功率负载直流微电网母线电压稳定性控制研究

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与交流微电网相比,直流微电网具有结构简洁、运行灵活度高,无须考虑频率、相位以及无功补偿等优势而备受各国学者关注。加之随恒功率负载接入直流微电网比例的上升,使直流微电网的弱阻尼、低惯性特性进一步弱化。在直流系统中,母线电压的稳定性是衡量系统稳定的唯一标准,因此,其稳定性对于微电网的安全运行不可忽视,本文以含恒功率负载直流微电网为对象,采用不同稳定性判据与控制策略,研究直流微电网母线电压稳定性,主要内容如下:(1)介绍直流微电网研究现状及恒功率负载的发展状况,根据国内外发展历程,简要介绍直流微电网母线电压稳定性控制方法。(2)对恒功率负载负阻抗特性进行分析,分析恒功率负载接入直流微电网导致系统母线电压波动甚至失稳的机理,并介绍恒功率负载及其线性化模型与稳定性判据方法。采用状态空间平均法与等效电路法对直流微电网进行建模。针对恒功率负载接入直流微电网使系统呈现的非线性,本文采用李雅普诺夫直接法和混合势函数法相互验证对所建模型的大信号稳定性,并求取大信号稳定的约束条件。(3)针对含恒功率负载引起系统稳定性问题,提出一种含高阶滑模观测器的模型预测控制策略。首先根据模型预测控制理论,构建Buck变换器的目标函数,建立滚动优化跟踪方程并求解最优控制律。然后构建高阶滑模观测器,提高电压的控制精度。最后,建立源、负载侧的等效模型,对其进行小扰动的稳定性分析,并与传统双闭环PI调节和模型预测控制进行比较,验证所提控制策略的鲁棒性,以及对母线电压进行精确跟踪与控制的正确性。(4)考虑线路损耗,提出一种改进下垂控制策略。构建包含电压偏移、均流误差、线路损耗的系统目标函数。加入对偏移量最小值求解,提高均流精度,改善母线电压质量,将线路损耗的求解化简为母线电压偏移求解。与传统控下垂制策略相比,所提控制策略不仅改善了母线电压质量而且降低了线路损耗。
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