【摘 要】
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随着能源和环境问题日益突出,可再生能源得到了迅速发展。直流微电网运行高效、控制简单可靠、可扩展性强,是一种整合可再生能源的有效方案。为解决微电网内可再生能源的不确定性、波动性和间歇性问题,混合储能系统（Hybrid Energy Storage System,HESS）得到了广泛的研究。因此,本文主要对并网型直流微网中的大容量混合储能阵列系统（Hybrid Energy Storage Array
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随着能源和环境问题日益突出,可再生能源得到了迅速发展。直流微电网运行高效、控制简单可靠、可扩展性强,是一种整合可再生能源的有效方案。为解决微电网内可再生能源的不确定性、波动性和间歇性问题,混合储能系统（Hybrid Energy Storage System,HESS）得到了广泛的研究。因此,本文主要对并网型直流微网中的大容量混合储能阵列系统（Hybrid Energy Storage Array System,HESAS）的功率分配问题和含多组HESS的孤岛型直流微电网的母线电压控制问题进行了研究。（1）针对并网型直流微网中的大容量HESAS的功率分配问题,提出了一种分层分布式控制结构。首先,为平滑微电网并网联络线功率,在协调控制层设计了一种基于模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）的日内双时间尺度优化模型,通过长时间尺度模型的滚动优化和短时间尺度优化模型的实时校正,在实现异质储能系统间功率分频分配的同时优化储能的荷电状态（state of charge,SOC）,从而提高储能系统的长期调节能力。其次,在分布式控制层,针对同质储能单元间的功率细化分配的问题,提出了一种基于分布式MPC和状态约束的加权一致性算法,以实现对协调控制层下发功率指令的快速分解。此外,结合所提分布式算法提出了一种蓄电池单元分组一致性控制策略,优化蓄电池单元运行状态,以延长蓄电池寿命和提升运行效率。最后,在Matlab上构建含8个蓄电池单元和4个超级电容单元的并网型直流微电网系统,对所提的算法和控制策略进行仿真验证,仿真结果验证了所提算法和控制策略的有效性。（2）针对含多组HESS的孤岛型直流微电网的电压控制问题,设计了一种两级电压控制结构。在下垂控制层,根据HESS的SOC动态调整其下垂系数以提高HESS间的协调性,并在电压控制外环后串联一阶低通滤波器以实现对HESS参考电流的高/低频分解。在分布式协调控制层,首先,相邻的HESS利用通信网络相互获取对方的状态信息,对自身下垂控制层进行动态调整,以减少虚拟电阻和线路电阻导致的母线电压偏差大和比例电流分配精度低的问题;其次,考虑到分布式控制的通信问题,设计了一种基于周期采样的事件触发控制方法,基于李亚普诺夫稳定性理论推导出合理的事件触发函数,在保证系统稳定的前提下减小分布式协调控制层对通信资源的需求。最后,在Simulink上搭建含4个HESS的直流微电网仿真模型,验证了所提分层协调控制方法的有效性。
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