面向恒功率负荷的直流微电网群稳定性分析与控制算法设计

This project focus on DC Microgrid clusters system with several DC sub-grids. There are multi-DGs, converters, filter circuits and constant power loads(CPLs) in each sub-grid. A dynamic model is proposed for the DC Microgrid clusters, and with the simplified system model, the voltage stability problem of the system level bus is analysis both in large signal and small signal conditions, and the reasonable ranges of the parameters are proposed. The control scheme is constructed of secondary and primary controllers. The secondary controller is consensus algorithm based, and the primary controller is droop control based. For the primary controller, there are linear and nonlinear control algorithms designed and compared in many aspects of transient property. As for the linear algorithm a PID based voltage current double closed-loop controller is used. And for the nonlinear algorithm, a sliding mode controller and a backstepping based controller are used respectively. With the comparison, we can draw a conclusion that could direct the application. Finally, through simulation and platform experiments the control results are double verified.

本项目以多个直流子网构成的直流微电网群为研究对象，其中每个直流子网内部由多个分布式电源、变换器、滤波电路和恒功率型负载构成。建立直流微电网群的动态分析模型，并对其进行简化处理，在此基础上分析系统级母线电压在大信号和小信号下的稳定性问题，给出能够保持系统稳定的参数取值范围。控制器的设计采用基于一致性理论的上层控制和基于下垂控制的底层控制相结合的框架结构。对于底层控制器分别进行基于PID的电压电流双闭环控制算法和基于滑模控制和反演控制的非线性控制算法设计，并对基于线性和非线性控制算法的系统暂态性能进行多方面对比分析，得出能够指导实际应用的结论。最后，通过仿真和平台实验的方式对系统的控制效果进行双重验证。

本项目以含分布式新能源的微电网系统为研究对象，以系统运行效率和电能质量提升为目标，开展了系统稳定性分析、控制算法设计与系统优化方法研究。. 针对独立运行的光-储一体直流微电网系统，设计了一种适用于直流微电网的多模式控制策略。根据每个工作模式下在系统内起到功率平衡作用单元的不同，将系统划分为三种控制模式。再根据直流母线电压和荷电状态作为判断依据，将直流微电网分为六种工作模式，该策略可以在六种模式之间切换。通过光伏发电系统和储能系统之间的协调配合，保障直流微电网系统稳定运行，实现对光伏发电单元的充分利用和储能单元的合理调度。. 针对考虑风光储的集群配电网运行优化问题，以总运营成本为最小化为目标函数，包括网络损耗成本、单位运营成本，并考虑储能设备约束和需求响应约束等多种约束。旨在根据不同的风光储集群应用场景进行运行优化，以提高配电网的经济性。以365天的风能-太阳能输出曲线为研究对象，进行K均值聚类，并通过肘形规则获得最佳K值。采用二阶锥规划方法和求解器求解各典型场景的优化模型，并对聚类得到的各典型场景做运行优化分析。以IEEE33系统和当地365天风力太阳能机组输出场景为例，以24小时为周期，进行所提算法的有效性验证。. 针对以网状结构（TCT）为连接方式的光伏阵列，研究其改进静态重构技术。本项目在传统静态重构技术基础上引入奇偶变换和列索引填充的规则对光伏阵列内部的电池单元进行物理重构。不仅成本低廉易于实现，且针对不同类型的光伏阵列，提出了两种重构策略：策略一适用于对电能质量要求较高的小型分布式光伏电站；策略二更适用于大型光伏电站。所提的改进策略在6种阴影遮挡情况下不仅具有较低的功率损失和较高的填充因子值，且成功实现了最大功率提升。. 围绕以上研究内容，课题组在国内外学术期刊以及国内外重要的学术会议上发表和录用5篇论文。其中，SCI检索论文3篇，EI检索论文2篇。申请实用新型专利2项，软件著作权1项。协助培养硕士研究生5名。