摘要
随着“双碳”目标的不断推进，由“煤炭为主”向着“清洁化、多元化”不断转变，成为了解决能源危机及环境污染的必由之路。为了提高发电用电单元整体的效率，集分布式电源、储能系统和负荷等单元于一体的微电网以其高度自洽的优势被广泛应用。储能系统作为微网中的重要组成部分，研究其功率合理分配有益于平抑分布式电源和负载变化引起的功率波动，具有较强的工程应用价值。因此，本文建立包含光伏、蓄电池、超级电容及负荷的直流微电网系统，重点研究蓄电池变流器的改进型e指数下垂控制，依据实时荷电状态实现充放电次序的优化，提升荷-源-储三部分之间协调控制的灵活性。论文主要工作包含以下四个方面。 (1)微电网系统的结构分析及建模 对直流微电网内部各单元进行结构分析，针对其各单元建立数学模型，设计合理的控制策略。对于光伏发电单元建立基于扰动观测法的最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking,MPPT)控制及恒压控制，当功率超限时光伏发电单元从MPPT模式切换至恒压控制模式。对于其混合储能模块，结合超级电容器和蓄电池组两部分特点，对双向DC/DC结构进行研究,分析了电压控制和电流控制两种方式。 (2)改进型e指数下垂控制策略的研究 针对传统下垂控制调节过程中存在的问题，下垂系数的选取正向影响分配精度，却反向影响系统稳定性，设计一种改进型e指数下垂控制策略。依据蓄电池实时充放电功率，按照蓄电池荷电状态(Stateofcharge,SOC)值大小进行合理分配。充电时，令SOC值小的蓄电池组拥有较小的下垂系数;放电时，令SOC值大的蓄电池组拥有较小的下垂系数。使其能合理调整充放电速度，达到SOC快速均衡的目的。设置电压前馈补偿环节，动态调整母线电压提升或跌落，减小母线电压偏差。同时设置充放电限值保护环节，当蓄电池超出其设置的健康运行区间时，SOC限值保护使其退出运行，停止充放电，功率限制保护避免让蓄电池实时输出功率超过其最大功率，保证其始终运行于合理范围内，提高了蓄电池使用寿命，实现系统平稳运行。 (3)基于蓄电池组SOC分级调节控制策略的实现 分析了孤岛型直流微电网内部能量流动关系，基于荷源功率差进行运行模式划分。在传统功率分层的基础上，根据储能单元的实时SOC值进行优先级划分，通过比较微电网扰动功率与特定优先级最大平抑功率的关系使相应优先级的储能单元分级投入运行。对于蓄电池组，一定数量的蓄电池并联以下垂控制方式进行充放电，多组蓄电池可将大量能量储存起来避免了能量浪费，提高了能量的利用率，系统的稳定性也得到了保证，同时超级电容器平抑波动的高频功率，设置了功率滞环控制对其系统进行保护，实现了不同模式下直流微电网内部能量合理流动，提升了系统整体运行的稳定性。 (4)仿真验证 搭建系统的Matlab/Simulink仿真模型，首先对于各个模块设定不同工况进行验证，其次，针对改进型e指数下垂控制及功率协调分配策略再分别设计不同算例，结果表明了在投入超级电容后，当系统负载发生变化或模式切换带来高频功率时，超级电容能迅速平抑，维持了系统的稳定。同时，证明了系统可按照划分，在特定大小的功率扰动下相应优先级的储能单元先动作平抑系统扰动，减少了储能单元充放电次数与时间，提升了微电网中储能系统的调度灵活性。 综上，本文设计了一种多储能分级调节的独立直流微电网协调控制策略,重点研究了带电压补偿装置的改进型e指数下垂控制策略，实现了蓄电池依据其自身SOC实时调节充放电大小及速度，延长了储能单元寿命。针对荷-源-储三部分单元之间的协调问题，进行细致模式划分，实现了各个运行模式下能量合理分配，使系统整体稳定性得到了提升。
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