摘要
国家“双碳”目标的提出加速了以新能源为主体的新型电力系统规划与建设。微电网技术可有效解决光伏等新能源及储能设备“碎片化”接入造成的消纳困难问题，是实现新型电力系统建设、促进低碳能源转型、构建智慧能源体系的必由之路。其中，直流微电网因其运行效率高，且不存在变压器励磁涌流、系统频率同步等问题，逐渐成为行业内研究热点。孤岛运行下的直流微电网由于缺乏主网支撑，存在精度低、鲁棒性差、协同难等问题，制约了其实际工程中的规模化落地应用。因此，研究直流微电网的先进控制技术、提高微电网系统运行鲁棒性、协同性，对实现微电网的稳定高效运行与大规模推广应用至关重要。 对此，本文基于分层控制框架，综合考虑微电网信息-物理模型，并结合先进模型预测控制方法，研究直流微电网鲁棒协同预测控制技术。论文的主要工作及创新点如下: （1）基于双曲正切-比例非线性控制器的直流微电网集成式协同控制策略。直流微电网现有集成式控制策略中为保证系统各单元的即插即用功能从而采用比例控制器，其代价是系统的电压调节存在误差，参数选取受到系统稳定性约束。对此，本文提出了一种双曲正切-比例控制器，拓宽系统参数的选取范围，进一步提高系统电压调节精度。再者，本文通过对控制系统开展输入-状态稳定性分析，证明所提控制策略可有效减缓系统稳定性对参数选取的制约。最后，通过硬件在环实验平台验证了所提方法有效性。 （2）计及恒功率负荷接入的直流微电网鲁棒协同预测控制策略。随着用能形式多样化，微电网负荷端呈现电力电子化接入趋势。此类负荷通过变换器从母线汲取恒定的功率，称为恒功率负荷。其对外呈现的负阻抗特性会降低系统稳定裕度，严重危害系统稳定运行。对此本文基于分布式模型预测控制架构，提出一种计及恒功率负荷接入的直流微电网鲁棒预测控制策略，可融合多控制目标，并实现大规模恒功率负荷接入下的直流微电网稳定运行。最后，通过硬件在环实验平台验证了所提方法有效性。 （3）多经济优化目标下的直流微电网协同预测控制。现有的分层控制架构将微电网经济运行划定为时间尺度较大的三层控制，然而其中部分经济目标并不涉及与电力市场交互，可在较小时间尺度内实现优化，现有的分层架构并不合理。对此本文提出了多经济优化目标下的直流微电网协同预测控制，基于分布式模型预测控制技术，创新性地将耗量最小、网损最小两个经济目标与二层控制相结合，实现微电网快速协同经济优化。最后，通过硬件在环实验平台验证了所提方法有效性。 综上，本课题针对孤岛运行状态下的直流微电网，提出直流微电网鲁棒协同预测控制技术，提高微电网调节精度、运行鲁棒性、经济协同性，促进构建高品质直流微电网，助力新型电力系统快速发展。
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