摘要
微电网的发展与落地是适应清洁能源系统、解决特定用户供电问题的有效解决方案。与交流微电网相比，直流微电网不存在无功、相位及频率等电能质量问题，因此具有能量变换环节少和控制简略的优点。为了直流配电网系统运行平稳可靠、灵活可控且优质高效，未来的柔性互联、各类园区和建筑楼宇等的供电结构将会是直流微电网相互并联形成规模化的直流微电网集群系统，可灵活控制功率流动形成本地能源“生产-转换-消费”的绿色经济模式。直流微电网集群最优能量管理属于系统级的控制，然而因其供电单元（例如光伏、风力发电机和蓄电池储能系统）发电原理的天然异质性，导致线性PI控制器难以应对可再生能源波动和发电单元的投切等暂态状况的潮流管理。现有工作缺乏对直流微电网集群最优能量管理的研究，因此本文重点对直流微电网集群的能量管理与控制做出以下工作： 首先，基于直流微电网集群分层控制框架，阐述分层控制的具体结构，详细推导预测函数控制器的数学模型。提出直流微电网集群的经济性最优功率流动算法，第一步先建立功率流动的经济调度和传输损耗模型，根据模型推出系统实现最优能量管理的运行条件，主要叙述所提经济性最优功率流动算法在三次控制作用下的实现。 其次，针对直流微电网集群的经济性最优功率流动算法设计三次预测函数控制器，在被控对象数学模型基础上，详细叙述控制器设计过程和最优能量管理的优化命题。对所提三次预测函数控制进行闭环稳定性分析，从理论上论证集群是否能在负荷功率变化、负载跳变和模型失配等大干扰状态下仍保持稳定运行。综合考虑控制器参数对其控制性能的影响，在不降低控制性能的前提下选取合理的控制参数。 最后，搭建仿真和硬件在环实验平台，对所提直流微电网集群经济性最优功率流动在预测函数控制器作用下的可行性进行验证，分别在负载跳变、直流微电网即插即拔、通信故障以及通信延时等场景下测试控制器性能，通过与现有集群系统能量管理方案的比较，证实所提算法的有效性。
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