由于环境污染和能源短缺的问题日益严重,使用清洁环保的微电网技术逐渐受到人们的重视,直流微电网具有能量利用效率高、损耗低、可控性强等优点。但由于直流微电网中的分布式电源种类多、容量小、随机性大等特点,当外界环境发生改变时,会使直流母线电压产生波动,从而影响电能质量。合理的协调和控制各分布式电源,能够实现其工作模式的平滑切换,提高母线电压的稳定性。本文以光伏直流微电网为研究对象,对独立直流微电网的能量协调控制方法进行研究。首先,本文论述了该课题的研究意义,总结了国内外研究现状,分析了直流微电网的常见结构。对直流微电网中的光伏电池和蓄电池进行了特性分析与建模,并介绍了光伏电池的Boost变换器和蓄电池的双向DC/DC变换器。其次,分析了下垂控制的原理和传统下垂控制存在的不足。在此基础之上,提出了光伏电池变下垂系数控制方法与蓄电池的变下垂系数控制方法,使得系统在工作环境改变时仍能使母线电压稳定。再次,对光伏直流微电网供需关系进行分析,并提出了电压分层控制方案,该方法仅通过母线电压的大小,对直流微电网中的能量流动进行有效管理,进而使得直流微电网中各部分合理的进行工作模式间的平滑切换,最终达到系统的母线电压稳定和能量平衡。最后,在MATLAB/Simulink环境下搭建了仿真模型,对提出的直流微电网电压分层控制,蓄电池的变下垂控制与光伏的变下垂控制方法进行了仿真验证。仿真结果表明,运用电压分层控制使系统内的各分布式电源、蓄电池、负载能够协调运行,直流微电网可在独立的3层工作模式间实现平滑切换。蓄电池的变下垂控制方法可以提高母线电压的稳定精度,光伏电池的变下垂控制不仅可以实现负载均衡,而且能够更好的维持母线电压稳定到额定值,满足直流微电网的需求。
