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考虑恒功率负载特性的储能变流器控制策略优化研究

孙晓溪  
【摘要】:储能单元解决了分布式电源的间歇性供电问题,是微电网系统不可或缺的一部分。储能单元中,储能变流器的作用极其关键,能够控制蓄电池充放电过程,变换交流和直流能量,同时保证蓄电池安全稳定运行,因此研究储能变流器控制策略具有重要意义。而微电网中,连接交流母线的绝大部分电动机负载和变换器负载由于受到闭环控制,具有负阻抗特性,可视为交流恒功率负载,在扰动时等效为正反馈,会放大扰动信号,严重危害微电网系统的稳定性。若恰当控制储能单元,可抑制恒功率负载的负阻抗特性,增强系统的稳定性。但是目前对储能变流器的研究多集中于对系统拓扑和控制策略方面,并未将储能变流器控制策略与交流恒功率负载相联系。本文提出了双向储能变流器稳定控制策略,同时考虑了交流恒功率负载的动态性能,以增强微电网系统的稳定性。首先,根据储能单元充放电状态将储能变流器分别进行等效,考虑微电网在孤岛和并网两种模式下不同的控制策略,应用abc-dq坐标变换分别建立微电网系统中的非线性模型。接着,应用混合势函数方法,分别在孤岛和并网两种模式下建立微电网系统在储能单元充放电状态的混合势函数大信号模型。最后,根据根稳定性定理,分别得到储能变流器稳定控制策略。孤岛模式的储能变流器稳定控制策略给出了储能DC/AC变换器电流环比例系数k_(ip1)、储能DC/DC变换器电压环比例系数k_p、稳压电容、滤波参数和交流恒功率负载功率P之间的关系,并网模式的储能变流器稳定控制策略给出了储能DC/AC变换器电流环比例系数k_(ip2)、储能DC/AC变换器电压环比例系数k_(vp)、稳压电容、滤波参数和交流恒功率负载功率P之间的关系。得到的稳定控制策略为微电网中储能变流器控制策略优化设计提供了理论依据。为验证所得稳定控制策略的正确性,应用固纬电子实验平台和simulink仿真模型,对所得的储能变流器稳定控制策略进行实验及仿真验证。实验和仿真结果皆表明,符合储能变流器稳定控制策略的系统受到大扰动后,能够继续平稳运行;反之,不满足储能变流器稳定控制策略的系统在大扰动后,不能继续平稳运行。由此证明本文提出的储能变流器稳定控制策略是正确的。


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