1、微網(wǎng)(Microgrid)也稱微電網(wǎng),是一種由分布式電源、儲能裝置、能量變換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置等組成的能夠實現(xiàn)自我控制、管理和保護的小型發(fā)配電系統(tǒng),既可以與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)運行,也可以孤島運行。本論文在國家自然科學基金項目“光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)間阻抗匹配關系及系統(tǒng)穩(wěn)定性研究”的支持下,以阻抗匹配和混雜系統(tǒng)相關理論為基礎,以孤島運行模式下的微網(wǎng)為研究對象,針對發(fā)電單元與負荷間阻抗失配、能量管理過程中的多目標優(yōu)化等問題,從分布式發(fā)電單元

2、接口逆變器建模及運行特性、恒功率負載影響、多逆變器并聯(lián)穩(wěn)定性、微網(wǎng)混雜特性、能量管理策略及其優(yōu)化控制等方面展開理論和實驗研究。研究成果對微網(wǎng)結構及控制系統(tǒng)規(guī)范化設計,優(yōu)化不同工況下能量管理策略具有一定的理論指導意義和實際應用價值。
　　深入分析光伏發(fā)電單元、儲能單元的拓撲結構和控制方式,建立各單元小信號模型,并根據(jù)系統(tǒng)運行過程中各單元不同工作特點設計相應的控制策略。針對光伏發(fā)電單元,提出基于功率前饋的控制方法,該方法通過將光伏陣列

3、輸出功率信息直接引入到交流電流控制環(huán)節(jié),提高光伏發(fā)電單元對輸入功率波動的響應速度;針對儲能單元,在對比以往不同蓄電池充電方式的基礎上,設計恒壓限流充電控制策略,通過合理配置電壓外環(huán)輸出限幅來減小原有兩階段充電過程中的電壓、電流沖擊。上述研究也為后續(xù)基于阻抗匹配關系的系統(tǒng)穩(wěn)定性分析和能量管理策略的優(yōu)化設計奠定理論基礎。
　　以阻抗穩(wěn)定性分析方法為基礎,建立光伏發(fā)電單元孤島運行模式下的逆變器輸出阻抗模型,分析濾波參數(shù)對系統(tǒng)輸出阻抗及穩(wěn)

4、定性的影響,并通過時域分析方法證明分析結果的正確性,從理論上闡明阻抗分析方法的合理性和可行性。詳細闡述恒功率負載(CPL)的負阻特性特點及其影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的原因,提出一種虛擬電感控制方法,通過在原有控制結構中增加電感電流正反饋支路的方式降低逆變器輸出阻抗,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,同時該方法對于系統(tǒng)的動態(tài)響應速度和諧波問題也有一定改善作用。另外,考慮到實際微網(wǎng)中多逆變器并聯(lián)的特點,本文提出單個逆變單元的導納域穩(wěn)定性分析方法,并給出相應幅值和相角

5、穩(wěn)定條件及設計準則,降低微網(wǎng)設計的復雜性。
　　在詳細分析微網(wǎng)系統(tǒng)混雜特性基礎上,借助混雜系統(tǒng)相關理論建立可完整描述其運行狀態(tài)的混合邏輯動態(tài)(MLD)模型。該模型以光伏單元直流母線能量作為狀態(tài)變量,給出包括連續(xù)狀態(tài)變量、控制輸入、邏輯變量和輔助變量的系統(tǒng)方程及相關約束條件。針對所建立的模型以最優(yōu)控制和模型預測控制理論為基礎,以減少儲能裝置的充放電切換次數(shù)為目標,建立其二次型目標函數(shù)并借助混合整數(shù)二次規(guī)劃(MIQP)手段,采用分支界

6、定法求解其最優(yōu)輸入控制序列。通過該方法可以有效減少分布式電源出力和負荷波動情況下儲能裝置的充/放電次數(shù),提高微網(wǎng)系統(tǒng)的經濟性和可靠性。
　　基于混雜理論研究成果,為保證微網(wǎng)孤島模式下的能量供需平衡,本文以減少微網(wǎng)運行中蓄電池充放電次數(shù)為目標,提出主從控制和對等控制相結合的綜合控制策略。采用兩組光伏發(fā)電單元通過下垂控制方式組成主功率單元,為系統(tǒng)運行提供電壓和頻率支撐;儲能單元采用PQ控制作為從功率單元維持系統(tǒng)功率平衡,以提高系統(tǒng)的可