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基于精确反馈线性化滑模的孤岛直流微电网运行控制策略研究

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.1.1 发展与能源和环境的冲突

1.1.2 微电网的诞生与优点

1.1.3 直流微电网的优势

1.2 直流微电网发展现状

1.2.1 直流微电网发展及示范工程

1.2.2 直流微电网控制策略研究现状

1.3 本文主要研究内容与章节安排

第2章 直流微电网系统

2.1 直流微电网系统基本结构

2.2 光伏发电单元

2.2.1 光伏电池模型

2.2.2 光伏电池输出特性

2.2.3 光伏发电的最大功率点跟踪

2.3 储能单元

2.3.1 蓄电池模型

2.3.2 双向Buck-Boost变换器工作原理分析与参数设计

2.4 本章小结

第3章 光伏和蓄电池控制器的设计

3.1 精确反馈线性化滑模理论基础

3.1.1 精确反馈线性化

3.1.2 滑模变结构

3.2 光伏恒压模式控制器设计

3.2.1 光伏恒压的滑模控制器设计

3.2.2 仿真分析

3.3 蓄电池控制器设计

3.3.1 蓄电池Buck-Boost变换器的反步滑模设计

3.3.2 仿真分析

3.4 本章小结

第4章 基于功率平衡方程的运行策略研究

4.1 功率平衡的运行策略原理

4.2 运行模式分析

4.3 仿真实验与分析

4.3.1 正常工作模式的运行仿真

4.3.2 正常工作模式与光伏恒压模式切换的运行仿真

4.3.3 正常工作模式与切负载模式切换的运行仿真

4.4 本章小结

结论与展望

致 谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

随着人类社会的进步与发展,能源的需求量越来越大,传统能源消耗速度加快,也因此带来了不可避免的环境问题。在能源和环境的双重压力之下,可再生的分布式能源受到广泛重视,但是如果不加控制的接入大电网,会对电网的稳定运行造成很大的潜在威胁。在此背景下,微电网应势而生。微电网可分为交流、直流以及交直流三种微电网。目前,交流微电网占大多数,但是随着直流负载的普及以及直流分布式电源的发展,直流微电网有着可期的发展未来。鉴于这种情况,本文以分布式电源和储能单元的控制为基础,针对孤岛直流微电网的运行控制策略进行研究。 首先,本文介绍了直流微电网的基本结构,分布式电源选用光伏电池、储能单元选用铅酸蓄电池。在分析光伏电池数学模型的基础上,搭建实用的工程模型,并以此进行仿真,对光伏电池的运行特性进行研究。然后在光伏电池的工程模型基础上,用改进的电导增量法实现最大功率点跟踪(MPPT),通过仿真验证该算法在光照强度和温度变化时的有效性和快速性。接着介绍蓄电池的通用模型和三阶动态模型,详细分析蓄电池与直流母线之间Buck-Boost双向变换器的两种工作模式原理。 其次,针对光伏电池恒压控制模式,以精确反馈线性化为基础设计滑模控制器,并通过仿真验证在外界参数变化时,设计的滑模控制器比PI控制器具有更好的鲁棒性和快速性。以Matlab/simulink中自带的铅酸蓄电池模型为基础搭建蓄电池的充放电模型,Buck-Boost变换器选用互补导通模式运行,在精确反馈线性化的基础上,运用反步滑模法设计控制器。通过仿真验证该控制器与PI控制器相比的优越性,在充放电控制时,设计的反步滑模控制器更加快速稳定。 最后,搭建孤岛直流微电网系统,以功率平衡方程为基础,将孤岛直流微电网运行模式分为正常工作、光伏恒压以及切负载三个大模式。以设计的滑模控制器代替PI控制器,在不同的运行模式中,控制器运行于对应的工作模式。在Matlab/simulink中进行仿真,通过仿真验证提出的运行策略的正确性。该运行策略结合改进的滑模控制器可以使系统稳定运行,系统不同模式之间可以平滑快速地切换,实现了稳定直流母线电压的目标。

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