母线电压是衡量光伏直流微电网安全与稳定的核心指标,受光伏输出功率随机性和波动性以及负载功率动态变化的影响,微电网在实际运行过程中存在难以预测的功率扰动,尤其是缺少公共大电网支撑的离网型微电网,当光伏出力与负荷需求不匹配时,容易引起母线电压波动,影响系统的安全稳定运行。针对上述现象,本文重点研究冲击性负载下离网型光伏直流微电网的稳定性,揭示影响微电网稳定运行的影响因素,解决多储能变换器并行运行时的功率分配以及母线稳压问题,为光伏直流微电网的发展应用提供理论依据和技术支撑,具体开展了如下工作:(1)光伏直流微电网运行控制研究大多集中在光伏输出功率波动、负载小范围扰动下的直流母线稳压问题,对于负载功率大范围变化,尤其是冲击性负载接入瞬间大扰动条件下引发的微电网稳定运行问题涉及较少。针对这一问题,本文对光伏电池、蓄电池、他励直流电机建模仿真,并对其控制策略分别进行了研究,采用开环控制下的他励直流电机作为冲击性负载,构建了含冲击性负载特性的光伏直流微电网模型。(2)针对光伏直流微电网小扰动条件下的稳定运行问题,对微电网系统级的小信号稳定性进行分析。通过状态空间平均法建立Boost、Buck、双向DC/DC变换器在不同控制策略下的小信号模型以及等效阻抗模型,分别研究母线电压、滤波电容对各变换器阻抗特性的影响,结果表明母线电压对各变换器阻抗特性的影响较小,而滤波电容对各变换器阻抗特性的影响较大,特别是在中高频段,随着滤波电容的增大,各变换器阻抗呈减少趋势。在各变换器阻抗模型的基础上,采用基于阻抗比的稳定性分析法研究光伏直流微电网在不同工作模式下的小信号稳定性,提出以稳定性最差的工作模式作为该直流微电网系统级小信号稳定的判定指标。(3)充分考虑储能单元的充放电、负载的动态特性,围绕光伏直流微电网大信号扰动下的稳定条件开展研究。基于混合势函数理论对微电网的大信号稳定性进行分析,建立混合势函数模型,推导系统的大扰动稳定条件,并揭示影响光伏直流微电网大信号稳定的主要因素。研究结果表明:电机负载功率越大,系统的大信号稳定性越差;接入阻性负载可以提高系统大信号稳定性,且阻性负载阻值越小,系统大信号稳定性越好;采用蓄电池与超级电容相结合的混合储能方式可以提高系统的大信号稳定性。最后,通过仿真对研究结论的正确性和有效性进行了验证。(4)传统下垂控制对于同时提高储能单元功率分配精度和减小母线电压偏差之间存在局限性,针对这一问题,采用基于关联参数的下垂系数补偿法对传统下垂控制进行改进,将下垂控制系数设为其对应储能单元初始下垂系数与剩余容量(SOC)n次幂的比值,通过改变幂指数n的取值,实时调整储能单元充放电速率,实现多个储能变换器并行运行时的精确功率均分,在改进下垂控制的同时加入二次控制,减小母线电压跌落,提升电能质量。通过仿真及实验验证了改进下垂控制可以实时调控各储能单元充放电速率、更好地抑制母线电压波动。(5)传统的双闭环控制在提高系统的动态性能和稳态性能之间存在不可避免的矛盾,为解决这个问题,提出了一种模糊-PI双模控制器代替双闭环控制电压外环的PI控制器,能够根据母线电压的偏差自动切换工作模式。在母线电压偏差较大时,采用模糊控制器,可获得良好的瞬态性能;在母线电压偏差较小时,采用PI控制器,可获得良好的稳态性能。通过仿真以及实验证明,相对于PI控制和模糊控制,模糊-PI双模控制器集模糊控制与PI控制优点于一身,不仅提高了系统的动态响应性能,同时也能有效抑制直流母线电压较大的波动和冲击,增强系统的鲁棒性。