【摘 要】
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实现我国能源转型,完成碳达峰、碳中和的远景目标,低压直流微电网作为新一代低碳高效的能源体系,引起社会广泛重视。直流微电网中各单元通过电力电子变换装置连接到直流母线,与传统电网相比,电力电子装置缺乏旋转惯性和阻尼特性,因此直流微电网具有低惯性弱阻尼特性。在直流微电网的控制中增加虚拟惯性调节,能够提升直流微电网的惯性阻尼特性,保证其安全平稳运行。本文以低压直流微电网中储能接口双向DC/DC变换器作为研
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目:直流微电网虚拟机协同自律控制最小禁止区稳定性研究（52077176）； 国家自然科学基金面上项目:多能激励直流微网群落能量交互机理与协同自律控制研究（51877175）； 陕西省重点研发计划:含新型复合储能的智能微型电网群落协调控制研究（2017ZDXM-GY-003）；
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实现我国能源转型,完成碳达峰、碳中和的远景目标,低压直流微电网作为新一代低碳高效的能源体系,引起社会广泛重视。直流微电网中各单元通过电力电子变换装置连接到直流母线,与传统电网相比,电力电子装置缺乏旋转惯性和阻尼特性,因此直流微电网具有低惯性弱阻尼特性。在直流微电网的控制中增加虚拟惯性调节,能够提升直流微电网的惯性阻尼特性,保证其安全平稳运行。本文以低压直流微电网中储能接口双向DC/DC变换器作为研究对象,对其控制策略展开了深入研究,具体内容如下:第一部分,针对传统虚拟直流电机（Virtual DC Machine,VDCM）控制策略没有考虑直流电机转速动态调节问题,提出一种模拟直流电机动态调速的双向DC/DC变换器VDCMP-U下垂控制策略。对直流电机与双向DC/DC变换器在数学模型和控制策略上进行联系等效与差异剖析,模拟直流电机定转子绕组间的电磁感应作用,将直流电机动态数学模型嵌入到P-U下垂控制中,使其兼备电压动态调节能力和惯性阻尼特性。仿真和实验对改进前后作用效果进行对比,表明该控制策略能够提升直流微电网的动态调节能力,增强惯性调节和阻尼效果,但下垂控制的存在会产生稳态误差。第二部分,针对所提考虑动态调节的VDCM P-U下垂控制能够提升直流微电网动态调节能力但存在稳态误差的问题,在传统内嵌型VDCM控制基础上,提出微分补偿下无功率环VDCM控制策略。该控制策略优化了功率转矩计算过程,并通过微分补偿来平衡阻尼系数增大时阻尼特性增强但稳态误差增大的矛盾,仿真和实验结果表明该控制策略能够进一步减小直流侧功率变化时直流母线电压产生的超调,提高动态特性和稳态精度,但方法采用传统内嵌型VDCM模型,电机模型较为复杂。第三部分,针对所提微分补偿下无功率环VDCM控制策略结构仍较为复杂的情况,在不影响系统动态和稳态性能的基础上,类比双向DC/DC变换器的电流分配方程和直流电机的转矩方程,得到能够提升惯性与阻尼的改进电流分配方程,并针对下垂控制引起稳态误差的问题,在U-1下垂控制中引入积分环节,提出无功率环简化VDCM控制策略。最后,通过仿真和试验结果表明该控制策略能够增强直流微电网的惯性特性,消除直流母线电压稳态误差。
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