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摘 要

本文介绍了微电网的概念，总结了目前直流微电网的发展状况。然后以光伏直流微电网为例，介绍了光伏直流微电网的基本结构，对微电网内每一个模块都进行了分析：介绍了通过电导增量法实现了对光伏电池在的最大功率点跟踪控制；建立蓄电池的等效模型，通过对双向DC/DC变流器的控制实现对蓄电池的充放电控制；介绍了双向DC/AC变换器控制方式，在并网运行时，通过对双向DC/AC变换器的恒功率控制维持直流母线电压稳定。本文还研究了直流微电网运行主从控制方式，以蓄电池作为主控单元，通过控制蓄电池的充放电维持母线电压稳定，同时保证直流微电网在孤岛与并网模式切换之时系统的平衡，最后，通过对在MATLAB /Simulink中进行仿真验证了文中控制策略的正确性。

关键字：直流微电网 光伏发电 MPPT 双向DC/DC变换器 主从控制

Stable control strategies for DC microgrids

Abstract

This paper introduces the concept of micro grid and summarizes the development of DC micro grid. Then, in MATLAB /Simulink software, the structure model of DC micro-grid is constructed with photovoltaic cells as distributed power source, including energy storage device, constant power load and current converter. On this basis, the maximum power point tracking based on the incremental conductance method is realized by modeling the photovoltaic cell. The battery model is established to control the charge and discharge of the battery by controlling the DC/DC converter. This paper introduces the control method of bi-directional DC/AC converter, and maintains the voltage stability of DC bus through constant power control of bi-directional DC/AC converter during the operation of grid-connected network. This paper also studied the dc micro power grid operation control mode, the control of the whole system using the master-slave control mode, the battery as the main control unit, through to the battery charge and discharge control achieved within the micro grid power balance. Finally, the simulation experiment in MATLAB/Simulink is carried out to verify the correctness of the control strategy.

Key words: DC micro-grid; Photovoltaic power generation; MPPT; DC/DC converter; Master-slave control

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1分布式发电介绍 1

1.2微电网 1

1.2.1国外微电网的研究现状 2

1.2.2国内微电网的研究现状 3

1.3直流微电网 4

1.3.1 直流微电网的结构特征 4

1.3.2直流微电网的应用前景 4

第二章 直流微电网的结构分析 6

2.1光伏发电直流微电网拓扑结构 6

2.2光伏电池 6

2.2.1 光伏电池数学模型 6

2.2.2光伏电池的输出特性 9

2.2.3光伏电源最大功率点跟踪（MPPT） 10

2.2.4最大功率点跟踪实现 10

2.2.5 MTTP仿真分析 13

2.3蓄电池建模分析 13

2.4双向DC/DC变换器 15

2.4.1双向DC\DC变换器数学模型 15

2.4.2蓄电池充电控制 16

2.4.3蓄电池放电控制 17

2.4.4 双向DC/DC变换器控制的仿真 18

2.5双向DC/AC变换器 18

2.5.1双向DC/AC变流器的数学结构模型 19

2.5.2双向DC/AC变流器的控制方法 20

2.5.3 双向DC/AC变流器的控制算法仿真 22

第三章 直流微电网的稳定运行控制 23

3.1主从控制模式 23

3.2蓄电池的能量协调管理 23

3.3直流微电网的建模仿真分析 24

3.3.1并网运行仿真 24

3.3.2并网与孤岛转换仿真 26

3.3.3孤岛运行仿真 27

第四章 结语与展望 29

参考文献 30

致 谢 33

绪论

分布式发电介绍

随着国民经济的快速增长，工业体系的不断发展，当今社会对能源的需求也越来越大。在现代电力行业中，火力发电仍然占据主导地位，需要消耗大量煤，石油，天然气的不可再生资源。大量燃烧化石燃料所引起的环境问题是我们不得不面对的难题。并且随着电网规模日趋庞大，结构越渐复杂，其中所暴露出来的建设成本高，控制难度大等缺点，也给电网的规划运行带来了难题。于是，分布式发电(Distributed Generation, DG)^[1-2]走入了我们的视线。

与传统发电方式相比，分布式发电有很多优点^[3]。首先，分布式发电规模小，投资较低，分布范围广，安装十分灵活。并且与负荷距离较近，电力调度方便。分布式发电对能源的利用效率高，污染低，对环境的危害要远低于传统发电。分布式可以与大电网互为备用，可以更加高效的利用自然资源，使供电可靠性得以改善。不过，由于分布式电源的不确定性，间歇性等问题^[4]，若直接接入电网，势必会对整个电网的稳定性带来冲击。为了解决这个问题，更加高效的利用分布式能源，微电网^[5]的概念便由此产生。

1.2微电网

传统发电方式通过发输配电的方式将发电厂发出的电力输送到配电网中，再通过配电装置将电力输送到用户侧，其规模通常能够十分庞大，结构也比较复杂。与传统交流电网相比，微电网体积小，结构简单，运行调度也方便。

微电网（Micro-Grid）的概念最早是在2002年由美国CERTS协会^[6]提出，微电网是完整的可以独立运行的小型电力系统。系统中包括有分布式电源，储能设备，能量转换装置，负载以及与其配套的控制管理系统与保护系统等^[7]。

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