直流微电网的暂态特性分析及其控制策略研究

With the rapid development of the golbal economy, the energy shortage, the pollution of the environment and the deterioration of the ecology become more and more serious. The DC micro-grid, supported by small-scale distributed generation, draws more attention. However, the research on the DC micro-grid has some critic problem, such as the analyze model and control system design, which should be focused. In this research project, based on the energy equation, the affine nonlinear system model is proposed to analyze the complex dynamic motion of the DC micro-grid under grid-connected mode and isolate island mode, by state-feedback linearization method, the stable and safe operation problem is divided into two parts: the stable control of the DC bus and the dynamic control of the subsystem. The parallel current control algorithm is used in grid-connected problem, while the charge balance control theory is used in the subsystem control, thus the stability and the dynamic performance of the DC micro-grid is guaranteed. This project focus on the new idea and method on the research of the analyze model and control methods. The research results will give a direct theory support and examination support for the application of the DC micro-grid and the development of the renewable resources.

世界经济持续高速的发展，带来了能源短缺等诸多问题。以小容量可再生能源形成的直流微电网引起了广泛地关注，但直流微电网的研究中仍存在诸多关键科学问题，尤其在系统模型和控制系统设计等方面需进行更深入的理论研究。本项目提出，根据直流微电网的能量动态平衡方程，利用仿射非线性系统模型研究直流微电网在并网运行和孤岛运行模式下的复杂动力学行为，运用基于微分几何理论的状态反馈线性化方法实现直流微电网内部系统的解耦控制，将直流微电网的可靠、稳定运行问题分解为直流母线的稳定控制和子系统的动态性能控制两部分，采用并行电流控制算法实现直流微电网的并网运行，而子系统则利用充放电平衡原理设计出动态性能优化控制算法，从稳态精度和动态性能两个方面解决直流微电网所遇到的实际问题。本项目着重探索直流微电网在分析模型和控制方法等研究方面的新思路和新方法，研究结果将对直流微电网技术的推广应用，对可再生能源的开发起到一定的促进作用。

直流微电网能够有效地利用小容量可再生能源，且拥有较高的系统效率。本项目主要研究小型直流微电网的可靠、稳定运行问题，将其分解为直流母线的稳定控制和子系统的动态性能控制两部分。给出了一种基于节点阻抗特性的稳定性分析方法，把系统支路简化为包含虚拟阻抗的诺顿等效电路，进而建立了直流微电网系统的节点导纳模型和导纳矩阵，从而完成了对系统稳定性的判定；对直流微电网系统在并网运行时的控制系统进行设计和研究，给出了基于单周期控制算法的数字控制方案，控制方法简单，抗干扰能力强；结合基于电容充放电平衡控制(Charge Balance Control CBC)以及并行电流模式控制方法，提出直流微电网中的子系统动态性能优化控制算法，与现有方法相比，所提控制算法具有稳定精度高、动态响应快等优点。所取得的研究成果为可再生能源的有效利用提供一定的理论基础和实践基础，有着一定的学术意义。