基于非线性非仿射模型的直流微电网电压控制方法

提出了由光伏、储能、恒电阻负载和恒功率负载组成的直流微电网新型电压调节和最大功率点跟踪控制方法。该方法建立了具有非仿射输入的多输入多输出非线性直流微电网系统的动态模型。在此非线性动态模型的基础上,利用输出调节理论设计了局部状态反馈控制器,通过调节电压来规定设定值,使光伏功率输出达到最大。利用无源系统理论和李雅普诺夫稳定性理论研究了非仿射系统的全局设定点调节问题。在光照和负载同时发生变化的情况下,通过仿真验证了所提控制方案的有效性。     

基于深度学习的恒功率负荷直流微电网稳定性分析

针对恒功率负荷(CPL)因负阻抗特性导致直流微电网母线电压失稳的问题，从限制CPL取值范围出发，引入深度学习算法分析系统的稳定性。首先，通过采用直流微电网机理模型仿真，建立初始数据库；然后，对数据库进行预处理，在此基础上，利用最大信息系数进行相关性分析，得到系统参数与CPL临界值之间的相关性强弱信息，并实现输入特征降维；接着，采用自定义损失函数与量化预测性能等方法设计适用于CPL临界值预测的深度学习策略。最后，针对不同场景的直流微电网进行仿真测试，并通过硬件在环实验验证所提深度学习策略的有效性和优越性。     

基于精确反馈线性化的直流微电网恒功率负载系统NTSMC稳定性研究

针对带有恒功率负荷CPL(constant power load)的直流微电网系统易引起系统振荡的问题,提出一种基于精确反馈线性化的非奇异终端滑模控制NTSMC(non-singular terminal sliding-mode control)策略。首先,采用状态反馈精确线性化技术,建立变换器系统线性化模型;然后,设计基于复合滑模面的NTSMC,以实现系统快速收敛并有效削弱传统滑模的抖振问题,确保负载恒定功率供应;最后,建立Matlab/Simulink仿真模型。仿真结果表明,对于带CPL的直流微电网系统,所设计的基于精确反馈线性化的复合滑模面NTSMC系统具有较高的鲁棒性,可保证系统在输入电压摄动及负载出现扰动时有理想的稳态特性和动态响应。     

基于反馈线性化的直流微电网全局稳定方法

建立直流微电网的数学模型,分析得出直流微电网的小信号稳定区域。为扩大直流微电网的稳定区域,提出反馈线性化的直流微电网稳定方法。应用Lyapunov稳定性理论,通过非线性反馈控制,克服直流微电网中恒功率负载的非线性影响,使得整个系统线性化,并确保系统全局稳定。仿真实验结果验证了所提方法的可行性和有效性。     

直流微电网集群的大信号稳定性分析

直流微电网集群通常由多个直流微电网互联而成，通过灵活的功率流动控制实现区域能源共享和优化利用，以充分发挥直流分布式发电系统的优势。然而，小规模直流微电网具有低惯性和高阻抗的“弱电网”特性，“弱-弱”互联会降低集群系统的阻尼，甚至出现振荡或系统崩溃等严重后果。同时，直流微电网集群的高阶、强耦合以及非线性动态特性也对其稳定性分析带来了巨大挑战。为此，基于Brayton-Moser混合势理论，提出针对直流微电网集群的大信号稳定性分析方法。建立集群的大信号降阶模型，详细推导用于系统大信号稳定性判据的混合势函数，并分析关键参数对稳定区间的影响，最后通过实时仿真结果验证了该分析的正确性。     

孤岛交直流混合微电网群分层协调控制

针对孤岛运行的交直流混合微电网群提出分层协调控制策略。首先设计分布式发电单元(DPDG)与储能单元底层控制,自适应调节交流子网频率与直流子网电压,保证各交、直流子网的独立稳定运行。同时考虑到直流子网中恒功率负荷(CPL)的影响,进一步对各DPDG单元设计P-V~2改进下垂控制,减小传统下垂控制产生的直流母线电压偏差。进而考虑各储能单元充放电能力不同,设计基于荷电状态(SOC)的动态一致均衡控制,确保储能子网协调优化运行。然后基于直流子网电压和交流子网频率信号,构造功率自治级、功率互济级和储能平衡级三级控制切换策略,实现子网间功率互助并减少系统的功率损耗。最后基于Matlab/Simulink搭建了混合微电网群仿真模型对所提控制策略进行了验证。     

独立直流微电网中燃料电池与超级电容的功率协调控制

针对独立直流微电网的功率协调控制问题,提出了一种无源控制PBC(Passivity-Based Control)与PI控制级联的PBC-PI控制策略。建立了系统的端口受控哈密顿PCH(Port-Controlled Hamiltonian)模型,设计了系统的PBC控制器。考虑到系统参数扰动等原因,PBC控制器会在直流母线电压上产生稳态误差,为了消除这一稳态误差,改善闭环系统对于参数扰动的鲁棒性,设计了外环PI控制器调节直流母线电压。仿真结果表明,PBC-PI控制策略可合理调节微电网的功率平衡,稳定直流母线电压;并改善闭环系统对于参数扰动的鲁棒性。     

基于机器学习的带被动阻尼直流微电网系统的稳定性检测

直流微电网中恒功率负荷（CPL）具有负阻尼特性,该特性会降低系统稳定性。为此,通过在滤波器上添加被动阻尼来增强直流微电网系统的稳定性,并提出一种基于机器学习的方法来检测带被动阻尼直流微电网系统的稳定性。首先,建立带被动阻尼直流微电网系统的小信号模型,以此来确定影响系统稳定性的参数。其次,以所选系统参数为变量建立仿真场景,以此来获取用于机器学习算法训练的数据集。再次,提出一种基于轻量型梯度提升机（LGBM）的直流微电网稳定性检测模型,并采用沙普利加解释法（SHAP）分析所选参数对LGBM预测结果和直流微电网系统稳定性的影响。最后,通过仿真和硬件在环实验验证所提方法的有效性和优越性。     

带恒功率负荷的直流微电网母线电压稳定控制策略

呈现负阻尼特性的恒功率负荷与分布式电源接入变换器级联容易导致系统出现振荡,给直流微电网稳定运行带来隐患。通过建立带恒功率负荷变换器在平衡点的小信号模型,推导变换器占空比与母线电压的传递函数,并从理论上分析传统PI控制器不能提高系统稳定性的原因,进而提出一种提高直流微电网母线电压稳定性的新型控制策略。通过绘制闭环系统的根轨迹图,分析控制器各参数的变化对系统稳定性的影响。以两源两负荷的直流微电网为例,建立MATLAB/Simulink仿真模型,仿真结果表明孤岛和并网运行下采用所提控制策略均可以保证直流微电网稳定运行。     

基于坐标旋转虚拟阻抗的微电网控制与性能分析

微电网中系统阻抗不平衡和复阻抗特性、电源和负载位置复杂性等因素严重影响了系统功率分配的准确性、稳定性和动态性能。提出了基于坐标旋转虚拟阻抗的孤岛微电网控制策略,采用坐标旋转虚拟阻抗闭环改善微电网的阻抗特性,基于电压幅值和频率下垂控制实现系统功率分配,带前馈补偿的电压外环控制和电流内环控制保证了系统的稳态和暂态性能。建立了完整的微电网小信号动态模型,并在此基础上分析了坐标旋转虚拟阻抗对整个微电网性能的影响。算例仿真验证了小信号动态建模分析的准确性,证明了该方法能够改进功率解耦和分配的准确性,提高微电网控制的稳定性和动态性能。     

基于虚拟直流机的直流微电网电压稳定控制策略

针对大量恒功率负荷接入直流微电网致使直流微电网失稳的问题,提出了一种基于虚拟直流机(VDCM)的直流微电网电压稳定控制策略。控制策略以储能双向DC/DC变流器为研究对象,基于直流电机原理,以电感电流为反馈量在传统下垂控制的基础上引入VDCM环节,增强系统阻尼,降低恒功率负荷对系统稳定性的影响。通过建立所提控制策略下的直流微电网小信号模型,利用阻抗匹配原则分析相关参数变化时系统的稳定性,并将其与传统的VDCM控制策略进行对比。最后,搭建仿真模型和硬件实验平台,验证所提控制策略的有效性。结果表明：所提控制策略使变流器具备了直流电机的惯量和阻尼特性,在提升系统稳定性的同时,也在一定程度上改善了系统动态响应性能,且其控制效果优于传统的VDCM控制策略。     

基于滑模的直流微电网电压稳定方法

直流微电网中含有大量的 Boost变换器等电力电子器件,这些变换器表现为恒功率负载(CPL),具有负阻抗特性,会破坏系统的稳定性.为此提出一种基于滑模的控制方法,用于给 CPL提供稳定的功率和电压,提高系统稳定性.首先介绍了 CPL的负阻抗特性,然后通过雅克比矩阵和特征值分析 CPL引起的系统不稳定性,基于此提出一种滑模面,选取指数趋近率求解控制率,最后通过仿真验证了所提出的控制方法在不同工况下的有效性。     

基于滑模的直流微电网电压稳定方法

直流微电网中含有大量的Boost变换器等电力电子器件,这些变换器表现为恒功率负载(CPL),具有负阻抗特性,会破坏系统的稳定性。为此提出一种基于滑模的控制方法,用于给CPL提供稳定的功率和电压,提高系统稳定性。首先介绍了CPL的负阻抗特性,然后通过雅克比矩阵和特征值分析CPL引起的系统不稳定性,基于此提出一种滑模面,选取指数趋近率求解控制率,最后通过仿真验证了所提出的控制方法在不同工况下的有效性。     

基于附加电量的直流微电网动态稳定控制策略

直流微电网的低惯性问题以及遭受扰动后分布式电源与负荷短时保持功率恒定引入的负阻尼,均会削弱直流电压的动态稳定性.对此深入探讨了直流微电网的动态稳定机理,从电量的角度赋予系统稳定判据物理意义.首先基于直流微电网的伏安特性,分析系统运行点的移动轨迹与稳定运行约束条件.其次,基于直流微电网的状态方程,推导系统的电量模型,分析各端换流器具备的暂态电量对系统稳定运行的影响机理,并结合稳定运行条件,提出基于附加电量的直流微电网的动态稳定裕度及判据.然后,基于直流微电网的动态稳定裕度,通过改进储能侧换流器的电压下垂控制,提出基于附加电量的直流微电网电压动态稳定控制策略,并分析其对直流电压暂态过程的影响.最后,搭建多端直流微电网仿真系统,验证所提电压动态稳定判据的正确性,以及附加电量对直流微电网动态稳定的支持能力.     

含混合储能直流微电网混合势函数建模及稳定性分析

针对含恒功率负荷的混合储能直流微电网大扰动稳定及储能变换器建模问题,在推导混合储能(hybrid energy storage system, HESS)脉宽调制开关网络等效模型基础上,提出了一种基于混合势函数理论的含HESS直流微电网稳定性判据及分析方法。首先,计及HESS充放电特性,将含HESS直流微电网系统的工作状态划分为buck和boost工作模式;接着,分别建立上述两种工作模式下基于脉宽调制开关网络等效模型的直流微电网系统混合势函数模型;最后,应用混合势函数理论第3稳定性定理,分别推导得到buck和boost工作模式下的直流微电网大扰动稳定性判据,并对比基于开关平均模型的系统稳定性判据,提出的稳定性判据推导方法对系统动态行为预测更为准确。仿真验证了所提稳定性分析方法的合理性以及混合势函数判据的先进性。     

基于多组储能动态调节的直流微电网电压稳定控制策略

提出一种基于多组储能动态调节的直流微电网电压稳定控制策略。由于新能源具有波动性并为了提高储能系统的供电可靠性，选择配置一定控制系统的多组储能来控制母线电压稳定。为了避免储能单元过充和过放并降低对通讯的依赖程度，根据储能单元荷电状态（SOC）及最大功率、直流母线电压设计自适应下垂控制自动调节不同储能单元之间的负荷功率分配。此外，设计前馈补偿控制器对下垂控制功率环参考电压进行动态校正以控制母线电压稳定。同时，该控制策略依据直流母线电压自动切换不同变流器工作状态，确保各工况下均有变流器控制直流电压稳定及系统源荷功率平衡。最后，利用Matlab/Simulink搭建仿真模型，结果表明所提出的直流微电网电压稳定控制策略可控制直流微电网稳定运行，各储能单元之间负荷功率可自适应动态分配，并减小了母线电压波动。     

直流微电网的稳定性分析及有源阻尼控制研究

直流微电网中恒功率负荷(constant power load, CPL)表现为负阻尼特性,其大量接入会降低系统阻尼,引起直流母线电压振荡失稳。为此,提出一种虚拟电阻控制策略补偿下垂系数来提高系统稳定裕度。基于所提控制方法,建立直流微电网的小信号模型,分析直流侧电容、负荷功率、下垂系数和电流控制器参数变化对系统稳定性的影响,并对各参数进行灵敏度分析;根据下垂系数灵敏度大这一分析结果,提出虚拟电阻控制策略。再者,对于虚拟电阻在不同源变换器的应用效果,分别从Nyquist曲线图和灵敏度进行定性、定量分析,得出所提控制策略应用到网侧变换器对系统稳定性的提高效果更好。最后,在Matlab/Simulink中建立直流微电网模型进行仿真,仿真结果表明,所提控制策略能有效增强系统阻尼,提高系统稳定性。     

基于鲁棒扰动观测器的直流微电网电压动态补偿控制

针对直流微电网中母线电压控制问题,设计一种基于鲁棒扰动观测器的动态补偿控制策略,完成DC-DC变换器的电压补偿。首先,在直流微电网系统架构的基础上对母线电压波动进行理论分析。其次,建立直流微电网系统的DC-DC变换器状态空间数学模型,得到控制系统的输入输出关系。根据鲁棒双互质分解和尤拉参数化稳定控制器理论,得到基于鲁棒扰动观测器的控制架构,应用模型匹配理论反向补偿电流扰动所产生的输出值。通过线性矩阵不等式(LMI)方法求解电压环补偿控制器,并根据DC-DC变换器的动态结构图设计电流环补偿控制器。半实物仿真结果表明,该架构能够在不改变原系统结构参数的前提下,提升DC-DC变换器的动态性能,抑制负载投切、功率波动以及交流侧负载不平衡等引起的直流母线电压波动,增强系统的鲁棒性。     

基于多组储能动态调节的独立直流微电网协调控制

针对独立运行的直流微电网,提出基于多组储能系统动态调节的协调控制策略。孤岛运行模式下,分布式电源采用最大功率点跟踪(MPPT)控制,并选择配置多组储能来维持母线电压稳定。通过设计带有电压前馈补偿的模糊下垂控制动态调整负荷功率分配,实现不同储能单元荷电状态(SOC)的快速均衡,保证多组储能单元之间的协调运行,并可减小母线电压波动。当储能系统因满充等原因退出运行后,分布式电源由MPPT控制切换为下垂控制,并根据自身的最大功率自动调整负荷功率分配,确保重要负荷正常供电和微电网的安全运行。同时,在分布式电源下垂控制器的功率环节增加前馈补偿控制,减小该模式下母线电压波动。利用MATLAB/Simulink搭建仿真模型,仿真结果表明所提的控制策略可有效减小电压波动并能实现独立直流微电网稳定运行。     

具有直流电机特性的储能接口变换器控制策略

为平抑直流微电网中的功率波动、提升直流母线电压动态稳定性,对储能接口变换器采用具有直流电机特性的直流母线电压稳定控制策略。该方法在双闭环恒压控制基础上加入了虚拟直流电机(VDCM)环节,详细分析其工作机理并进行小信号稳定性分析,建立光储直流微电网仿真及小功率实验平台对加入VDCM前后控制方法的作用进行比较。仿真和实验结果表明,加入VDCM后的控制策略具有直流电机的惯性和阻尼特性,能够有效缓冲和抑制功率波动对直流母线电压的影响,增强直流母线电压的稳定能力。