交直流混合微電網(wǎng)能量管理研究目錄TOC\o"1-3"\h\u6605摘要 III68931.緒論 54231.1課題研究背景及意義 517241.2國內(nèi)外微電網(wǎng)能量管理研究情況 6261461.3交直流混合微電網(wǎng)能量管理研究概論 8278251.4論文主要研究內(nèi)容 8226992.交直流混合微電網(wǎng)能源管理工作及所含系統(tǒng) 1030622.1交直流混合微電網(wǎng)能源管理工作 10270992.2交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成 1042342.2.1直流系統(tǒng) 1193032.2.2交流系統(tǒng) 11139762.3交直流混合微電網(wǎng)電源系統(tǒng) 12100562.3.1光伏發(fā)電系統(tǒng) 1228046260302.3.2蓄電池系統(tǒng) 1383582.4單向DC/DC變換器 14146352.5DC/DC雙向變換器 17145952.6AC/DC雙向變換器 19113173.光伏發(fā)電交直流微電網(wǎng)能量下垂控制策略 23198713.1光伏發(fā)電數(shù)學(xué)模型與仿真 23160843.1.1光伏發(fā)電數(shù)學(xué)模型 23224103.2光伏發(fā)電能量控制 25169833.2.1最大功率點跟蹤 25136523.2.2恒壓控制模式 2629783.2傳統(tǒng)下垂控制 26242153.3蓄電池下垂控制 29309843.4下垂控制改良優(yōu)化 29289213.4.1AC/DC雙向變換器和DC/DC雙向變換器的下垂控制的改良優(yōu)化 29189804.交直流混合微電網(wǎng)仿真 33221854.1搭建光伏發(fā)電交直流混合微電網(wǎng)仿真 33159974.2光伏發(fā)電最大功率點跟蹤控制 33323334.3光伏發(fā)電直流系統(tǒng) 36150154.3光伏發(fā)電交流系統(tǒng) 38115634.4光伏發(fā)電交直流混合微電網(wǎng)仿真結(jié)果分析 41199914.4.1仿真電壓結(jié)果分析 41297835.結(jié)論與展望 44202895.1結(jié)論 44234165.2展望 449640參考文獻(xiàn) 47摘要隨著近年來綠色能源的大力推進(jìn)，為了促進(jìn)綠色能源可以不斷升級需要快速發(fā)展含高滲透率可再生能源微電網(wǎng)技術(shù)。在進(jìn)行高滲透率可再生能源交直流混合微電網(wǎng)組網(wǎng)設(shè)計中，因為輸出功率存在差異性特征以及可能收到外界小擾動的干擾，會破壞高滲透率可再生能源交直流混合微電網(wǎng)的輸出平衡性。這時就需要構(gòu)建高滲透率可再生能源微電網(wǎng)的輸出平衡控制模型，對高滲透率可再生能源交直流混合微電網(wǎng)的輸出平衡進(jìn)行控制。研究含高滲透率可再生能源交直流混合微網(wǎng)能量管理仿真模型，在提高含高滲透率可再生能源微電網(wǎng)的穩(wěn)定性和負(fù)載平衡性方面具有重要意義，相關(guān)的含高滲透率可再生能源交直流混合微電網(wǎng)穩(wěn)定性控制方法研究也是受到人們的極大關(guān)注。針對含高滲透率可再生能源交直流混合微電網(wǎng)存在的功率不穩(wěn)定等問題，利用搭建光伏發(fā)電交直流混合微電網(wǎng)仿真進(jìn)行試驗驗證能量管理控制是否可行。本文光伏發(fā)電交直流混合微網(wǎng)由光伏發(fā)電器，蓄電池，用戶負(fù)載，二次電源組成。AC/DC雙向變換器。DC/DC變換器。通過光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點追蹤法對其進(jìn)行能量控制，保證光伏發(fā)電的利用率，降低輸出波動。對AC/DC雙向變換器和DC/DC變換器進(jìn)行改良下垂控制，通過改良下垂控制保證微電網(wǎng)穩(wěn)定。最后通過對仿真的電壓功率對比和分析，證實光伏發(fā)交直流微電網(wǎng)能量管理的可以正確運(yùn)行。關(guān)鍵詞：交直流混合微電網(wǎng);光伏發(fā)電；雙向AC/DC變換器;DC/DC雙向變換器1.緒論1.1課題研究背景及意義當(dāng)今社會資源消耗巨大，對能源的過度開采過大會破壞環(huán)境，因此為了避免造成不良影響，人們開始開發(fā)利用可以使用新型可再生能源的技術(shù)同時可以提高傳統(tǒng)能源利用率，其中微電網(wǎng)技術(shù)就是當(dāng)前熱門技術(shù)[1]。首先了解微電網(wǎng)系統(tǒng)的組成，一般的微電網(wǎng)系統(tǒng)是由以下幾個部分組成，分布式發(fā)電電源，儲能系統(tǒng)（蓄電池）AC/DC變換器，用戶負(fù)載。微電網(wǎng)系統(tǒng)有著眾多優(yōu)點但是有著能量不穩(wěn)定等問題，所以需要通過微網(wǎng)能量管理控制，確保整個微網(wǎng)的安全穩(wěn)定[2]。微電網(wǎng)可分為直流微電網(wǎng)、交流微電網(wǎng)和交直流混合微電網(wǎng)。其中隨著當(dāng)今社會的發(fā)展交直流負(fù)載種類不斷增加，以及分布式發(fā)電源的不穩(wěn)定性，單一的直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)或者交流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能完全適應(yīng)發(fā)展要求，所以現(xiàn)在應(yīng)發(fā)展交直流混合微電網(wǎng)[2]。交直流混合微電網(wǎng)有著高于直流微電網(wǎng)和交流微電網(wǎng)的能量利用效率和更高的安全性穩(wěn)定性，其通過使用較少的能量轉(zhuǎn)換裝置來滿足不同的交直流負(fù)荷的需要，可以充分考慮分布式發(fā)電儲能系統(tǒng)的輸出特性和負(fù)荷的供電需求[3]。分布式發(fā)電電源十分靠近用戶負(fù)載以及電原產(chǎn)地，微網(wǎng)通過分布式發(fā)電系統(tǒng)可減少能源在傳輸是的損耗，達(dá)到更高的能源利用率，同時因為分布式發(fā)電的建造成本小大大節(jié)約了電網(wǎng)建設(shè)所需費(fèi)用。相較于傳統(tǒng)能源發(fā)電在通過可再生能源進(jìn)行發(fā)電時，會因為可再生能源發(fā)電的不穩(wěn)定性，分布式發(fā)電設(shè)備用于發(fā)電時，其電源輸出可能會出現(xiàn)波動。此時的微電網(wǎng)系統(tǒng)會受到影響導(dǎo)致微電網(wǎng)系統(tǒng)無法穩(wěn)定運(yùn)行[4]。這時就需要進(jìn)行能量管理控制，來保證微網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定?，F(xiàn)在微電網(wǎng)系統(tǒng)可以連接多個分布式電源，這些分布式電源利用像太陽能，風(fēng)能，潮汐能等可再生能源，微電網(wǎng)很難進(jìn)行控制無法完美利用，由此產(chǎn)生大量的能源浪費(fèi)造成不必要的損失。除了受到可再生能源的不穩(wěn)定影響外，地區(qū)因素是一個很大的問題，我國有很多偏遠(yuǎn)地區(qū)和人員稀少地區(qū)，這戲地方擁有大量的能源資源可以利用，在這些地方搭建微電網(wǎng)，會因為地區(qū)地理環(huán)境的惡劣對系統(tǒng)造成影響。為了更好的解決上述問題，研究微電網(wǎng)能量管理是非常重要的。通過微電網(wǎng)能量管理控制高效率的利用可再生能源充分發(fā)揮微電網(wǎng)的優(yōu)勢，同時提高整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性[5]。因為微電網(wǎng)組成成分較多，電源較多用戶負(fù)載變化大，整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的能量傳輸變化較大，可能會出現(xiàn)用戶負(fù)載需求量大但是供電不足等現(xiàn)象。為了提高微電網(wǎng)系統(tǒng)能量傳輸?shù)目煽匦?，通過改善微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)來達(dá)到微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定和自我調(diào)節(jié)。其中穩(wěn)定實現(xiàn)微電網(wǎng)的并網(wǎng)運(yùn)行和孤島運(yùn)行也是研究微電網(wǎng)能量管理的重要課題。通過能量管理控制來保證微電網(wǎng)供電質(zhì)量和能量分布平衡[6]。含高滲透可再生能源的交直流混合微電網(wǎng)有著很多優(yōu)點但同時有著控制困難等問題。除了對微電網(wǎng)的可再生能源發(fā)電電源進(jìn)行能量管理外，對內(nèi)部元器件的控制調(diào)整也可以達(dá)到很好的控制效果。首先就像單一的光伏發(fā)電微電網(wǎng)因為光伏發(fā)電的局限性就可能造成供電不足等問題，在之基礎(chǔ)上增加一個儲能裝置就可以大大改善這一問題。不僅僅是儲能裝置，AC/DC變換器DC/DC變換器的控制管理也是尤為重要的。當(dāng)AC/DC變換器和DC/DC變換器對交直流系統(tǒng)之間的能量轉(zhuǎn)換控制得到優(yōu)化改良是，可以在微電網(wǎng)能量傳輸發(fā)生波動時更好的進(jìn)行控制，以滿足用戶負(fù)載側(cè)的需求和電源的供電的合理分配[7]?，F(xiàn)如今微電網(wǎng)的應(yīng)用已經(jīng)不僅積極局限在工業(yè)上了，在日常生活中微電網(wǎng)系統(tǒng)也是十分普遍的。其中直流微電網(wǎng)和交流微電網(wǎng)的單獨(dú)使用尤為普遍，然而只是單獨(dú)的直流微電網(wǎng)或者交流的微電網(wǎng)在現(xiàn)在越來越復(fù)雜的用電系統(tǒng)中已經(jīng)不能適用了。因為微電網(wǎng)利用的可再生能源的不穩(wěn)定性和局限性還有用戶負(fù)載的變化性，目前來看交直流混合微電網(wǎng)可以更好的適用。通過對交直流混合微電網(wǎng)的能量管理更好的控制來滿足實際的需求[8，9]。1.2國內(nèi)外微電網(wǎng)能量管理研究情況（1）國內(nèi)微電網(wǎng)能量管理研究情況我國幅員遼闊能源資源充沛但是用量過大，造成資源緊張，為了解決這一問題我國的很多地區(qū)已經(jīng)開始落實微電網(wǎng)項目的研究建設(shè)。其中開展微電網(wǎng)能量管理項目是非常重要的。通過微電網(wǎng)能量管理解決偏遠(yuǎn)地區(qū)長期以來的缺電問題，通過利用豐富的太陽光和風(fēng)力等可再生能源的交直流混合微電網(wǎng)解決用電問題，是微電網(wǎng)能量管理得典型代表。近年來我國對微電網(wǎng)的發(fā)展進(jìn)步挺大然而對微電網(wǎng)能量管理方面的研究雖說還沒到世界頂端，但是也已經(jīng)出現(xiàn)了不少成果。因為交直流混合微電可以更好的利用可再生能源，通過交直流混合微電網(wǎng)能量管理可以提高供電可靠性、安全性。因為對能源的依賴性當(dāng)今社會的發(fā)展需要更多的能源，為了增加能源人們不斷發(fā)展和利用可再生能源，目前已經(jīng)逐漸系統(tǒng)化多元化的利用在微電網(wǎng)中。通過微電網(wǎng)對分布式發(fā)電電源的輸出功率和用戶負(fù)載需求的控制，來保證整個微電網(wǎng)的運(yùn)行平衡和電能質(zhì)量。通過對微電網(wǎng)內(nèi)部器件的改良，做到低價格高收益的控制更好的保證微電網(wǎng)的可靠性。[10]。下列文獻(xiàn)列舉部分了我國對微電網(wǎng)能量管理的研究文獻(xiàn)[11]通過研究分析多能互補(bǔ)的交直流混合微電網(wǎng)技術(shù)，不斷利用利用交直流混合微電網(wǎng)不同的的運(yùn)行模式和花樣百出的控制方法，對微網(wǎng)的能量控制提出新穎的了改進(jìn)方案。同時研究不同微電網(wǎng)在不同環(huán)境下的運(yùn)行狀態(tài)和費(fèi)用支出，也對其進(jìn)行了優(yōu)化處理。通過這些控制技術(shù)不斷優(yōu)化能量管理系統(tǒng)。文獻(xiàn)[12]通過分析不同的分段式電源電壓下垂控制對微電網(wǎng)進(jìn)行能量管理。通過對蓄電池和光伏發(fā)電的工作原理以及特性進(jìn)行分析，同時搭建光伏發(fā)電微電網(wǎng)仿真。依據(jù)仿真結(jié)果證明分段式下垂控制可以有效控制微電網(wǎng)能量管理的成功。文獻(xiàn)[13]提出了對微電網(wǎng)系統(tǒng)中儲能系統(tǒng)的蓄電池進(jìn)行優(yōu)化改良來達(dá)到微電網(wǎng)能量管理，保證系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。對蓄電池的充放電系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改良，同時增大蓄電池容量，在微電網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)定時可以及時進(jìn)行供電。文獻(xiàn)[14]針對交直流混合微電網(wǎng)的孤網(wǎng)運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行之間的切換進(jìn)行研究，通過光伏電池和蓄電池在孤島模式下以及并網(wǎng)模式下的運(yùn)行模式進(jìn)行優(yōu)化從而使兩種運(yùn)行模式更加穩(wěn)定切換更加自如。同時另一方面通過對光伏電池的最大功率點追蹤對光伏電池進(jìn)行分析，利用孤島運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行的能量管理來保證整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性。文獻(xiàn)[15]為了實現(xiàn)對微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)投資環(huán)境保護(hù)以及建造成本的能量管理優(yōu)化控制，通過直流微電網(wǎng)的粒子群算法的優(yōu)化來進(jìn)行控制。通過對多時間內(nèi)的微電網(wǎng)優(yōu)化研究和結(jié)果對比分析，證明其對粒子群算法優(yōu)化的能量管理的可行性。（2）國外微電網(wǎng)能量管理研究情況首先近年來隨著科技的發(fā)展和對能源的更多需求，越來越多的地區(qū)開始發(fā)展微電網(wǎng)這種能源利用率高，污染小，可靠性高的技術(shù)。美國和歐洲地區(qū)是較早進(jìn)行微電網(wǎng)研究的因此在方面一直處于世界領(lǐng)先地位,不僅僅是微電網(wǎng)的搭建和利用，因為微電網(wǎng)技術(shù)可能受可再生能源不穩(wěn)定的影響，會出現(xiàn)產(chǎn)能不協(xié)調(diào)的問題因此發(fā)展微電網(wǎng)能量來解決微電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)換和調(diào)控協(xié)調(diào)問題。微電網(wǎng)能夠幫助地區(qū)解決電力供應(yīng)和電力彈性等問題，尤其是在非洲地區(qū)那里資源發(fā)展能力差，急需微電網(wǎng)技術(shù)，不僅是非洲，像澳大利亞南亞等地區(qū)已經(jīng)開始了對微電網(wǎng)技術(shù)的項目落實據(jù)統(tǒng)計，到目前為止，很多非洲國家島國已經(jīng)進(jìn)行了微電網(wǎng)項目的落實共有通過含高滲透率的可再生能源交直流混合微電網(wǎng)，提高了能源的利用率，降低了建造成本。下列文獻(xiàn)列舉了部分外國對微電網(wǎng)能量管理的研究方案。文獻(xiàn)[16]一方面通過對微電網(wǎng)內(nèi)部輸出電源的有功功率進(jìn)行優(yōu)化控制達(dá)到微電網(wǎng)的能量管理。另一方面對微電網(wǎng)中的輸出頻率信號進(jìn)行有效的控制優(yōu)化分析，通過穩(wěn)定頻率信號達(dá)到控制能源功率的控制。文獻(xiàn)[17]通過用戶負(fù)載需求的優(yōu)化調(diào)控對微電網(wǎng)進(jìn)行能量管理。用戶負(fù)載的需求是十分多變的，光伏發(fā)電可能無法適應(yīng)其變化，因此搭建光伏風(fēng)力直流微電網(wǎng)的仿真，通過對用戶負(fù)載側(cè)的分析利用對直流母線的電壓控制進(jìn)行微電網(wǎng)的能量管理優(yōu)化，通過仿真結(jié)果進(jìn)行分析對比證明其方法的可行性。文獻(xiàn)[18]通過對李雅普諾夫函數(shù)控制的研究，利用微電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)和儲能裝置的調(diào)整優(yōu)化來實現(xiàn)微電網(wǎng)能量管理保證微電網(wǎng)的穩(wěn)定性。通過對微電網(wǎng)的仿真分析其優(yōu)化控制方法的可行性。文獻(xiàn)[19]通過對微電網(wǎng)中光伏發(fā)電的不穩(wěn)定輸出進(jìn)行優(yōu)化控制管理。通過最高大功率追蹤法對光伏發(fā)電源進(jìn)行檢測通過對其控制進(jìn)行仿真。對仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析對光伏發(fā)電源的控制可以達(dá)到微電網(wǎng)能量控制的優(yōu)化，保證微電網(wǎng)輸出能源的穩(wěn)定文獻(xiàn)[20]通過對粒子群優(yōu)化和物理優(yōu)化的方式對交直流混合微電網(wǎng)進(jìn)行能量管理研究。通過對輸出電壓和輸出頻率的分析優(yōu)化來使微電網(wǎng)的有功功率無功功率的轉(zhuǎn)變穩(wěn)定化來達(dá)到能量控制管理。1.3交直流混合微電網(wǎng)能量管理研究概論相對于直流微電網(wǎng)和交流微電網(wǎng)，交流混合微電網(wǎng)同時包含這兩個系統(tǒng)，即擁有它們的優(yōu)點同時相對的減少了直流微電網(wǎng)和交流微電網(wǎng)的缺點。尤其是隨著交直流混合微電網(wǎng)的不斷優(yōu)化，其重要性和應(yīng)用性將會飛速增長。交直流混合微電網(wǎng)通過變換器和和部分系統(tǒng)的合作，在微電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生波動甚至損害時可以及時的做出調(diào)整和應(yīng)急措施。其中能量輸出波動和用戶負(fù)載電壓不夠是常見性問題，為了更好的實現(xiàn)微電網(wǎng)的自我保護(hù)和自我調(diào)整，需要大力發(fā)展微電網(wǎng)的能量管理技術(shù)。微電網(wǎng)技術(shù)的成本小能源利用率高搭建簡單等優(yōu)點使得全世界范圍內(nèi)出現(xiàn)了大力發(fā)展微電網(wǎng)技術(shù)的熱潮。直流微電網(wǎng)，交流微電網(wǎng)交直流混合微電網(wǎng)的應(yīng)用在飛速發(fā)展。除了對微電網(wǎng)技術(shù)硬件材料的研究外，對微電網(wǎng)的能量管理研究也是十分重要的。我國在交直流混合微電網(wǎng)能量管理方面的研究還是相對外國較弱，但是也逐漸形成合理的研究體系。1.4論文主要研究內(nèi)容本文主要是對含高滲透率可再生能源交直流混合微電網(wǎng)的能量管理與仿真進(jìn)行研究，找到較好的能量控制方法，來提高該交直流混合微電網(wǎng)的工作效率。首先，前期進(jìn)行搜集相關(guān)資料及文獻(xiàn)的工作，深入了解含高滲透率的可再生能源交直流混合微電網(wǎng)能量控制所面臨的問題，然后介紹了含高滲透率可再生能源交直流混合微電網(wǎng)的背景意義和各問題的研究現(xiàn)狀，之后對含高滲透率可再生能源交直流混合微電網(wǎng)的能量管理進(jìn)行分析，并說明了我國含高滲透率可再生能源交直流混合微電網(wǎng)的能量管理技術(shù)的建議。由于微電網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，我們需要維持微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定和能源輸出分配合理用以及滿足戶負(fù)載需求做出合理的控制管理。這就需要我們對交直流混合微電網(wǎng)能量管理進(jìn)行研究討論。本文通過搭建一個光伏發(fā)電的交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)，利用光伏發(fā)電作為能量來源。通過儲能系統(tǒng)蓄電池和二次能源進(jìn)行輔助配電，在光伏發(fā)電輸出能量無法滿足用戶負(fù)載需求是進(jìn)供電。同時對微電網(wǎng)系統(tǒng)中的AC/DC變換器DC/DC變換器進(jìn)行優(yōu)化分析。本文主要有以下幾個章節(jié):第一章介紹含高滲透率的可再生能源能量管理的研究背景和研究意義。分析了國內(nèi)外對交直流混合微電網(wǎng)能量管理研究情況，確定了本文的研究方向。第二章闡明交直流混合微電網(wǎng)能量管理的工作。分析交直流混合微電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。其中包括直流系統(tǒng)、交流系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、蓄電池系統(tǒng)，單向DC/DC變換器、DC/DC雙向變換器、AC/DC雙向變換器。第三章研究光伏發(fā)電交直流微電網(wǎng)能連下垂控制策略，對通過對光伏發(fā)電的數(shù)學(xué)模型和仿真，通過增量電導(dǎo)法跟蹤光伏電池的最大功率點對光伏發(fā)電進(jìn)行能量管理，采用下垂控制策略研究傳統(tǒng)的下垂控制和電池下垂控制。對單向DC/DC變換器和雙向DC/DC變換器以及雙向AC/DC變換器進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工作分析研究改進(jìn)下垂控制方案。第四章在Matlab中搭建了光伏發(fā)電交直流混合微電微電網(wǎng)的仿真模型。對交直流混合微電網(wǎng)中的光伏發(fā)電系統(tǒng)，直流系統(tǒng)交流系統(tǒng)進(jìn)行能量管理控制仿真，通過對光伏發(fā)電最大功率點跟蹤控制和對交直流混合微電網(wǎng)中的直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)的分析。最后通過整個光伏發(fā)電交直流混合微網(wǎng)仿真中的光伏發(fā)電蓄電池和用戶負(fù)載能量變化圖的對比分析驗證其能量管理的可行性。第五章對整篇文章的內(nèi)容進(jìn)行分析總結(jié)，提出自己對交直流混合微電網(wǎng)能量管理研究的不足之處和對其未來發(fā)展的期望。

2.交直流混合微電網(wǎng)能源管理工作及所含系統(tǒng)2.1交直流混合微電網(wǎng)能源管理工作微電網(wǎng)能量管理在微電網(wǎng)系統(tǒng)中要保證其功率的穩(wěn)定性，同時要保證分布式發(fā)電與微網(wǎng)還有用戶需求側(cè)之間功率交換的穩(wěn)定。通過能量管理，達(dá)到對變換器的合理控制，在不損耗大量能源的前提下讓整個微電網(wǎng)達(dá)到最高的能源利用率[21]。這是微電網(wǎng)管理的主要工作。微電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)需要在可再生能源不穩(wěn)定的所造成的供電不穩(wěn)定情況下滿足整個微網(wǎng)的供電需求的穩(wěn)定[22]。通過對微電網(wǎng)能量管理的不斷研究已經(jīng)取得了不錯的研究成果，盡管是剛剛起步，但還是逐漸形成了體系。其中現(xiàn)在出現(xiàn)了的微電網(wǎng)能量管理研究大多是對微電網(wǎng)內(nèi)部元件的優(yōu)化研究[23.24]。然而在微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)的研究中，針對微電網(wǎng)內(nèi)各個單元協(xié)調(diào)控制策略的相關(guān)研究較少。微電網(wǎng)的抵抗外界干擾能力較弱，是因為可再生能源的隨機(jī)性和波動性所造成的輸出波動，還有用戶需求側(cè)的電壓變化。因此為了解決微電網(wǎng)的這種不穩(wěn)定性設(shè)計合理的能量管理策略非常重要。為了實現(xiàn)平衡微電網(wǎng)中的輸出功率，以及提高其能源利用率快速發(fā)展微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)是非常重要的。同時交直流混合微電網(wǎng)的交流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)之間的能源交換穩(wěn)定也需要能量管理系統(tǒng)的控制[25]。2.2交直流混合微電網(wǎng)系的統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成與分析圖2-1交直流混合微電網(wǎng)大多交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)架如圖2-1所示。首先光伏發(fā)電陣列通過單向DC/DC變換器與直流母線相連。蓄電池通過雙向DC/DC變換器與直流母線相連，對蓄電池進(jìn)行充放電。直流負(fù)載直接直流母線連接，直流母線與交流母線通過AC/DC雙向交直流變換器連接。通過并網(wǎng)點的斷開與連接交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)入孤島運(yùn)行狀態(tài)和并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能通過DC/DC變換器進(jìn)入直流母線，蓄電池通過DC/DC雙向變換器接入直流母線，風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過AC/DC變換器接入直流母線。二次電源之就與直流母線連接。正常情況下系統(tǒng)通過光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行供電，但當(dāng)用戶負(fù)載需求量增大到光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出點亮無法滿足時，蓄電池和二次電源對系統(tǒng)供電。2.2.1直流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析直流系統(tǒng)包括光伏發(fā)電器，蓄電池，二次電源。(1)光伏發(fā)電器光伏發(fā)電通過太陽能進(jìn)行發(fā)電工作產(chǎn)生直流電壓，直接通過直流母線進(jìn)入電網(wǎng)。(2)蓄電池光伏發(fā)電等可再生能源有較大的波動性和局限性，其產(chǎn)生的輸出能源波動會影響整個微電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定。而蓄電池進(jìn)行供電不會出現(xiàn)較大波動，當(dāng)光伏發(fā)電供電不穩(wěn)定或用戶負(fù)載需求量遠(yuǎn)超于光伏發(fā)電輸出的電量時就需要增加蓄電池進(jìn)行供電，來滿足用戶負(fù)載需求，維持微電網(wǎng)能量穩(wěn)定。(3)二次電源是整個光伏發(fā)電交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)中的最后供電保障，平時不進(jìn)行放電，當(dāng)光伏發(fā)電和蓄電池發(fā)電所提供的電量仍舊不能滿足用戶負(fù)載需求時進(jìn)行緊急供電。2.2.2交流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析(1)用戶負(fù)載整個光伏發(fā)電交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)中的用電部分，通過微電網(wǎng)中的光伏發(fā)電和蓄電池等發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行供電，滿足日常生活所需點電量。通過并網(wǎng)點連入微電網(wǎng)，可通過并網(wǎng)點的斷開連接進(jìn)行狀態(tài)切換。(2)小型發(fā)電機(jī)當(dāng)長時間進(jìn)行孤島狀態(tài)運(yùn)行，光伏發(fā)電和蓄電池的供電量可能依舊不夠，這時就需要小型發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電。2.3交直流混合微電網(wǎng)電源系統(tǒng)2.3.1光伏發(fā)電系統(tǒng)(1)光伏發(fā)電工作原理經(jīng)過多年的發(fā)展我國的光伏發(fā)電技術(shù)已經(jīng)相對成熟和普及，到處都能可以看到光伏發(fā)電的身影，同時在微電網(wǎng)中光伏發(fā)電也是非常重要的組成部分。首先太陽能發(fā)電可以通過光伏發(fā)電和光熱發(fā)電，收到光照強(qiáng)度和光照溫度的影響。其中光伏電池是光伏發(fā)電的重要器件，光伏電池通過太陽的照射利用自身PN結(jié)的特性產(chǎn)生空穴電子，通過電子的移動將光能轉(zhuǎn)換為電能。這就是光伏發(fā)電的原理，可以很好的利用太陽能這種量大污染小的可再生能源。圖2-2光伏發(fā)電原理圖在交直流混合微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，光伏發(fā)電系統(tǒng)是非常重要的組成部分，一般用于發(fā)電提供充足的輸出電壓。其中光伏發(fā)電器在直流微電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)中是可以直接連入直流母線從而進(jìn)行供電的，因為可以不需要經(jīng)過變換器這樣既可以使微電網(wǎng)搭建變得簡單還可以節(jié)約成本。但是微電網(wǎng)會受到光伏發(fā)電本身的不穩(wěn)定性局限性的影響，所以在交直流混合微電網(wǎng)中需要通過DC/DC變換器才能連入直流母線，這樣就可以通過DC/DC變換器進(jìn)行控制，保證輸出功率的穩(wěn)定。(2)光伏發(fā)電控制因為在光伏發(fā)電交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)中主要的供電輸出來自光伏發(fā)電系統(tǒng)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量輸出產(chǎn)生的波動會對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。最好的辦法就保證光伏發(fā)電系統(tǒng)可以在任何光照條件下都能達(dá)到此時的最大輸出功率，盡可能的保證發(fā)電的穩(wěn)定性和電量充足。為了減少因為光伏發(fā)電輸出功率的波動影響，需要對光伏發(fā)電進(jìn)行能量控制，從而保證微電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。因為光伏發(fā)電在不同的光照強(qiáng)度和光照溫度下會出現(xiàn)波動，通過圖2-3可知，在不同光照強(qiáng)度下當(dāng)輸出電壓達(dá)到一定數(shù)值時，其輸出功率將會達(dá)到此時最大值，那就是最大功率點，且最大功率點有且只有一個，而這最大功率點只會隨著不同的光照溫度進(jìn)行改變。如果讓光伏發(fā)電器始終保持在最大功率點處，將會最大程度的利用太陽能，減少能源浪費(fèi)。圖2-3在不同光照條件下電壓與功率的輸出特性那么該如何讓光伏發(fā)電輸出電壓一直保持在最大功率點上，下面介紹幾種最大功率點的檢測方法。(1)恒定電壓法。根據(jù)圖2-3，在不一樣的光照條件下最大功率點的輸出電壓其實都相差不多，只要將輸出電壓控制在這一周圍，光伏發(fā)電的輸出功率就會極大程度接近最大功率點。根據(jù)實驗表明其這一特殊輸出電壓大約為0.78倍的開路電壓，所以將輸出電壓控制在這范圍內(nèi)，就可以基本保持在最大功率點。但是這種方法精準(zhǔn)度較低。(2)電導(dǎo)增量法。為了在不同光照條件下能更加準(zhǔn)確的判斷最大功率點的所在位置，對光伏發(fā)電的電壓求導(dǎo)，獲得功率變化量。當(dāng)其大于0時說明功率變化為正，輸出電壓增大功率增大，當(dāng)小于0時則功率變化為負(fù)，輸出電壓增大功率減少，當(dāng)?shù)扔?時為最大功率點。電導(dǎo)增量法的優(yōu)點就是準(zhǔn)確度高，可以正確找到最大功率點。通過對比分析本文選用電導(dǎo)增量法來尋找最大功率點。2.3.2蓄電池系統(tǒng)因為微電網(wǎng)系統(tǒng)受可再生能源的發(fā)電系統(tǒng)影響，極易造成供電不穩(wěn)定，此時蓄電池系統(tǒng)可以及時進(jìn)行供電，所以蓄電池系統(tǒng)在微電網(wǎng)中尤為重要。蓄電池是一種非常重要的儲能裝置，可以再主要分布式電源功能不足時對微電網(wǎng)進(jìn)行供電。其中通過制造材料的不同，蓄電池可以分為很多種類，其中鉛酸電池和鋰電池應(yīng)用及其廣泛，因為這種蓄電池制作成本低，且技術(shù)成熟。在交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)中有許多發(fā)電電源，大多都是利用可再生能源進(jìn)行供電，所以在一些特定情況下像是陰天，無風(fēng)這種情況，供電系統(tǒng)很有可能無法供電或者供電不足，此時依靠蓄電池系統(tǒng)對用戶負(fù)載進(jìn)行供電。當(dāng)然在其他供電系統(tǒng)發(fā)電充足的情況下可以進(jìn)行充電儲存多余沒利用上的能量。2.4單向DC/DC變換器在交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)中光伏發(fā)電產(chǎn)生的輸出電壓是需要經(jīng)過DC/DC變換器進(jìn)行調(diào)節(jié)，不可以直接接入直流母線。因為DC/DC變換器還可以通過內(nèi)部電容電感對光伏發(fā)電輸出電壓進(jìn)行改變，就可以通過DC/DC變換器可以進(jìn)行最大功率點追蹤控制。DC/DC變換器主要有三種，升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器、降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器以及升降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器.因為本文采用光伏發(fā)電為電源，傳輸電量只需要單向DC/DC變換器[30]。本文介紹升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器和降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器(1)降壓型變換器當(dāng)開關(guān)管絕緣柵雙極型晶體管IGBT正處在連通狀態(tài)這種情況時，此時二極管可以被認(rèn)為為是短路忽略。光伏發(fā)電電源U,向直流母線R傳輸電壓的同時對電容電感充電。當(dāng)絕緣柵雙極型晶體管IGBT處于斷開狀態(tài)這種情況的時候，二極管為連通，電感對直流母線輸出功率，電容維持負(fù)載兩端的電壓。設(shè)絕緣柵雙極型晶體管IGBT時連通情況下的時間為,關(guān)斷時間為，,D為占空比，為開關(guān)周期。求出輸出電壓的平均值為:(2-1)D∈(0,1)，所以可得>UR，降壓型變換器的重要作用就是是對直流側(cè)電壓進(jìn)行降壓電路仿真如圖2-4所示。圖2-4Buck電路仿真通過脈寬調(diào)制(PWM)來控制絕緣柵雙極型晶體管IGBT開關(guān)，原理如圖2-5所示。圖2-5脈寬調(diào)制波形如圖生成的鋸齒波分析計算，因為設(shè)定的占空比D為0.6，所以當(dāng)鋸齒波的輸出信號超過0.6時，輸出信號就為0，當(dāng)鋸齒波的輸出信號值沒有達(dá)到0.6時，輸出信號就為1，通過輸出信號大小來實現(xiàn)PWM控制。設(shè)定輸入電壓=12V，輸入和輸出電壓如圖2-6所示。圖2-6輸入輸出電壓(2)升壓型變換器升壓型變換器的電路圖如圖2-7所示。圖2-7Boost變換器當(dāng)絕緣柵雙極型晶體管IGBT是連通狀態(tài)這種情況的時候，二極管判斷為斷開形式，此時的升壓變換器已經(jīng)被分成了兩個部分，此時直流母線對蓄電池輸出電壓開始充電，同時也為電容C為負(fù)載供。當(dāng)絕緣柵雙極型晶體管IGBT斷開情況下，此時的二極管相當(dāng)于短路狀態(tài)，蓄電池對直流母線輸出電壓，同時為電容C充電，在絕緣柵雙極型晶體管IGBT在此變成連通模式這種情況時的向直流母線輸出功率如(2-2)。(2-2)升壓變換器輸出和輸入電壓之間的關(guān)系如式(2-2)所示。占空比D∈(0,1)，所以可得到其輸出電壓大于輸入電壓，升壓變換器起到直流升壓的作用。通過圖2-8升壓仿真。圖2-8Boost電路仿真當(dāng)D為0.6時，此時升壓變換器輸出電壓如圖2-9所示。根據(jù)公式(2-2)可得當(dāng)D為0.6，在輸入電壓=8V時，輸出電壓=20V。通過仿真結(jié)果表明升壓變換器輸出電壓約為20V。圖2-9輸出輸入電壓2.5DC/DC雙向變換器DC/DC雙向變換器是由兩個絕緣柵雙極型晶體管IGBT組成的。在交流微電網(wǎng)和交直流混合微電網(wǎng)中用途廣泛。由于它可以做到讓系統(tǒng)中的能量的進(jìn)行雙向流動，因此主要用于儲能設(shè)備的接口，蓄電池通過DC/DC雙向變換器連接直流母線。圖2-10DC/DC雙向變換器DC/DC雙向變換器的電路圖如圖2-10所示。因為蓄電池與DC/DC雙向變換器連在一起所以為蓄電池電輸出源，同時變換器另一端與直流母線相連所以直流母線。通過、兩個這輸出電容，可以盡量維持蓄電池輸出電壓不變;.為兩個絕緣柵雙極型晶體管，電感為L。DC/DC雙向變換器也有多種運(yùn)行模式。(1)升壓模式當(dāng)DC/DC雙向變換器處在升壓模式這種情況時，此時的蓄電池正在向直流母線方向進(jìn)行供電。此時處于斷開狀態(tài)這種情況，受到PWM控制開關(guān)。當(dāng)處于連通狀態(tài)時，電路運(yùn)行于圖2-11下的狀態(tài)。圖2-11VD2此時處于連通狀態(tài)這個時候處為短路可以不考慮。此時蓄電池放電輸出電壓使電感L電壓增大導(dǎo)致增大，蓄電池同時給電感充電。當(dāng)處于斷開狀態(tài)時，電路運(yùn)行于圖2-12下的狀態(tài)。圖2-12斷開當(dāng)處于斷開狀態(tài)時此時處于正向連通狀態(tài)，這時蓄電池和電感L同時供電，輸出電壓升高，同時為進(jìn)行充電。(2)降壓模式當(dāng)DC/DC雙向變換器處于降壓模式蓄電池停止供電由直流母線向蓄電池供電進(jìn)行充電。此時的處在斷開的狀態(tài)，PWM控制使其處在連通狀態(tài)。當(dāng)導(dǎo)通時電路運(yùn)行于圖2-13的狀態(tài)。圖2-13導(dǎo)通當(dāng)處于連通狀態(tài)時此時正是反方向斷開狀態(tài)。直流母線電源開始向電感L和蓄電池輸送電壓，此時蓄電池和電感都是充電的狀態(tài)，這時電流逐漸增大。當(dāng)斷開時電路運(yùn)行于如圖2-14狀態(tài)。圖2-14斷開當(dāng)處在斷開狀態(tài)時，這個時候是連通狀態(tài)，同時電感L對蓄電池傳輸電壓進(jìn)行充電，電感電壓為。2.6AC/DC雙向變換器AC/DC雙向變換器電路如圖2-15所示。包括六個絕緣柵雙極型晶體管IGBT(V1?V6)，通過三個濾波電感將交流母線連接。、、為交流側(cè)的相電壓，、、為交流側(cè)的電流，為直流側(cè)的電壓，為直流側(cè)的電流。為交流側(cè)電阻。為交流側(cè)電抗。圖2-15AC/DC雙向變換器分析AC/DC變換器的數(shù)學(xué)模型開關(guān)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型如式(2-3)所示:開關(guān)函數(shù)數(shù)學(xué)模型（2-3）三項回路電壓方程式(2-4)雙向AC/DC交換器仿真如圖2-16圖2-16雙向AC/DC交換器仿真雙向AC/DC變換器下垂控制原理圖如圖2-17圖2-17雙向AC/DC變換器原理圖交流母線上的頻率和直流母線上的電壓通過下垂控制，求導(dǎo)得出交直流側(cè)的下垂量，通過Z/P垂控制量在經(jīng)過dq/abc輸入PWM生成器，生成PWM控制脈沖控制絕緣柵雙極型晶體管IGBT的開斷。(a)雙向AC/DC控制仿真(b)PI控制和PWM輸出圖2-18雙向AC/DC變換器控制系統(tǒng)仿真通過搭建AC/DC雙向變換器仿真，可以模擬器控制器的這種控制變化同時可以更好的進(jìn)行優(yōu)化改良。

光伏發(fā)電交直流微電網(wǎng)能量下垂控制策略3.1光伏發(fā)電數(shù)學(xué)模型與仿真3.1.1光伏發(fā)電數(shù)學(xué)模型圖3-1光伏發(fā)電數(shù)學(xué)模型光伏發(fā)電能量計算(3-1)(3-2)(3-3)(3-4)其中每個字母含義位光伏發(fā)電的輸出電流，通過等效二極管的輸出電流，并聯(lián)的電阻，阻值較大大約為103Ω;，串聯(lián)電阻為阻值很小;二極管反方向的飽和電流。光伏發(fā)電輸出電流為I,光伏發(fā)電輸出電壓為V;電荷常數(shù)為q(1.6×10?19c)，玻爾茲曼常數(shù)為k(1.38×10?23JK)，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下光伏短路電流;二極管品質(zhì)因數(shù)n。為的溫度常數(shù)，絕對溫度T，光伏發(fā)電輸出電流I的表達(dá)式為：(3-5)光伏發(fā)電輸出功率P的表達(dá)式為：(3-6)得到I-V和P-V特性曲線(a)I-V曲線(b)P-V曲線圖3-2光伏發(fā)電的I-V和P-V特性曲線由圖3-2可知，當(dāng)電壓不大時隨著光伏發(fā)電電壓的不斷變大光伏電池的電流并沒有發(fā)生變化這就是為恒電流區(qū)域。當(dāng)光伏發(fā)電電壓增加到一定數(shù)值時，光伏發(fā)電電壓增加量并不多時，光伏發(fā)電電流快速降低，這就是恒電壓區(qū)域。這兩個區(qū)域之間,即為最大功率點。于是可得到P-V曲線圖。在不同的光照條件下，通過改變輸出電壓可以達(dá)到最大功率，由圖可知在光伏發(fā)電電壓處在恒電流區(qū)域時，光伏發(fā)電電壓增大時光伏發(fā)電功率同時也在增大。當(dāng)光伏發(fā)電電壓處在恒電壓區(qū)間時，光伏發(fā)電電流減小同時功率也在減小。可以找到最大功率點同時維持光伏發(fā)電功率始終處于最大功率點上更好的利用光伏資源。光伏發(fā)電仿真圖如圖3-3圖3-3光伏發(fā)電器仿真利用Matlab/Simulink對光伏發(fā)電器進(jìn)行仿真，探究其受光照強(qiáng)度和光照溫度的影響。通過仿真對光伏發(fā)電輸出功率進(jìn)行分析，尋找最大功率點。3.2光伏發(fā)電能量控制為了減少光伏發(fā)電時產(chǎn)生的劇烈能量波動，需要對光伏發(fā)電輸出能量進(jìn)行能量管理控制，通過這些來提高微電網(wǎng)的電能質(zhì)量。首先通過最大功率點追蹤(MaximumPowerPointTracking)MPPT控制策略將光伏發(fā)電輸出功率控制在最大功率點上，更好的利用太陽能。其次通過恒壓控制對光伏發(fā)電進(jìn)行控制為保護(hù)光伏發(fā)電輸出電壓過大燒壞器件。通過對光伏發(fā)電能量管理控制，保持光伏發(fā)電在任何光照條件下都可以達(dá)到最大值，保證其供電量。3.2.1最大功率點跟蹤最大功率點追蹤MPPT控制模式根據(jù)圖3-2可知在還沒有到達(dá)一定的輸出電壓值之前，隨著光伏發(fā)電的輸出電壓增加輸出電流基本保持不變，在到達(dá)某一數(shù)值后輸出電壓進(jìn)本保持不變輸出電流急劇減少，此時存在一個最大功率點。通過電導(dǎo)率增加法來尋找最大功率點。其中電導(dǎo)率增量法如下。(3-7)P為光伏發(fā)電的輸出功率，U為輸出電壓，I為輸出電流，對(3-7)求導(dǎo)(3-8)(3-9)聯(lián)立(3-8)(3-9)得(3-10)通過電導(dǎo)增量要測量端電壓U和電流I,求導(dǎo)計算出功率P后，通過dP/dU和-I/U之間相比較，就可以找到光伏發(fā)電輸出功率的最大功率點，控制光伏發(fā)電輸出電壓維持在最大功率點。3.2.2恒壓控制模式當(dāng)光伏發(fā)電輸出功率維持在最大功率點時，充分利用太陽能進(jìn)行發(fā)電，但是當(dāng)用戶負(fù)載需求量不高時，蓄電池等儲能系統(tǒng)也已經(jīng)達(dá)到最大儲能點，這個時候光伏發(fā)電的最大功率發(fā)電可等會損壞微電網(wǎng)中的器件造成損失。為了解決功率過大問題，可以通過恒壓控制來降低光伏發(fā)電輸出。通過圖3-2當(dāng)輸出電壓達(dá)到一定數(shù)值時，隨著輸出電壓的微弱增加輸出電流會急速減小，可以通過這種方法對光伏發(fā)電進(jìn)行控制已達(dá)到保護(hù)微電網(wǎng)系統(tǒng)的目的。3.2傳統(tǒng)下垂控制在光伏發(fā)電交直流混合微電網(wǎng)中，因為電源的不穩(wěn)定和局限性，對整個微電網(wǎng)系統(tǒng)的能量輸出和穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響，因此需要對其進(jìn)行能量管理控制。其中下垂控制是一種很有效的控制方法。因為交直流微電網(wǎng)中既包括交流母線又包含直流母線，需要考慮的地方有很多例如交流側(cè)的f-P，U-Q控制，又要考慮直流側(cè)的U-I控制。交流下垂控制的原理如下:圖3-4下垂控制電力系統(tǒng)圖3-3來看交流側(cè)電源輸出電壓為E∠θ,交流母線阻抗為Z∠φ=R+jX(3-11)通常電力線路阻抗以電感為主，忽略電阻R，即Z=jX，φ=90°(3-12)其中各字母代表含義交流電源電壓為E，交流母線輸出電壓為U，交流母線電抗為X，交流電源輸出功率的有功功率為P和無功功率為Q，交流電源和交直流混合系統(tǒng)之間輸出電壓的夾角為θ。當(dāng)θ=0時，sinθ=0，P=EUsinθX，功角θ決定了P，當(dāng)P從相位超前的點流向相位滯后的點，所以P與頻率f相關(guān)。Q受兩端輸出電壓的影響，由電勢高的地區(qū)流向電勢低的地區(qū)，所以無功功率Q與電壓U相關(guān)。因此可以實現(xiàn)對PQ的解耦控制，得到式((3-13)(3-14)圖3-5f-P,U-Q的下垂控制不同于交流側(cè)的下垂控制在直流側(cè)的下垂控制中并沒有出現(xiàn)頻率和無功功率，輸出功率的有功功率的不平衡會直接反映到輸出電壓的改變上，如此直流側(cè)之考慮直流母線的輸出電壓波動變化，所以可以得到關(guān)于U?P的下垂控制。由于P=UI，同時也可以用U?I來表示直流系統(tǒng)的下垂關(guān)系。(3-15)(3-16)圖3-6U-P,U-I的下垂控制U-P，U-I下垂控制如圖3-5中，當(dāng)有功功率大于等于0，I大于等于1時交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)此時正處在第一象限的范圍內(nèi)。對于蓄電池和AC/DC雙向變換器DC/DC雙向變換器，輸出功率允許向兩個方向進(jìn)行傳輸，此時的交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)處在第一象限和第二象限中。輸出功率P可以為負(fù)，當(dāng)輸出功率P小于0時就證明蓄電池處于充電狀態(tài)，當(dāng)輸出功率P大于0就證明此時蓄電池處于放點狀態(tài)。3.3蓄電池下垂控制蓄電池交直流混合微電網(wǎng)中，通過雙向DC/DC變換器與直流母線連通。如圖3-7所示.圖3-7蓄電池接入直流母線蓄電池在交直流混合電網(wǎng)中起到如下作用:因為微電網(wǎng)系統(tǒng)受可再生能源的發(fā)電系統(tǒng)影響，極易造成供電不穩(wěn)定，此時蓄電池系統(tǒng)可以及時進(jìn)行供電，所以蓄電池系統(tǒng)在微電網(wǎng)中尤為重要。蓄電池是一種非常重要的儲能裝置，可以再主要分布式電源功能不足時對微電網(wǎng)進(jìn)行供電。其中通過制造材料的不同，蓄電池可以分為很多種類，其中鉛酸電池和鋰電池應(yīng)用及其廣泛，因為這種蓄電池制作成本低，且技術(shù)成熟。蓄電池的工作模式如式(3-17)所示。(3-17)規(guī)定為直流母線的額定電壓，為直流母線此時的輸出電壓。則蓄電池的工作狀態(tài)如下所示:(1)放電工作狀態(tài)。當(dāng)用戶負(fù)載需求量過大時，其主點源供電不足，此時直流母線處的輸出電壓減肥第，雙向DC/DC變換器轉(zhuǎn)變?yōu)樯龎耗Ｊ?，蓄電池開始放電。(2)充電工作狀態(tài)。主電源輸出電壓過大遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于用戶負(fù)載需求量時，此時直流母線處的輸出電壓增加，雙向DC/DC變換器轉(zhuǎn)變?yōu)樯龎耗Ｊ剑铍姵亻_始充電。3.4下垂控制改良優(yōu)化3.4.1AC/DC雙向變換器和DC/DC雙向變換器的下垂控制的改良優(yōu)化AC/DC雙向變換器工作有兩種逆變狀態(tài)和整流狀態(tài)。其變化受到直流母線側(cè)的電壓變化影響。當(dāng)直流母線側(cè)電壓因為用戶負(fù)載需求過小光伏發(fā)電輸出功率過大而增加是，雙向AC/DC變換器會變成在逆變模式。當(dāng)直流母線因為用戶負(fù)載需求過高，電網(wǎng)供電不足時電壓變雙向AC/DC變換器會變成整流模式?？梢缘玫綀D3-8所示的電壓功率下垂特性。圖3-8直流母線下垂控制為輸出時的最高電壓，為輸出時的最低電壓，為輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓。為AC/DC雙向變換器變?yōu)檎鳡顟B(tài)下時最大輸出功率，為AC/DC雙向變換器逆變狀態(tài)下時的最大輸出功率。電壓和功率的關(guān)系如式(3-18)所示。(3-18)式中a為U-P下垂控制系數(shù)，為雙向AC/DC變換器的功率。對AC/DC雙向變換器的下垂控制改良優(yōu)化，增加一個待機(jī)模式。此模式下時當(dāng)AC/DC雙向變換器不工作時，通過蓄電池進(jìn)行控制。圖3-9為改進(jìn)后的下垂控制特性。圖3-9直流母線改進(jìn)下垂控制改良優(yōu)化的下垂特性關(guān)系為:(3-19)為AC/DC雙向變換器處在逆變模式下的電壓閾值，為AC/DC雙向變換器處在整流模式下的電壓閾值。這個時候雙向AC/DC變換器就有三種工作狀態(tài)。交流系統(tǒng)的下垂控制改良優(yōu)化方案和直流系統(tǒng)的類似當(dāng)AC/DC雙向變換器變換器不工作，也處于待機(jī)模式。改良優(yōu)化的交流下垂特性如圖3-10所示。圖3-10交流母線的改進(jìn)下垂控制改進(jìn)后的下垂特性頻率和功率的關(guān)系為:(3-20)為AC/DC雙向變換器傳輸?shù)墓β?，，為AC/DC雙向變換器輸出功率的頻率，、是交流母線頻率變化范圍的上下限。交流系統(tǒng)控制的AC/DC雙向變換器有三種工作模式:(1)逆變模式:當(dāng)AC/DC變換器工作在逆變模式的區(qū)域時，此時交流母線頻率處于到之間，通過控制直流母線向交流母線傳輸有功功率來維持交流母線的頻率。(2)整流模式:當(dāng)AC/DC變換器工作在整流模式的區(qū)域時，當(dāng)交流母線頻率處于到之間時，直流母線功率不足，交流母線向直流母線輸送功率。(3)待機(jī)模式:當(dāng)交流母線頻率處于到之間時，AC/DC變換器不傳輸功率。通過對傳統(tǒng)下垂控制的分析研究，本文對其進(jìn)行了優(yōu)化改良，尤其是對AC/DC雙向變換器和DC/DC雙向變換器的下垂控制優(yōu)化改良。通過優(yōu)化改良的控制方法對交直流混合微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)進(jìn)行控制，在光伏發(fā)電無法滿足用戶負(fù)載需求是進(jìn)行快速控制，同時在蓄電池進(jìn)行充放電時進(jìn)行控制管理，讓蓄電池可以快速在需要充電充電，需要放電時進(jìn)行放電，不會和變換器產(chǎn)生沖突。

4.交直流混合微電網(wǎng)仿真4.1搭建光伏發(fā)電交直流混合微電網(wǎng)仿真通過Matlab/Simulink中搭建光伏交直流混合微電網(wǎng)的仿真模型如圖4-1圖4-1光伏發(fā)電交直流混合微電網(wǎng)仿真設(shè)計搭建光伏發(fā)電交直流微電網(wǎng)系統(tǒng)，包括光伏發(fā)電，蓄電池，用戶負(fù)載，雙向AC/DC變換器。4.2光伏發(fā)電最大功率點跟蹤控制光伏發(fā)電最大功率點跟蹤控制仿真圖4-2圖4-2光伏發(fā)電最大功率點跟蹤控制仿真圖光伏發(fā)電的輸出電壓因為其不穩(wěn)定性導(dǎo)致數(shù)值不高，想直接連接進(jìn)入直流母線就需要大幅度的提高輸出功率，想要完成這一目標(biāo)就需要讓光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率達(dá)到最大。這時候就用到了電導(dǎo)增量法來尋找最大功率點并將光伏發(fā)電輸出功率穩(wěn)定在這一點上。同時用電負(fù)載的需求量會不斷增高，需要光伏發(fā)電提供大量電能。電導(dǎo)增量法的控制仿真如圖4-3所示。圖4-3電導(dǎo)增量法的控制仿真(a)輸出電壓(b)輸出功率圖4-4光伏電池輸出電壓及功率圖4-4中，在標(biāo)準(zhǔn)情況下光照強(qiáng)度時不改變其他光照條件。可以通過電導(dǎo)增量法找到光伏發(fā)電輸出功率的最大功率點，并控制其輸出功率穩(wěn)定在最大輸出功率點上持續(xù)輸出。在其他光照強(qiáng)度不發(fā)生改變時，只改變光照強(qiáng)度，假設(shè)光照強(qiáng)度為S:(4-1)仿真得到的輸出電壓和功率圖4-5(a)仿真輸出電壓圖(b)仿真輸出功率圖4-5光照強(qiáng)度改變時光伏發(fā)電的輸出電壓和輸出功率由圖4-5可知，在其他光照條件不發(fā)生改變下只有光照強(qiáng)度改變時，電導(dǎo)增量法還是可以快速找到最大功率點并維持住盡管出現(xiàn)了波動，但還是很快的穩(wěn)定了下來。當(dāng)其他光照條件不變時光照溫度發(fā)生改變，可以得到光伏電池的輸出電壓與功率如圖4-6所示。輸出電壓(b)輸出功率圖4-6溫度改變時光伏發(fā)電的輸出電壓和輸出功率通過驗證無當(dāng)光照強(qiáng)度和溫度發(fā)生變化，電導(dǎo)增量法都可以快速找到最大功率點并維持輸出功率，通過這種方法對光伏發(fā)電進(jìn)行能量管理控制，從而滿足用戶負(fù)載需求。4.3光伏發(fā)電直流系統(tǒng)

圖4-7光伏發(fā)電直流系統(tǒng)仿真光伏發(fā)電交直流混合微電網(wǎng)包括光伏發(fā)電陣列直流系統(tǒng)，搭建光伏發(fā)電直流系統(tǒng)仿真如圖4-7所示。此直流系統(tǒng)依靠光伏發(fā)電進(jìn)行供電，安裝蓄電池輔助供電。圖4-8光伏發(fā)電直流系統(tǒng)下垂控制光伏發(fā)電直流系統(tǒng)的下垂控制原理如圖4-8所示。通過直流雙環(huán)PI控制得到直流母線的輸出電壓和直流系統(tǒng)的輸出頻率，計算直流系統(tǒng)輸出功率。輸入PWM調(diào)制來實現(xiàn)對絕緣柵雙極型晶體管IGBT的控制?？刂葡到y(tǒng)模型如圖4-9所示。圖4-9直流雙環(huán)PI控制控制模擬器需要保證整個系統(tǒng)的安全性和可靠性，為了保護(hù)母線在系統(tǒng)工作時的安全，特意使用使用了48V額定電壓的保護(hù)系統(tǒng)安全，降壓電路模型如圖4-10所示。圖4-10抵押直流母線仿真利用降壓模式對直流系統(tǒng)進(jìn)行降壓，通過計算可以得到PMW控制波占空比D=0.08。(4-2)通過光伏發(fā)電直流系統(tǒng)的升變化和降壓變化通過能量管理控制系統(tǒng)，完成整個系統(tǒng)的最大功率持續(xù)輸出，充分利用太陽能的情況下對用戶負(fù)載需求進(jìn)行滿足。4.3光伏發(fā)電交流系統(tǒng)圖4-11光伏發(fā)電交流體統(tǒng)仿真光伏發(fā)電交流系統(tǒng)的下垂控制圖4-12光伏發(fā)電交流系統(tǒng)下垂控制當(dāng)UabcIabc通過abc/dq轉(zhuǎn)換，解耦成輸出電壓的有功功率P和無功功率Q之后，在進(jìn)行下垂控制，得到輸出功率的頻率量sin/cos，通過下垂控制得到電壓Uref。全部通過PI控制器進(jìn)行控制最后通過交流下垂控制系統(tǒng)下垂控制系統(tǒng)(c)PI控制和PWM輸出(d)PQ解耦圖4-13交流下垂控制系統(tǒng)仿真通過光伏發(fā)電的交流系統(tǒng)仿真和控制管理，使整個光伏發(fā)電交直流混合微電網(wǎng)至今的能量轉(zhuǎn)換和用戶負(fù)載供給進(jìn)行了有效的控制，不會因為單一的直流系統(tǒng)或者交流系統(tǒng)的變化和輸出功率不平衡而產(chǎn)生大量的能源浪費(fèi)和運(yùn)行供電質(zhì)量。也是通過兩種系統(tǒng)的能量管理控制變化，讓整個交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)變得更加完整更加穩(wěn)定，可以更好的實現(xiàn)系統(tǒng)中的各種要求。4.4光伏發(fā)電交直流混合微電網(wǎng)仿真結(jié)果分析4.4.1仿真電壓結(jié)果分析交直流微電網(wǎng)系統(tǒng)電壓監(jiān)控系統(tǒng)仿真如圖4-4圖4-4交直流微電網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)仿真通過監(jiān)控系統(tǒng)知道整個微電網(wǎng)的電壓輸出情況，可以及時觀察到光伏發(fā)電電壓，蓄電池電壓，用電負(fù)載，以及整體電壓的變化?？焖賹⑵渥兓瘍?nèi)容傳輸?shù)侥芰抗芾硐到y(tǒng)，并通過能量管理控制系統(tǒng)及時對光伏發(fā)電輸出電壓進(jìn)行控制以及對蓄電池充放電控制。(1)仿真光伏發(fā)電電壓圖4-5。其縱坐標(biāo)為輸出電壓V0單位(v)，橫坐標(biāo)為隨時間變化的太陽光照T0圖4-5光伏發(fā)電仿真電壓通過V0?T(2)電力負(fù)荷仿真電壓變化曲線如圖4-6縱坐標(biāo)為負(fù)載電壓V1單位(v),橫坐標(biāo)為時間T1單位(h)，每一刻度為圖4-6仿真中電力負(fù)荷電壓V-T曲線圖通過曲線圖V1?T1可知一天當(dāng)中在一天當(dāng)中8點-12點用戶負(fù)載起伏較大，用戶負(fù)載增加，在(3)蓄電池輸出電壓仿真曲線圖4-7其縱坐標(biāo)為電壓V2單位(v)，橫坐標(biāo)為時間T2圖4-7仿真中電池輸出電壓曲線圖通過V2?T2蓄電池輸出電壓曲線圖可知，在大約6點-11點左右進(jìn)行放電工作，在大約1點-13點左右進(jìn)行充電功作，在大約19點-(4)二次電源電壓曲線圖4-8。其縱坐標(biāo)為電壓V3單位(v)，橫坐標(biāo)為時間T3單位(h)且每個刻度為圖4-9仿真中輔助電源電壓曲線圖通過二次電源電壓V3根據(jù)曲線圖4-5,4-6,4-7,4-8,4-9分析可以明顯看到各系統(tǒng)電壓在不同時間段里的變化情況，尤其是當(dāng)用戶負(fù)載需求量增加的那段時間內(nèi)，因為光伏發(fā)電的發(fā)電量總數(shù)是由限度的，所以不足以對用戶負(fù)載供電，這時在光伏發(fā)電輸出足夠時進(jìn)行充電的蓄電池和二次電源快速進(jìn)行供電來穩(wěn)定系統(tǒng)波動，同時當(dāng)用戶負(fù)載需求量不大時，通過對光伏發(fā)電的最大功率點追蹤控制使得光伏發(fā)電器可以最大程度的利用太陽能。這些圖反應(yīng)的內(nèi)容會及時的傳送到能量管理控制系統(tǒng)，進(jìn)行分析控制及時作出正確的調(diào)整，穩(wěn)定微電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定，進(jìn)而可以快速對此交直流混合微電網(wǎng)進(jìn)行能量管理控制，來保證整個交直流混合微電網(wǎng)電壓穩(wěn)定和用戶負(fù)載的需求，進(jìn)而證明本次仿真的下垂控制的可行性。5.結(jié)論與展望5.1結(jié)論當(dāng)今社會的快速發(fā)展；離不開能源的高效利用，其中含高滲透率的可再生能源的交直流混合微電網(wǎng)是當(dāng)今社會微電網(wǎng)利用的典范。為了對其進(jìn)行有效的能量管理本文通過研究光伏發(fā)電的交直流混合微電網(wǎng)能量管理策略，來進(jìn)行論證。對光伏發(fā)電交直流混合微電網(wǎng)的各組成部分進(jìn)行分析，通過對光伏電池蓄電池，AC/DC變換器DC/DC變換器的分析與控制優(yōu)化得到以下結(jié)果。(1)通過對光伏發(fā)電系統(tǒng)的分析，利用最高功率點追蹤控制光伏發(fā)電的能量輸出，再通過蓄電池的能量管理優(yōu)化對整個微電網(wǎng)的能源輸出進(jìn)行穩(wěn)定控制。在對系統(tǒng)中的直流母線交流母線進(jìn)行下垂控制的改良優(yōu)化，通過改良優(yōu)化實現(xiàn)對光伏發(fā)電交直流混合微電網(wǎng)系統(tǒng)的能量管理優(yōu)化，達(dá)到可以充分維持電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定和用戶負(fù)載的需求。(2)在Matlab上搭建光伏發(fā)電交直流混合微電網(wǎng)仿真，通過對仿真中的光伏發(fā)電，蓄電池，二次電源和用戶負(fù)載電壓波形圖進(jìn)行對比分析。得到當(dāng)用戶負(fù)載增加時且光伏發(fā)電供電不足時，蓄電池和二次電源會立刻進(jìn)行供電來滿足用戶負(fù)載需求。在用戶負(fù)載需求不高但光伏發(fā)電一直處于最大輸出功率，此時通過蓄電池儲存多余的電能，同時保證微電網(wǎng)系統(tǒng)不會因為負(fù)載過大而出現(xiàn)損傷。證明其能量管理優(yōu)化的可行性。進(jìn)而推導(dǎo)出含高滲透率的可再生能源交直流混合微電網(wǎng)能量管理控制對整個微電網(wǎng)的穩(wěn)定有重要作用。本次論文通過對光伏發(fā)電的交直流混合微電網(wǎng)能量管理仿真，以點帶面來研究含高滲透率的可再生能源交直流混合微電網(wǎng)能量管理技術(shù)。其能量管理技術(shù)的應(yīng)用在各種微電網(wǎng)系統(tǒng)中都是極為重要的。5.2展望本文通過光伏交直流混合微電網(wǎng)能量管理仿真來驗證了含高滲透率可再生能源的交直流混合微網(wǎng)能量管理優(yōu)化的可行性，并證明對微電網(wǎng)的穩(wěn)定有重要作用，但是由于我的理論知識的不足在進(jìn)行仿真實驗時有不完善的地方，需要更多的理論知識和實踐進(jìn)行完善。像對風(fēng)力發(fā)電的能量控制策略的研究。本文并沒有過多的描述。同時對含高滲透率的可再生能源交直流混合微電網(wǎng)能量管理研究抱有更高的期望。可希望可以有更多的研究方法和研究方向，通過不同的改進(jìn)方法來完善這個能量管理策略，當(dāng)微電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生波動時可更加快速的進(jìn)行處理真正做到自我控制自我管理。同時可以普及到當(dāng)今社會。如今的微電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展可謂是日新月異，也會不斷地對人類做出用用的貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)[1]張昊.微電網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景分析[J].中國高新科技,2019(13):101-104.[2]李越嘉,楊瑩,常國祥.微電網(wǎng)技術(shù)在中國的研究應(yīng)用現(xiàn)狀和前景展望[J].中國電力,2016,49(S1):154-158+165.[3]孟明,陳世超,趙樹軍,李振偉,盧玉舟.新能源微電網(wǎng)研究綜述[J].現(xiàn)代電力,2017,34(01):1-7.[4]鮑敏.微電網(wǎng)典型特征及關(guān)鍵技術(shù)[J].信息系統(tǒng)工程,2017(12):43.[5]王成山,周越.微電網(wǎng)示范工程綜述[J].供用電,2015(01):16-21.[6]張丹,王杰.國內(nèi)微電網(wǎng)項目建設(shè)及發(fā)展趨勢研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2016,40(02):451-458.[7]趙博博.光伏發(fā)電用DC/DC/AC變換器研究[D].燕山大學(xué),2018.[8]HuXie,ShuZheng,MingNi.MicrogridDevelopmentinChina:Amethodforrenewableenergyandenergystoragecapacityconfigurationinamegawatt-levelisolatedmicrogrid.[J].IEEEElectrificationMagazine,2017,5(2).[9]鄭漳華,艾芊.微電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀及在我國的應(yīng)用前景[J]電網(wǎng)技術(shù),2008(16):27-31+58.[10]WencongSu,JianhuiWang.EnergyManagementSystemsinMicrogridOperations[J].TheElectricityJournal,2012,25(8).[11]徐虹.多能互補(bǔ)微網(wǎng)能量管理策略研究[D].華北電力大學(xué),2013.[12]周躍斌.直流微電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制與能量管理研究[D]哈爾濱工業(yè)大學(xué),2013.[13]張繼元.直流微網(wǎng)中儲能單元并聯(lián)及能量管理技術(shù)研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2013.[14]趙潤富.光儲直流微網(wǎng)控制策略的研究[D].北京交通大學(xué),2014.[15]鄧得政.直流配網(wǎng)能量管理與優(yōu)化運(yùn)行研究[D].華北電力大學(xué)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