基于无源性的直流微网虚拟惯性研究 .docx

【直流微网(DCMG)】直流微网是一种新型的电力系统结构，它主要由分布式电源（特别是可再生能源，如太阳能、风能）、储能设备（如电池）和负载构成，通过电力电子转换器连接到直流母线。相较于交流微网，DCMG在接纳可再生能源时更为高效，并且控制策略相对简单，没有频率和功角稳定问题，也没有无功环流的困扰。随着化石燃料的减少和电力需求的增长，DCMG的研究越来越受到关注。 【无源控制(Passivity-based Control, PBC)]】无源控制是一种基于系统能量角度的控制策略，它寻找与被控制量相关的能量函数，设计的控制律可以使能量按照期望的方式分布，从而实现控制目标。无源控制器具有较少的可调参数和较强的鲁棒性，能够确保系统的全局稳定性，并对系统参数变化和外部扰动有良好的适应性。 【虚拟直流电机(Virtual Direct Current Machine, VDCM)】在DCMG中，由于大量使用可再生能源和电力电子设备，直流母线的惯性较低，这可能影响系统稳定性。VDCM控制方法通过模拟直流电机的动态特性，为直流母线电压提供模拟惯性支持，增强DCMG的稳定性。它通常被用作电压控制的外环，以提升系统的动态性能。 【变换器控制策略】对于DCMG中的变换器，常见的控制策略包括PI控制、比例谐振控制和下垂控制。然而，这些线性控制策略可能无法很好地应对非线性系统的特性。近年来，非线性控制策略如自抗扰控制、滑模变结构控制和反馈线性化控制得到发展，但它们往往算法复杂，可能导致计算延迟。因此，无源控制成为一种有效的替代方案，因为它可以从能量角度出发，设计简单的控制器来保证控制效果。 【Buck变换器】Buck变换器是一种常用的降压型直流-直流转换器，其工作在连续导通模式(CCM)下。Buck变换器的能量存储函数由电感和电容的磁链和电荷表示，其数学模型是一个受控耗散哈密顿系统。通过控制占空比μ2，可以调节输出电压。 本研究聚焦于将无源控制应用于DCMG的电流控制器设计，结合VDCM控制以增强直流母线电压的稳定性。在无源电流控制器的基础上，引入VDCM控制作为电压外环，可以改善变换器的动态性能并提供惯性支持。通过Matlab/Simulink仿真软件验证了这一控制策略的可行性，这对于提升DCMG的整体性能和可靠性具有重要意义。