基于自適應(yīng)滑模的船舶微電網(wǎng)多模式運(yùn)行控制研究.pdf

1、隨著化石能源的枯竭及環(huán)境問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，降低化石能源在船舶中的供電比重，引入清潔能源補(bǔ)充和替代化石燃料已成為大勢(shì)所趨。然而由于間歇性能源的隨機(jī)性和不可控性，其大規(guī)模接入會(huì)對(duì)船舶電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響。因此作為解決海上新能源發(fā)電大規(guī)模接入船舶的有效手段，船舶微電網(wǎng)的研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文以多逆變器型船舶微電網(wǎng)為研究對(duì)象，以多模式運(yùn)行控制為目標(biāo)，著眼于解決分布式微源接入的暫態(tài)擾動(dòng)抑制問(wèn)題、并聯(lián)微源的負(fù)荷分擔(dān)控制

2、問(wèn)題及多模式運(yùn)行的無(wú)縫切換問(wèn)題，主要研究工作如下:
　　針對(duì)微電網(wǎng)模式切換及負(fù)荷突變過(guò)程中，微源逆變器可能存在的過(guò)壓過(guò)流及不穩(wěn)定現(xiàn)象，提出基于自適應(yīng)三階滑模變結(jié)構(gòu)的閉環(huán)控制策略，并將該策略分別應(yīng)用到支撐型微源逆變器電壓閉環(huán)和并網(wǎng)型微源逆變器定功率控制中。該策略在傳統(tǒng)比例微分二階滑模的基礎(chǔ)上，利用積分環(huán)節(jié)消除逆變器輸出的穩(wěn)態(tài)誤差，利用自適應(yīng)觀測(cè)項(xiàng)補(bǔ)償由狀態(tài)變化引起的不確定性擾動(dòng)，減小了滑模切換函數(shù)增益的取值;詳細(xì)給出了滑?？刂频姆€(wěn)定

3、性分析和參數(shù)選取方法。最后，仿真結(jié)果表明所提控制方法能夠有效改善微源逆變器輸出的電能質(zhì)量，同時(shí)使得逆變器在擾動(dòng)情況下具備較強(qiáng)的魯棒性和動(dòng)態(tài)性能。
　　圍繞多支撐型微源并聯(lián)運(yùn)行的環(huán)流抑制及功率分擔(dān)控制問(wèn)題，提出一種基于虛擬負(fù)阻抗的改進(jìn)下垂控制方法。該方法充分考慮了逆變器等效輸出阻抗差異對(duì)環(huán)流及功率分配的影響，在逆變器拓?fù)浼半妷洪]環(huán)的基礎(chǔ)上，利用虛擬負(fù)電阻抵消等效阻抗中的阻性成分，利用虛擬電感實(shí)現(xiàn)并聯(lián)等效阻抗的匹配;并結(jié)合變無(wú)功-電壓

4、下垂系數(shù)、動(dòng)態(tài)微分補(bǔ)償項(xiàng)及虛擬慣性環(huán)節(jié)，抑制由線路阻抗漂移及電力參數(shù)測(cè)量不準(zhǔn)確造成的無(wú)功環(huán)流，改善系統(tǒng)功率分配的動(dòng)態(tài)特性。仿真結(jié)果表明所提方法能夠有效抑制微源間的功率環(huán)流，提高功率分配精度，同時(shí)確保了孤島模式下微電網(wǎng)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)性能。
　　針對(duì)微電網(wǎng)多模式穩(wěn)定運(yùn)行及并/離網(wǎng)無(wú)縫切換控制問(wèn)題，提出基于自主控制、協(xié)調(diào)控制、微網(wǎng)管理及配網(wǎng)調(diào)度四個(gè)層次的微電網(wǎng)分層控制方法。文中詳細(xì)闡述了分層控制的組成及功能;重點(diǎn)研究了基于二次控制和預(yù)并列控

5、制的協(xié)調(diào)控制層實(shí)現(xiàn)方法，并對(duì)其電能質(zhì)量改善及穩(wěn)定性進(jìn)行了分析;針對(duì)微網(wǎng)管理層，重點(diǎn)研究了多模式運(yùn)行的控制過(guò)程及并網(wǎng)模式下定功率控制的實(shí)現(xiàn)方法。所提分層控制實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)多模式運(yùn)行的優(yōu)化管理及模式切換過(guò)程中控制策略的平滑過(guò)渡，使得微電網(wǎng)能夠在保持就地控制能力的基礎(chǔ)上還具有全局控制的功能，同時(shí)該方法還有效解決了傳統(tǒng)微源逆變器間難以實(shí)現(xiàn)功率精確分配、電能質(zhì)量較差等問(wèn)題。
　　在所提控制策略基礎(chǔ)上，構(gòu)建了包含間歇性能源發(fā)電的船舶微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和

6、實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)，并在其簡(jiǎn)化模型的基礎(chǔ)上，對(duì)船舶微電網(wǎng)多模式運(yùn)行及不同負(fù)荷工況進(jìn)行了綜合仿真。詳細(xì)分析了并離網(wǎng)模式切換條件下微電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性和電能質(zhì)量、功率突變對(duì)微電網(wǎng)供電的影響、電機(jī)負(fù)荷對(duì)微電網(wǎng)暫態(tài)的影響以及非線性負(fù)荷條件下微電網(wǎng)的輸出特性等。仿真結(jié)果表明本文所提控制方法在模式切換及不同負(fù)荷條件下均能夠很好地維持微電網(wǎng)母線電壓穩(wěn)定，且具有較好的電能質(zhì)量，暫態(tài)過(guò)程平穩(wěn)、迅速，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)荷功率的精確分配，具有良好的功率輸出動(dòng)、靜態(tài)性能。