【摘 要】
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在过去的十几年中,直流微电网在学术界和工业界都得到很高的关注。微电网作为分布式能源接入交流主电网的一种有效手段,对提高能源利用率和减少温室气体排放具有重要意义。本文首先介绍了直流微电网的国内外发展历史、研究现状和微网功率协调控制技术,对直流微电网中储能系统（Energy Storage System,ESS）的发展状况进行阐述,并针对近几年来储能系统的前沿控制技术发展进行综述,介绍了本文主要研究的
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在过去的十几年中,直流微电网在学术界和工业界都得到很高的关注。微电网作为分布式能源接入交流主电网的一种有效手段,对提高能源利用率和减少温室气体排放具有重要意义。本文首先介绍了直流微电网的国内外发展历史、研究现状和微网功率协调控制技术,对直流微电网中储能系统（Energy Storage System,ESS）的发展状况进行阐述,并针对近几年来储能系统的前沿控制技术发展进行综述,介绍了本文主要研究的模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）的应用背景和最新研究现状。其次,根据光伏电池的数学模型,使用单一变量法对光伏板在不同光照强度和温度下输出情况进行特性分析,选择扰动观测法对光伏发电系统的最大输出功率进行跟踪;接着建立储能系统的数学模型,分析双向DC-DC变换器的工作原理,针对传统PI双闭环控制中存在的参数整定困难、不易调节等缺点,借鉴同步电机中常用的模型预测控制方法,结合序列结构的概念,提出一种消除目标函数权重因子三层级模型预测功率控制（Model Predictive Power Control,MPPC）的方法。在传统功率控制的目标函数中加入开关频率和荷电量（State of Charge,SOC）两个限制项对其进行优化,然后将目标函数分解为三层单独的控制项,通过分析所有可能的三层级顺序结构,以系统的稳定性和快速性作为判断标准,选择出最优的顺序结构。这个方法在降低开关损耗的同时避免了权重因子的设计,且系统仍可保持良好的动态性能,操作简单,计算量小;对并网逆变器在dq坐标系下进行模型预测控制,实现分布式电源与电网的平滑连接。最后,在上述理论分析和仿真的基础上,搭建实验平台并编写控制程序,设计直流微电网的硬件部分和软件部分,进行开环和闭环实验,最终经过多次调试实验得以完成,证实了本文提出的控制方法是正确并且有效的。
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