【正文】 除了上述基本功能外，通過(guò)對(duì)雙向 AC/DC 變流器的控制還可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)交直流交換功率和直流母線(xiàn)電壓的控制。本文設(shè)計(jì)的雙向蓄電池出口雙向 DC/DC 變流器控制策略可以有效的維持直流母線(xiàn)電壓恒定。圖 220 雙向 DCCD 測(cè)試結(jié)果圖 圖 221 雙向 DC/DC 電路控制信號(hào)24 / 68圖 222 控制信號(hào) PWM 波形 圖 223 控制信號(hào)占空比圖 221 至圖 223 中 PWMin 代表輸入到 IGBT1 的控制信號(hào)，PWMout 代表輸入到 IGBT2 的控制信號(hào)。開(kāi)始測(cè)量直流母線(xiàn)電壓母線(xiàn)電壓 U 0 ?是 否P I D 調(diào)節(jié)增加占空比τ = τ + Δτ 1P I D 調(diào)節(jié)減小占空比τ = τ Δτ 2P W M o u t = 0P w m i n 工作P W M i n = 0P w m o u t 工作測(cè)量蓄電池電壓并計(jì)算修正值 τ 3測(cè)量蓄電池電壓并計(jì)算修正值 τ 3τ = τ + Δτ 3 τ = τ + Δτ 4電池充電降壓斬波電池放電升壓斬波23 / 68圖 218 雙向 AC/DC 變流器控制流程圖 蓄電池模塊仿真為了驗(yàn)證所建立的蓄電池模型對(duì)系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)的有效性，通過(guò)圖 219 所示的電路進(jìn)行模擬仿真。根據(jù)式（230） （231）可以推出：22 / 68 （232）2dcbaout dc0out()/1UPR???當(dāng) 的值比額定電壓值大時(shí)，IGBT 1 工作，IGBT 2 關(guān)閉，電路處于降壓斬dcU波狀態(tài)，蓄電池吸收功率。該模型中，蓄電池的輸出電壓 與蓄電池的輸出0U電流 的關(guān)系如公式(229) 所示：0I （229）0i0URIE??? 雙向 DC/DC 模型為了實(shí)現(xiàn)蓄電池按照其容量狀態(tài)充放電和對(duì)直流母線(xiàn)電壓的控制，需要在蓄電池出口處加入雙向 DC/DC 變流器。其等效電路如圖 216 所示。 蓄電池及雙向 DC/DC 模型由于蓄電池電壓等級(jí)與直流母線(xiàn)不同，且為了實(shí)現(xiàn)蓄電池對(duì)直流母線(xiàn)電壓的控制，需要在蓄電池出口處增加變流器，本文所建立的儲(chǔ)能模塊主要包含蓄電池和雙向 DC/DC 變流器。 風(fēng)電場(chǎng) Matlab/Simulink 仿真風(fēng)電場(chǎng)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的 Matlab/Simulink 仿真模型如圖 214 所示。由三相靜止坐標(biāo)系分解為 d 軸（直軸）和 q 軸（交軸）進(jìn)行建模，分解后的等效電路如圖 21圖 213 所示。tTt齒輪箱與聯(lián)動(dòng)軸的作用是將風(fēng)力機(jī)輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩輸出到異步發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)17 / 68換方程如式（217）所示： （217）2tm()dTt???式中 為齒輪箱輸入轉(zhuǎn)矩與輪轂輸出轉(zhuǎn)矩相同， 為齒輪箱輸出轉(zhuǎn)矩，tT mT為機(jī)械角速度， 為齒輪箱慣性時(shí)間常數(shù)。2）公式法：公式法由式(214)、(215) 給出： （214）55/p12346(,)(/ )iCi e???????? （215）9381i?公式（214 ）和公式（215）是根據(jù)風(fēng)力機(jī)實(shí)際工作特性得出的擬合函數(shù)，其中 ~ 為擬合函數(shù)的相應(yīng)系數(shù)。cT根據(jù)式(212)、式(213)可知：若想計(jì)算風(fēng)輪輸出轉(zhuǎn)矩，必須知道風(fēng)能利用系數(shù) 。雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)因其控制靈活、聯(lián)網(wǎng)簡(jiǎn)單、無(wú)沖擊電流、風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率高等優(yōu)點(diǎn)而獲得廣泛應(yīng)用。15 / 68圖 29 不同光強(qiáng)下最大功率追蹤 圖 210 不同母線(xiàn)電壓下最大功率追蹤從圖 29 中可以看出，光強(qiáng)改變后，光伏陣列瞬間找到該狀態(tài)的最大功率點(diǎn)，證明了本文采用的最大功率追蹤策略在光強(qiáng)改變的情況下能夠準(zhǔn)確、快速的找到功率極值點(diǎn)。14 / 68測(cè)量 P p v初始化 U p v 、 I p v 、 D g 、 Δ D gP n e w P o l d ?U n e w U o l d ?U n e w U o l d ?Δ D g = Δ D gD g = D g + Δ D gP o l d = P n e wYNYNYN圖 28 擾動(dòng)觀(guān)察法追蹤最大功率點(diǎn)如圖 28 所示，本文通過(guò)逐漸改變占空比 來(lái)尋找功率極值點(diǎn)。 光伏電池板最大功率追蹤策略利用最大功率點(diǎn)追蹤可以使光伏電池板工作于功率極值點(diǎn)上，使其輸出功率達(dá)到最大、利用率達(dá)到最高。 光伏出口 DC/DC 轉(zhuǎn)換電路無(wú)論是光伏陣列與蓄電池結(jié)合組成太陽(yáng)能電池還是光伏陣列連入電網(wǎng)都需要DC/DC 變流器進(jìn)行穩(wěn)壓。圖 23 不同光強(qiáng)下電壓電流關(guān)系 圖 24 不同光強(qiáng)下電壓功率關(guān)系圖 25 不同溫度下電壓電流關(guān)系 圖 26 不同溫度下電壓功率關(guān)系從圖 23 至圖 26 中可以看出光伏陣列的輸出電壓、輸出電流和輸出功率不13 / 68僅與自身的參數(shù)設(shè)置、型號(hào)結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與周?chē)h(huán)境和工作狀態(tài)有關(guān)。由于單塊電池板容量有限輸出功率較小，滿(mǎn)足不了系統(tǒng)需求，又考慮到出口DC/DC 變流器、母線(xiàn)電壓等因素，本文將采用 15*1760 的光伏陣列，設(shè)定參考條件下單塊電池板短路電流 、開(kāi)路電壓 =、輸出最大功率時(shí)電流sc==、電壓 =35V、電流影響系數(shù) =、電壓影響系數(shù) =。將式(22)和式(23)帶入式(21) 得到： （24）pvst()/pvpvsc0 shURI IIIe?? ???式(24)中明顯含有代數(shù)環(huán)，代數(shù)環(huán)除了會(huì)大幅度減緩模擬仿真速度外，在某些仿真環(huán)境下甚至?xí)绊懛抡娴木?，?dǎo)致仿真結(jié)果有較大誤差甚至產(chǎn)生錯(cuò)誤結(jié)果。 光伏陣列等效電路及數(shù)學(xué)模型基于二極管的光伏陣列等效模型 [47]如圖 22 所示。但該結(jié)構(gòu)包含交流和直流兩條母線(xiàn)，為了維持系統(tǒng)穩(wěn)定性高需對(duì)交流側(cè)和直流側(cè)同時(shí)控制，增加了控制的難度。 交直流混合微網(wǎng)具有一條交流母線(xiàn)和一條直流母線(xiàn)，直流側(cè)微源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、負(fù)荷等經(jīng) DC/DC 變流器連接到直流母線(xiàn)；交流微源以及交流負(fù)荷通過(guò)變壓器連接到交流母線(xiàn)。交直流混合微網(wǎng)以其綜合利用率高，控制靈活逐漸成為人們研究的重點(diǎn)。針對(duì)孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下，必須保證交流側(cè)與直流側(cè)穩(wěn)定，以及蓄電池容量有限不能長(zhǎng)時(shí)間充放電的問(wèn)題，研究微網(wǎng)系統(tǒng)孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和蓄電池協(xié)同控制策略，協(xié)調(diào)好各微源的調(diào)節(jié)作用，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，并實(shí)現(xiàn)蓄電池調(diào)節(jié)功率快速歸零，保證最大備用容量。分析各微源的運(yùn)行特性，研究聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行與孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下微網(wǎng)系統(tǒng)的控制策略，解決微網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題。但該算法并沒(méi)有考慮電價(jià)因素，無(wú)法實(shí)現(xiàn)降低用電成本的目標(biāo)。但是其采用單一峰谷電價(jià)，算法不能很好的適應(yīng)多種價(jià)格的分時(shí)電價(jià)政策。通過(guò)引入激勵(lì)政策，進(jìn)行主動(dòng)負(fù)荷響應(yīng)，調(diào)節(jié)各電器設(shè)備的運(yùn)行時(shí)段，可有效的縮小燃?xì)廨啓C(jī)輸出峰谷差，提高燃?xì)廨啓C(jī)綜合利用效率。這會(huì)導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)出力峰谷差過(guò)大的問(wèn)題。對(duì)于多微源協(xié)同調(diào)節(jié)以及交直流離合等研究較少。提出了利用雙向 AC/DC 變流器快速改變微網(wǎng)頻率和相位的 PoC 無(wú)沖擊投切策略。新方法提高了混合微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，并使控制更加靈活。并詳細(xì)的分析了各種控制模式的優(yōu)缺點(diǎn)。該微網(wǎng)的直流母線(xiàn)連接儲(chǔ)能單元、PV 和直流負(fù)荷；交流母線(xiàn)連接燃汽輪機(jī)、交流負(fù)荷，并通過(guò) DC/AC 變流器連接 PV 和燃料電池；交流母線(xiàn)與直流母線(xiàn)之間通過(guò)雙向 ACDC 變流器連接，系統(tǒng)在交流母線(xiàn)上通過(guò)公共耦6 / 68合點(diǎn)與外電網(wǎng)相連。其中，多環(huán)微網(wǎng)采用環(huán)狀結(jié)構(gòu)可以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；輻射狀微網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以減少斷路器的數(shù)量。在交流微網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行保護(hù)技術(shù)相對(duì)成熟之后，各國(guó)科學(xué)家展開(kāi)了對(duì)直流微網(wǎng)的研究。雖然各個(gè)等級(jí)的交流微網(wǎng)可以充分發(fā)揮微網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展，但是其大量使用電力電子設(shè)備，增加了微網(wǎng)的控制難度，建設(shè)成本，且很多微源經(jīng)過(guò)多次電能轉(zhuǎn)化，造成了很大的浪費(fèi)。由于傳統(tǒng)輸配電網(wǎng)及家用電器都利用交流電，在最初的研究階段，各國(guó)將研究重點(diǎn)放在了交流微網(wǎng)的研究上。 微電網(wǎng)研究現(xiàn)狀2022 年 5 月 27 日，國(guó)家電網(wǎng)宣布，將向社會(huì)資本全面開(kāi)放分布式電源聯(lián)網(wǎng)工程與電動(dòng)汽車(chē)充換電設(shè)施兩大領(lǐng)域。典型交直流混合微網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖 13 所示。2）家用電器中電腦、電視等利用直流電工作的電器直接或者通過(guò) DC/DC 與直流母線(xiàn)相連，電冰箱和風(fēng)扇燈等利用交流電工作的電器與交流母線(xiàn)相連。為了減少微網(wǎng)中電力電子器件的使用，減小損耗，提高微網(wǎng)系統(tǒng)的綜合利用效率。D C 負(fù)荷 D C 負(fù)荷D CD CP o CD CD CA C 負(fù)荷D CA CA C 負(fù)荷D CD CA C D CA C D C能量管理系統(tǒng)A CD C斷路器斷路器燃?xì)廨啓C(jī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)外電網(wǎng)儲(chǔ)能單元光伏發(fā)電直流母線(xiàn)電力傳輸線(xiàn)信息傳輸線(xiàn)圖 12 直流微網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖圖 12 中，直流微網(wǎng)僅含有一條直流母線(xiàn)，光伏發(fā)電和儲(chǔ)能單元等直流微源與直流負(fù)荷直接或者通過(guò) DC/DC 變流器與直流母線(xiàn)相連；風(fēng)電發(fā)電機(jī)和微型燃?xì)廨啓C(jī)等交流微源與交流負(fù)荷通過(guò) AC/DC 變流器與直流母線(xiàn)相連；直流母線(xiàn)通過(guò)聯(lián)網(wǎng) AC/DC 變流器與外電網(wǎng)相連。整個(gè)微網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行主要通過(guò)微網(wǎng)能量管理系統(tǒng)控制。 交流微網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，目前已有許多示范工程，具有代表性的為美國(guó) CETRS 出資建設(shè)的微電網(wǎng)，其單線(xiàn)圖如圖 11 所示。如何引入激勵(lì)政策，來(lái)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)負(fù)荷響應(yīng)具有重要研究意義。2 / 68當(dāng)外電網(wǎng)發(fā)生事故或者電能質(zhì)量低于最低標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，微網(wǎng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入孤網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。交直流混合微網(wǎng)具有聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行與孤網(wǎng)運(yùn)行兩種狀態(tài)。按照微網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特點(diǎn)，可將其分為交流微網(wǎng)、直流微網(wǎng)和交直流混合微網(wǎng)。但因分布式發(fā)電受環(huán)境影響隨機(jī)性較大，將其大量聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行可能會(huì)給電力系統(tǒng)帶來(lái)較大的沖擊，并導(dǎo)致相應(yīng)的電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性降低以及電能質(zhì)量不能夠滿(mǎn)足最低要求等一系列嚴(yán)重問(wèn)題。但是隨著化石能源的逐漸枯竭、核電項(xiàng)目受限、電力結(jié)構(gòu)老化、環(huán)境污染嚴(yán)重、傳統(tǒng)電力系統(tǒng)容易受到攻擊、城市配電系統(tǒng)升級(jí)緩慢以及多次大規(guī)模停電事故等問(wèn)題相繼出現(xiàn) [14]。項(xiàng)目名稱(chēng)：《智能電網(wǎng)與電動(dòng)汽車(chē)環(huán)境友好集成與交互基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究》 （51361130153） 。最后，針對(duì)可再生能源波動(dòng)性大，日負(fù)荷曲線(xiàn)與可再生能源輸出曲線(xiàn)不相符，利用燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)后其輸出曲線(xiàn)峰谷差較大，綜合利用效率低的問(wèn)題，提出了引入電價(jià)激勵(lì)政策的主動(dòng)負(fù)荷響應(yīng)策略。對(duì)于光伏發(fā)電，利用所建立模型分析了不同環(huán)境下光伏電池板的輸出特性，根據(jù)功率電壓特性曲線(xiàn)，利用擾動(dòng)觀(guān)察法在 DC/DC 變流器實(shí)現(xiàn)最大功率追蹤，保證光能的最大利用率；對(duì)于風(fēng)力發(fā)電，詳細(xì)分析了其各模塊的數(shù)學(xué)模型，建立其仿真模型并驗(yàn)證了模型的有效性，為后續(xù)風(fēng)電參與頻率調(diào)節(jié)奠定基礎(chǔ)；對(duì)于蓄電池，詳細(xì)分析了其出口雙向 DC/DC 變流器的工作原理，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了其可有效調(diào)節(jié)直流母線(xiàn)電壓。微網(wǎng)具有交流結(jié)構(gòu)、直流結(jié)構(gòu)和交直流混合結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)直流微網(wǎng)或交流微網(wǎng)相比，交直流混合微網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活、能量利用率高，但控制復(fù)雜。為了保證不同運(yùn)行狀態(tài)下交直流混合微網(wǎng)在小擾動(dòng)下能夠穩(wěn)定運(yùn)行，本文對(duì)不同運(yùn)行模式下的控制策略進(jìn)行了研究。其次，本文根據(jù)交直流混合微網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)提出了混合微網(wǎng)系統(tǒng)協(xié)同控制策略。該策略利用蟻群算法，以最小用電費(fèi)用為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行用電任務(wù)安排。關(guān)鍵詞：混合微網(wǎng)；協(xié)同控制；主動(dòng)負(fù)荷響應(yīng)；蟻群算法；削峰填谷II / 68AbstractIn recent years, microgrid system has brought modern electric power systems research into a new era because of its advantages, it promotes the development of power system greatly by integrating the advantages of a variety of microsources. Comparing with traditional AC or DC microgrid, a hybrid AC/DC microgrid has flexible structure and high energy efficiency but plex control. This paper researched on the control strategy of hybrid AC/DC microgrid in different operating status to ensure the stable operation in small perturbations. In order to reduce abandoning wind and sun, improve the utilization efficiency and realize load shifting, this paper researched on the active load response by swarm intelligence algorithm.Firstly, this paper established the mathematical model of typical