Low Voltage Bipolar Type DC Microgrid 低压直流微网建设
孤岛运行模式下的低压微电网控制策略
并网运行模式下，微电网系统对微源的可靠性要求不高;孤岛运行模式下，则需要依靠可靠的DG和储能系统来保证微电网平稳运行。
为此，本文以风光储多种微源低压微电网作为研究对象，采用基于主从控制的源荷平衡控制策略，确保在孤岛运行模式下微电网功率保持平衡、电压和频率保持稳定。
通过MATLAB建立微电网模型，仿真结果验证了低压微电网在孤岛运行模式下，采用该控制策略的可行性和有效性。
01.低压微电网的系统组成本文的研究对象是风光储低压微电网系统，该系统如图1所示。
图1低压微电网系统图微电网系统由风机、光伏电源、储能电池、变流器、负荷、配电网控制系统等组成。
发电侧包含风机、光伏电源、储能电池等，通过变流器将微源的输出转换为满足并网条件的电能;用电侧根据负荷优先级的不同，分为重要负荷与可控负荷。
为了能与配电网友好融合，微电网包含三个层级的控制系统，即配网级的能量管理系统(EMS)、微电网级的微电网中央控制器(MicroGridCentralController，MGCC)单元级的微源和负荷的就地控制器，三者互为联系协调配合，保障微电网稳定运行。
微源控制器包含在逆变器中，将微源的运行状况实时地送往MGCC;负荷控制器为低压测控装置，一方面可将负荷用电情况送往MGCC，另一方面可根据MGCC的指令投切负荷;MGCC根据单元级控制系统上送的电气信息对微电网进行统一协调控制，同时接收EMS下发的调控指令。
另一方面，微电网的运行与各微源特性、负荷特性密切相关，为了平抑DG的出力波动以及负荷的需求波动，对储能系统进行有效的能量管理至关重要。
同时，微电网的孤岛运行亟需解决电压和频率的管理、微源和负荷的平衡等问题，因此，需要可靠的储能系统充放电策略和源荷协调控制策略保证微电网的平稳运行。
02.孤岛模式下低压微电网的控制策略2.1微源控制策略光伏、风机、储能电池等DG经过电能变换装置接入微电网，其基本控制方法包括V/f(恒压/恒频)控制、PQ(恒功率)控制和Droop(下垂)控制等[9]。
-微电网及分布式电源并网标准体系介绍-20160330
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国标 国标 工程网接入系统设计规范 微电网接入配电网系统调试与验收规范 微电网接入配电网测试规范 微电网接入配电网运行控制规范 微电网监控系统技术规范 微电网能量管理系统技术规范 微电网工程设计规范
在编 在编 报批 报批 在编 在编 在编 在编
分布式电源
分类
燃料类型 水电 太阳能发电 风电 煤层气 转炉煤气 资源综 高炉煤气 合利用 工业余热 余压
接入电网形式
逆 同步 异步 能量转换方式 变 电机 电机 器 水轮机 逆变器 直驱式 感应式 双馈式 微燃机 内燃机 燃气轮机 √ √ √ √ √ √ √ 燃料类型
分类
接入电网形式 逆 同步 异步 能量转换方式 变 电机 电机 器 汽轮机 汽轮机 微燃机 内燃机 √ √ √ √
序 号
标准类型
状态
标准名称
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国标
已报批
分布式电源配网并网运行条件
2
国标
已立项
分布式电源并网运行控制规范
3
国标
已立项
分布式电源并网继电保护技术规 范 分布式电源并网工程调试与验收 标准
4
工程建设国标
已立项
P23
分布式电源并网在编/已发布标准-国标4项、行标6项
序号 标准类型 状态 标准名称
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4
5 6 7 8
P27
国标
国标 国标 国标 工程建设 国标
微电网已立项标准-国标8项、行标6项
序 号 标准类型 标准名称 备注
9 10 11 12 13 14
行标 行标 行标 行标 行标 行标
微网系统接入系统验收实验标准 微电网运行控制系统功能规范 离网型微网运行管理规范 离网型微电网监控技术规范 微电网规划与设计导则 微电网运行与控制技术条件
孤岛直流微网建模及其控制策略研究
孤岛直流微网建模及其控制策略研究孤岛直流微网（Islanded DC Microgrid）是指由多种可再生能源和存储设备组成的小型电力系统。
由于其独立运行的特性，使得孤岛直流微网对于电网抗灾和提供可靠的电力供应有很大的潜力。
本文将对孤岛直流微网的建模和控制策略进行研究。
首先，我们需要建立孤岛直流微网的电路模型。
孤岛直流微网主要由可再生能源，如太阳能和风能，以及能源存储设备和直流负载组成。
我们可以将太阳能和风能的输出功率表示为Pv和Pw，将能源存储设备的输出功率表示为Pb，将直流负载的功率表示为Pl。
则整个孤岛直流微网的电流平衡方程可以表示为：Pv+Pw+Pb=Pl此外，我们还需要考虑电路参数的变化以及各种设备的动态响应速度。
因此，我们可以通过微分方程的方式来表示整个孤岛直流微网的动态行为。
接下来，我们需要设计控制策略来实现孤岛直流微网的稳定运行。
常见的控制策略包括功率平衡控制和电压/电流控制。
功率平衡控制旨在实现能源生产和消耗之间的平衡，以防止能源供应不足或过剩。
电压/电流控制则是为了保持微网内部各设备的电压和电流在一定的范围内，以保证系统的稳定和安全运行。
功率平衡可以通过频率控制器来实现。
频率控制器可以根据微网内部的功率匹配关系和负载需求来调节太阳能、风能和储能系统的输出功率。
具体来说，当能源生产过剩时，控制器可以减小太阳能和风能的输出功率，并将多余的能量储存在能源存储设备中；当能源供应不足时，控制器则可以增加太阳能和风能的输出功率，以及从能源存储设备中提取能量。
电压/电流控制器可以通过调节直流-直流转换器的控制参数来实现。
直流-直流转换器可以实现能源的传输和调节，同时，它可以通过调节输出电压和电流来控制微网内设备的电压和电流，并确保系统运行在稳定的工作点上。
最后，我们需要进行仿真实验和实际测试来验证孤岛直流微网的建模和控制策略。
通过仿真和实验，可以评估系统的性能和鲁棒性，并进一步优化控制策略。
直流微电网储能系统双向DCDC变换器控制策略研究
结论
1、针对不同类型和规格的储能器件，研究其最佳充电和放电策略，以提高储 能系统的性能和寿命；
结论
2、结合先进的信号处理和机器学习技术，开发更加智能化和自适应的能量管 理策略；
结论
3、研究更加高效和可靠的电力电子变换器拓扑和控制方法，以提高双向DCDC 变换器的功率密度和系统效率；
结论
4、针对不同应用场景和市场需求，开展直流微电网储能系统的示范应用和商 业模式探索。
双向DCDC变换器控制策略研究
在电压反馈控制方面，我们可以通过引入鲁棒控制算法来提高系统的抗干扰 性能，并采用现代控制理论中的优化方法来优化系统的动态响应。此外，我们还 将研究如何通过优化电压反馈控制的参数来提高系统的稳定性和可靠性。
双向DCDC变换器控制策略研究
在电流反馈控制方面，我们可以采用电流断续控制策略来避免过流保护的问 题，并引入智能传感器以提高电流反馈控制的精度和响应速度。此外，我们还将 研究如何通过优化电流反馈控制的参数来变换器控制策略研究
双向DCDC变换器控制策略研究
本次演示将深入研究双向DCDC变换器的控制策略。首先，我们将分析不同控 制方式的优缺点，并针对每种控制方式提出相应的改进措施。其次，我们将研究 变换器在不同工作状态下的动态特性，并探讨如何设计相应的控制策略以实现能 量的高效转换。最后，我们将通过实验验证所提出控制策略的有效性和优越性。
双向DCDC变换器控制策略研究
在双环控制方面，我们将研究如何通过优化电压环和电流环的参数来提高系 统的稳定性和可靠性。此外，我们还将探讨如何通过引入智能控制算法来优化双 环控制的动态响应和鲁棒性。
直流微电网储能系统控制策略研 究
直流微电网储能系统控制策略研究
在上述研究的基础上，我们将结合双向DCDC变换器探讨直流微电网储能系统 的控制策略。首先，我们将分析直流微电网储能系统的组成和工作原理，并深入 探讨如何将双向DCDC变换器应用于其中。其次，我们将研究如何通过优化储能系 统的控制策略来实现能量的高效转换和系统性能的优化。最后，我们将通过实验 验证所提出控制策略的应用前景和实际效果。
未来建筑新蓝图直流微电网系统
未来建筑新蓝图直流微电网系统随着配电系统的发展，直流微电网比交流微电网更具优势，更能适应绿色、高效、可持续性的要求，在未来建筑能源系统的发展中有巨大的潜力。
然而，目前在建筑中大规模引入直流系统仍然有较大挑战，直流配电节能效果究竟如何也难以评估，其影响因素有很多，比如建筑类型，可再生能源及储能技术的应用，电源转换组件的数量和效率，线路长度及其损耗，整个电力系统的配置等等。
目前，一些国家已经纷纷开展了直流配电网的研究，提出了各自的直流配电网概念和发展目标。
美国相对较早开始了直流配电网的研究。
2015年2月，美国节能联盟(Allianceto Save Energy)发起了SEI(SystemsEfficiency Initiative)研究计划，致力于提高美国建筑系统能效，推动建筑节能的商业性发展。
2017年，美国节能联盟发布了“Going Beyond Zero: A SystemsEfficiency Blueprint for Building Energy Optimization and Resilience”报告。
该报告对美国建筑能效技术和政策背景进行了调研，总结了美国建筑能源优化和弹性电网方面的调研结果，并提出相应的一系列建议推动节能项目发展。
本文节选报告中直流微电网相关内容进行介绍。
发现1：直流配电在美国国家能源政策、能源计划和项目实践中存在亟待填补的空白目前，直流配电系统研发和部署工作尚未列入美国国家能源政策或计划之中。
直流建筑系统涉及事项跨度广阔，各利益相关方比如政府，科研人士以及私营企业都有机会从中获益。
美国能源部联邦能源管理计划(FEMP)已经确定了58个光伏项目，总计超过325兆瓦的发电容量。
针对这一问题，报告给出如下建议：建议1.1：能源部建筑技术办公室(BTO)应做到：对现有规模的直流供电建筑进行持续评估，包括节能性，可靠性，弹性和经济性;对目前进行中的建筑直流配电或终端设备示范项目进行展示与行业或消费者合作，根据已有评估和示范项目，明确推广直流配电的技术、制度和市场障碍综合能源部(DOE)已制定的能效和可再生能源目标，制定应对策略克服目前障碍建议1.2：DOE / BTO应与其他联邦电力项目合作开展相关活动，加快直流供电系统的商业开发，提高其市场接受度。
中低压直流配电网规划设计技术规范-标准全文
中低压直流配电网规划设计技术规范Technical specification for planning and designing of Medial & Low DCDistribution Network目次目次 (2)前言 (3)中低压直流配电网规划设计技术规范 (4)1 范围 (4)2 规范性引用文件 (4)3 术语和定义 (5)4 总则 (5)5 主要技术原则 (5)5.1 供电分区 (5)5.2 负荷预测分析 (6)5.3 电压等级 (6)5.4 容载比 (7)5.5 无功补偿 (7)5.6 电能质量及其监测 (7)5.7 电气计算 (7)6 一次系统设计 (8)6.1 网架结构 (8)6.2 设备选型 (9)7 二次系统设计 (10)7.1 继电保护 (10)7.2 直流电能量计量装置 (11)7.3 通信系统 (11)7.4 自动化 (11)8 接入要求 (12)8.1 分布式电源接入 (12)8.2 储能接入 (12)8.3 充换电设施接入 (12)8.4 用户接入 (12)附录 A （资料性附录）直流配电网直流侧电网结构示意图 (14)编制说明............................................................. 错误!未定义书签。
前言本标准根据GB/T-2009《标准化导则第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。
本标准由中国电力企业联合会提出。
本标准由直流配电系统标准化技术委员会归口。
本标准的附录A为资料性附录。
本标准起草单位：国网安徽省电力有限公司经济技术研究院、国网上海能源互联网研究院、中国电力科学研究院有限公司、国网安徽省电力有限公司、国网安徽众兴电力设计院有限公司。
本标准起草人：。
本标准为首次发布。
本标准在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心（北京市白广路二条一号，100761）。
低压微电网多源协调控制策略研究
摘要微电网是集分布式电源、储能装置、能量转换装置、控制装置、监控保护装置、能量传输线路及负荷于一体的小型发电、配电及供电系统。
而分布式电源通过逆变装置接入电网，充分利用分布式电源的优势和逆变装置的灵活可控为改善微电网系统的电能质量提供了条件。
在低压微电网中采用下垂控制实现微源逆变器功率分配时造成电压跌落，如何实现逆变器功率的精确分配和电压稳定的均衡控制成为低压微电网稳定运行的关键问题。
因此，本文研究了基于虚拟阻抗的下垂控制，在此基础上，利用基于分层控制的协调控制策略提高逆变器功率分配精度与电压稳定的均衡控制。
首先，研究了微电网常用控制策略以及微电网接口逆变器中常用的控制方法。
建立风力发电、光伏电池、储能蓄电池和燃料电池的数学模型，并利用MATLAB/Simulink 仿真软件对其出力特性进行仿真分析。
其次，分析逆变器功率传输特性，设计功率控制器和电压电流环控制器。
针对低压微电网中逆变器输出功率的精确分配与电压稳定的均衡控制问题，提出基于虚拟阻抗的改进下垂控制策略，通过引入虚拟阻抗控制环可实现功率解耦，提高逆变器功率输出精度和电压稳定性。
再次，针对孤岛过渡期间及孤岛模式下因微源逆变器测量环节的延时和微源响应速度慢而造成微电网系统电压跌落，改进燃料电池和储能电池的功率控制环，提出基于分层控制的联网和孤岛模式下微电网运行控制策略，保证系统暂态稳定性。
最后，在MATLAB/Simulink仿真环境下对基于分层控制的联网和孤岛模式下的微电网运行控制策略进行仿真分析。
仿真结果表明本文所提出的基于虚拟阻抗的改进下垂控制策略在功率精确分配与电压稳定的均衡控制中具有良好的控制效果，对低压微电网系统的暂态稳定性和电能质量的提高具有重要意义。
关键词：微电网，功率均分，下垂控制，分层控制，协调控制AbstractMicrogrid is a small power generation, distribution and consumption system that integrates distributed power supplies, energy storage devices, energy conversion devices, control devices, monitoring and protection devices with energy transmission lines and loads. The distributed power supply in the microgrid is connected to the grid through the inverter device, and making full use of the advantages of the distributed power supply and the flexible controllability of the inverter device can lay a foundation for improving the power quality of the microgrid system. In the low voltage microgrid, the droop control is used to control the voltage drop when the power distribution of the micro-source inverter is realized. How to realize the equalization control of the inverter power and the stability of the voltage stabilization becomes the key problem of the stable operation of the low voltage microgrid. Therefore, this paper studies the droop control strategy based on virtual impedance. On this basis, the hierarchical coordination control strategy is used to improve the equalization control of inverter power sharing and voltage stability.Firstly, the paper has studied the common control strategy of microgrid and the control method commonly used in microgrid interface inverter. The mathematical model of wind turbine, photovoltaic cell, battery energy storage unit and fuel cell is established. And the output characteristics of the distributed generation unit are simulated by MATLAB/Simulink.Secondly, the paper analyzing the power transmission characteristics of inverter, designing power controller and devising loop controller of voltage and current. In order to solve the problems about t he precise distribution of inverter’s output power and balanced control of stable voltage, the thesis has proposed an improved droop control strategy. By introducing virtual impedance control loop, it can realize power decoupling and improve the power output accuracy of the inverter and voltage stability.Thirdly, in order to solve the problem of the voltage drop of the microgrid system, which is caused by the delay of the micro-source inverter and the slow response of the micro-source inverter during the transition period of the island, the paper has improved the measurement of energy storage battery and the power control loop of fuel cell and energy storage battery and has proposed the multi-micro-source coordinated control strategy of microgrid based onhierarchical control to ensure system transient stability.Finally, the control strategy of microgrid operation based on hierarchical control and islanding mode is simulated by MATLAB/Simulink simulation software. The simulation results show that the improved droop control strategy based on virtual impedance has a good control effect on the equalization control of power precise distribution and voltage stability, which is of great significance to the transient stability and power quality improvement of low voltage microgrid system.Key Words:Microgrid, Power sharing, Droop control, Hierarchical control, Coordinated control目录1.1 课题研究背景和意义 (1)1.2 微电网运行控制的研究现状 (2)1.2.1 分布式发电控制技术研究现状 (2)1.2.2 微电网分层控制研究现状 (4)1.3 本文研究内容 (6)2.1 引言 (7)2.2 微源与微电网运行控制 (7)2.2.1 微源逆变器的控制方法 (7)微电网运行控制策略 (9)2.3 风力发电系统 (11)2.3.1 永磁风力发电系统的数学模型 (11)2.3.2 永磁风力发电的运行特性 (13)2.4 光伏发电系统 (15)2.4.1 光伏发电系统的数学模型 (15)2.4.2 光伏电池的运行特性 (15)2.5 蓄电池储能系统 (17)2.5.1 储能蓄电池的数学模型 (17)2.5.2 储能蓄电池的运行特性 (18)2.6 燃料电池系统 (19)2.6.1 燃料电池的数学模型 (20)2.6.2 燃料电池的运行特性 (22)2.7 本章小结 (23)摘要 ........................................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................................... I I第1章 绪论 (1)第2章 分布式电源建模与微电网运行控制 (7)第3章 基于虚拟阻抗的改进下垂控制策略 (24)2.2.23.2逆变器功率传输特性分析 (24)3.3基于虚拟阻抗的改进下垂控制 (27)3.3.1 功率控制器的设计 (27)3.3.2 基于虚拟阻抗的功率解耦控制 (29)3.3.3 引入虚拟阻抗的系统电压分析 (30)3.3.4 虚拟阻抗参数设置 (31)3.4电压电流双环控制器设计 (33)3.5下垂控制仿真分析 (34)3.6本章小结 (39)第4章基于分层控制的微电网多源协调控制策略 (40)4.1引言 (40)4.2微电网控制系统分析 (40)4.3微电网分层控制策略 (41)4.4基于二级控制的电压与频率反馈控制 (42)4.5联网模式下的运行控制策略 (43)4.6孤岛模式下的运行控制策略 (44)4.6.1 燃料电池逆变器的控制策略 (45)4.6.2 储能逆变器的控制策略 (45)4.7仿真分析 (46)4.8本章小结 (52)第5章结论 (54)参考文献 (55)在学研究成果 (58)致谢 (59)第1章绪论1.1 课题研究背景和意义近年来，由于环境污染问题与传统化石燃料能源之间的矛盾以及化石能源的枯竭，能够替代传统能源和环境友好型的可再生能源（renewable energy sources，RESs）成为当前发展的趋势，随分布式发电技术的不断成熟，其在电能质量、经济性、可靠性和灵活性等方面不断的提高，是以风光等RESs为主导的分布式发电（distributed generation，DG）系统产生的根本原因[1]。
低压直流供电技术研究综述及工程案例
低压直流供电技术研究综述及工程案例1.引言由于直流输电技术水平的限制，直流输配电比交流方式更难实现，现今的电力系统仍以交流输配电为主。
近年来，随着电力电子技术的发展，直流输配电面临的技术问题得到了逐步解决，直流系统的技术优势也已呈现。
相比于交流系统，直流系统可以显著提高输配电运行水平，使输配电更简单、高效，并且降低了输配电成本。
在电力用户侧，光伏发电、储能电池和现代电力电子负载等直流终端大量接入，使得直流供电系统比交流系统更具优势。
大部分可再生能源发电系统为直流电源，如光伏电池和燃料电池。
虽然风力发电机是交流电机，但其需要经过交-直-交变换才能通过交流并网，而通过直流并网可以避免双变换，使风电系统并网更加方便和高效。
电视、LED灯、电话、电脑等现代电力电子负载内部都是直流负载，未来电动汽车的普及将会增加直流供电需求，促进直流供电发展。
可见，直流供电技术的发展，主要受直流技术优势的内在驱动，以及分布式能源和直流负荷发展的外在促进。
本文首先介绍直流供电技术发展现状，然后分析直流供电的关键技术和设备研制情况，最后整理了直流供电的工程研究与应用情况。
2.直流供电技术现状2.1 低压直流技术发展情况19世纪80年代，安迪生电力照明公司利用“巨汉号”直流发电机给上千只白炽灯供电，形成了直流供电技术的雏形。
到20世纪末，低压直流配电已成功应用于数据通信中心、航空、舰船和城市轨道交通等对供电质量要求较高的领域。
2010年，美国弗吉尼亚理工大学提出SBN(sustainable building and nanogrids)系统，该系统有DC 380V和DC 48V2个电压等级。
美国北卡罗来纳大学提出了用于接纳和管理新能源的FREEDM(the future renewable electric energy delivery and management)的交直流混合配电网，英国、瑞士和意大利等国学者提出了类似功能的UNIFLEX-PM(universal and flexible power management)系统。