直流微电网运行控制策略研究
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电器与能效管理技术(2017N
〇. 3)
•微电网•
直流微电网运行控制策略研究
王前双1，尹昌新2，常乾坤3，杨涛1
(1.
南京南瑞集团公司，江苏南京210061;
2.
国家电网公司，北京100031 ;
3.
国网北京市电力公司，北京100031 )
摘要：分析了直流微电网的网络架构、组成单元及控制原理，并据此给出了一种
直流微电网设计实例。针对直流微电网的并网与离网运行特性，基于瞬时功率平衡原
理，分别提出了双向AC/DC
变换器和储能双向DC/DC
变换器在两种模式下的定电压
控制策略。仿真和试验结果验证了所构建的直流微电网和控制策略的正确性和可行
性，且能实现并网、离网以及并/
离网切换的稳定运行。
关键词：直流微电网，■
瞬时功率平衡；双向AC/DC
变换器；双向DC/DC
变换
器，■定电压控制策略
中图分类号：TM 73
文献标志码：A
文章编号：2095-8188(2017)03-0034-06
DOI:
10. 16628/j.cnki. 2095-8188. 2017. 03. 006王前双（1985—)
男，工程师，主要从
事电力电子在电力
系统中的应用、新
能源以及微电网领
域方向的研究。
Research on Control Strategy for DC Micro-grid
WANG Qianshuang1，YIN Changxin2, CHANG Qiankun3，YANG Tao1
(1. Nari
Technology
, Co
., Ltd
., Nanjing
210061
, China
；
2. State
Grid
Corporation
of
China
, Beijing
100031, China
；
3. State
Grid
Beijing
Electric
Power
Company
, Beijing
100031 , China
)
Abstract
：
This paper analyzed the network architecture, component and control principle of DC micro-grid, and
proposed a design example of DC micro-grid. Based on the principle of instantaneous power balance, the constant
voltage control strategy of bidirectional AC/DC converter and battery bidirectional DC/DC converter are proposed in
the grid-connected mode and off-grid mode for the different characteristics. The simulation and experiment results
verify the correctness feasibility of the construction of DC micro-grid and the proposed control strategy which can
operate stably in the grid-connected mode, off-grid mode and grid-connected from/to off-grid mode.
Key words
： DC micro-grid
； instantaneous power balance
； bidirectional AC/DC converter
； bidirectional
DC/DC converter
； constant voltage control strategy
〇引言
微电网可分为交流微电网和直流微电网，交
流微电网研究较为成熟且应用广泛，但考虑到分
布式能源的利用效率以及日益增加的直流负荷，
采取交流供电方式不仅会增加系统成本和电力电
子变换所带来系统损耗，还会带来一些电压波动、
三相不平衡等电能质量问题，因此有必要引人高
度可控和灵活运行的直流电力技术，构成直流微电网。直流微电网可以充分发挥分布式电源的价
值和效益，减少电力电子变换所带来的能源损耗
并提高用户侧电能质量，近年来发展迅速。
直流微电网仅需考虑有功功率的平衡，无需考
虑无功功率流动，因此直流母线电压为衡量系统稳
定的唯一指标。当直流微电网系统内功率发生波
动时，直流母线电压波动范围应在额定电压±5%
以内，一旦电压失稳，就会引起系统保护，导致供电
中断。因此，对直流微电网的变换器必须进行有效
尹昌新（1958—
），男，高级工程师，主要从事电网企业管理、生产、运行、技术研究等工作。
常乾坤（1985—
），男，博士，高级工程师，主要研究方向为大功率电力电子变流技术。
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—•微电网•电器与能效管理技术(2017NO
. 3)
控制，达到维持直流母线电压稳定的目的。
目前，对直流微电网的构成、运行模式、控制
方式等已有初步理论研究。文献[1]提出了将直
流微电网母线电压的偏移量分为3个等级，根据
偏移量的大小采取不同的方法平衡能量；文
献[2]提出了适用多代理系统进行直流微电网稳
定控制，但两者都是从能量管理角度进行分析，未
涉及到直流微电网内电力电子装置的建模和控制
策略;文献[3]提出了一种定电压控制策略，但是
只针对并网模式，并未涉及离网模式。本文将针
对直流微电网的运彳了特性，基于瞬时功率平衡，在
并网和离网两种模式下研究基于直流母线电压平
衡的双向
AC/DC变流器、储能双向
DC/DC变流
器的控制策略。在并网模式下，通过双向
AC/DC
变换器提供电压支撑;在离网状态下，通过储能双
向
DC/DC变换器提供电压支撑，可以有效避免两
者对功率调节的竞争，实现直流微电网在并网和
离网两种状态下的稳定运行。
1直流微电网的架构及运行模式
1.1直流微电网的架构
本文以某直流微电网为例，结构如图1如示。
风力发电模拟器
直流母线
图1
直流微电网的构成架构
图1的结构中，主要由以下几部分组成：
(1) 光伏发电单元:光伏电池通过
DC/DC变
换器接入直流微电网，光伏
DC/DC正常运行时工
作于最大功率点跟踪（
Maxi麗
m
Power
Point
Tracking，
MPPT)方式，以尽可能地输出最大功率，
但在某些特定情况下需要降功率运行。
(2) 风力发电模拟单元:风力发电模拟系统
通过
AC/DC变换器接入直流微电网，风力发电系
统
AC/DC变换器正常运行时工作于最大功率点跟踪
（Maximum
Power
Point
Tracking，
MPPT)方
式，以尽可能地输出最大功率，但在某些特定情况
下需要降功率运行
(3) 储能单元:本文采用铅酸蓄电池储能，通
过双向
DC/
DC变换器并入直流微电网。直流微
电网并网工作时，蓄电池处于充放电状态，但在主
网发生故障或孤岛运行情况下，储能双向
DC/DC
变换器将作为平衡节点来稳定直流母线电压，以
确保系统的功率平衡和稳定运
彳了。
(4) 负荷单元:直流负荷直接通过
DC/
DC变
换器接入直流微电网，当供电功率不足时，需要根
据负荷的优先级进行负荷减载控制，以确保直流
微电网内的功率平衡及重要负荷的供电质量。
(5) 双向
AC/
DC变流器:直流微电网通过电
压型
PWM变换器并网交流主网，当直流微电网
并网运行时，双向
AC/
DC变换器通过控制直流电
压的稳定来确保直流微电网内部功率平衡，当交
流主网故障时，双向
AC/
DC变流器将进入待机模
式，失去直流母线电压的控制能力。
1.2直流微电网的运行模式
直流微电网可以通过双向
AC/
DC变流器与
主网联网运行，也可以独立运行。本文根据直流
微电网与主网的功率交换方式，将直流微电网的
运行模式分为并网运行以及孤岛运行两种。
(1) 并网运行模式。在并网运行模式下，直
流微电网通过双向
AC/
DC变流器并入交流主网，
可以和交流主网进行能量交换，并且保证直流母
线电压恒定。
(2) 离网运行模式。在离网模式下，双向
AC/
DC变换器处于待机状态，由储能
DC/
DC变
换器维持直流母线电压恒定，保证直流微电网的
正常运行。
为了保证直流微电网的安全稳定运行，本文
着重对双向
AC/
DC变换器和储能双向
DC/
DC变
换器两个电力电子装置进行重点研究。
2双向AC
/DC
变换器
在该系统中双向
AC/
DC的目标是保证在并
网情况下，直流母线电压保持稳定，并能和电网进
行能量交互，主电路结构如图2所示[4]。
图2中所示为双向
AC/
DC双向变换器的拓扑
结构，并以图中所示的电流方向为正方向。在三相
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