计及源_荷不确定性的光伏供电系统优化控制.pdfVIP

摘要

摘要

随着化石能源的消耗和污染问题日益严峻，全球对可再生能源的需求不断

增加，光伏供电系统作为能源转型的重要组成部分也得到了广泛的关注。光伏

供电系统在运行过程中，其效率和稳定性通常会受到因外界环境变化引发的发

电侧，即“源”侧不确定性影响，以及因负荷类型与用户用电习惯不同引发的

负荷侧，即“荷”侧不确定性影响。因此，本文从光伏供电系统的结构出发，

综合考虑源/荷两侧不确定性对系统模块级控制的影响，进而通过对控制算法的

优化来提高系统的运行效率和稳定性。

针对“源”侧不确定性，从光伏阵列与接口变换器的模型出发，分析了环

境变化对光伏发电性能的影响。对于恒压控制模式，从滑模面选取、控制律设

计和稳定性分析三个方面设计了非奇异终端滑模控制器，提升了系统的响应速

度与抗扰动能力。对于最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking,MPPT)

控制模式，在粒子群算法的基础上提出了随机漂移粒子群算法，并将其与非奇

异终端滑模相结合，不仅实现了局部遮阴环境下的全局MPPT，而且对智能化

MPPT的速度实现了很大提升。

针对“荷”侧不确定性与“源”侧不确定性共同造成的光伏供电系统功率

波动问题，引入了锂离子电池与双向接口变换器作为储能模块，从系统结构出

发分析了功率波动与母线电压波动之间的关系，应用了线性自抗扰控制实现了

对系统母线电压稳定性的维持。

针对多个分布式功率模块接入光伏供电系统的情况，在对传统直流下垂控

制的缺陷进行分析后，提出基于下垂平移法的算法改进思路。基于固定时间一

致性理论，提出一种兼具高稳态和高动态均流精度的二次协调控制方法，分别

设计了电压恢复控制器和电流均衡控制器，利用Lyapunov稳定性定理证明了所

提方法的稳定性。

针对优化控制算法的验证，除了对每一部分进行仿真分析外，还搭建了包

含光伏发电模块、储能模块和负载的硬件实验平台，利用RTBox1作为控制器，

将优化控制策略应用在光伏供电系统的实际控制中，实现对本课题所提优化控

制算法的实验验证。

关键词：光伏；源/荷不确定性；最大功率点跟踪；储能；二次控制

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Abstract

Abstract

Withtheincreasingseverityofthedepletionandpollutionissuesassociated

withfossilfuels,theglobaldemandforrenewableenergycontinuestorise.

Photovoltaic(PV)powersupplysystems,asanimportantcomponentoftheenergy

transition,havealsoattractedwidespreadattention.Duringtheiroperation,the

efficiencyandstabilityofphotovoltaicpowersupplysystemsareoftenaffectedby

uncertaintiesonthegenerationside,thatis,thesourceside,causedbychangesin

theexternalenvironment,aswellasuncertaintiesontheloadside,thatis,theload

side,causedbydifferentloadtypesanduserelectricityconsumptionhabits.

Therefore,thispaper