基于非线性微分平滑方法的分布式光储直流供电系统电压稳定控制方法.pdf

第４４卷第１８期２０１６年９月ｌ６日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｖｏＩ．４４ＮＯ．１８Ｓｅｐ．１６，２０１６Ｄ０Ｉ：１０．７６６７／ＰＳＰＣ１５１６４６基于非线性微分平滑方法的分布式光储直流供电系统电压稳定控制方法薛花，李海霞，王育飞（上海电力学院电气工程学院，上海２０００９０）摘要：针对光伏发电输出电压的间歇性、随机性问题，提出分布式光储直流供电系统的电压稳定协调控制，实现高可靠性和高品质供电。针对光伏／储能电源输出低电压、大电流，且纹波大特点，提出三相交错并联变流器拓扑，有效抑制光伏输出电压波动。光伏升压变流器设计改进的极值搜索法，实现光伏系统最大功率点跟踪，改善传统算法动态性能。针对光伏输出电压波动问题，储能双向变流器采用电压．电流双环控制策略，采用非线性微分平滑控制方法设计外环电压环，实现系统直流母线电压稳定控制的同时，确保存在负载突变或控制参数摄动的情况下，系统依然能够快速跟踪直流母线电压期望值。结合内环电流环的线性ＰＩ控制，实现分布式光储直流供电系统功率平稳，供电可靠。基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的仿真结果表明，所提出的非线性微分平滑控制方法具有结构简单、稳态误差小、系统稳定性好等特点。关键词：光伏与储能直流供电系统；三相交错式变流器；直流母线电压稳定控制；微分平滑控制方法ＤＣｂｕｓｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ－ｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅＤＣｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｆｌａｔｎｅｓｓｍｅｔｈｏｄＸＵＥＨｕａ，ＬＩＨａｉｘｉａ，ＷＡＮＧＹｕｆｅｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｏｖｅｒｃｏｍｅｔｈｅｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｃｙｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａＤＣｂｕｓｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄ——ｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅ（ＰＶ－ＥＳ）ＤＣｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．Ｆｏｒｔｈｅｌｏｗｖｏｌｔａｇｅａｎｄｈｉｇｈ－ｃｕｒｒｅｎｔｏｕｔｐｕｔ—ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅＰＶｍｏｄｕｌｅａｎｄｔｈｅｂａｔｔｅｒｙ，ｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｐａｒａｌｌｅｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓａｒｅａｄｏｐｔｅｄｉｎｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈｃａｒｌｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｎｈｉｂｉｔｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ．ＦｏｒＰＶｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｅｘｔｒｅｍｕｍｓｅｅｋｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓ—ｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏａｃｈｉｅｖｅｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔ．ＦｏｒＥＳｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，ａｖｏｌｔａｇｅｃｕｒｒｅｎｔｄｕａｌｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｆｌａｔｎｅｓｓｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ａｎｏｕｔｅｒｖｏｌｔａｇｅｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｌａｗｉｓｄｅｒｉｖｅｄ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍＣａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅＤＣｂｕｓｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｗｉｔｈｃｏｎｔｒｏｌｐａｒａｍｅｔｅｒｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎｏｒａｌｏａｄｍｕｔａｔｉｏｎｉｎａｌａｒｇｅｒａｎｇｅ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｉｎｎｅｒｃｕｒｒｅｎｔｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍＣａｌｌｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｓｍｏｏｔｈｔｈｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒ．ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｉｎＭａｆｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｈａｓａｈｉｇｈｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄａｓｍａｌｌｅｒｓｔａｔｉｃｅｒｒｏｒ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（Ｎｏ．５１２０７０８６ａｎｄＮｏ．５１４０７１１４）．—Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ－ｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅＤＣｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ；ｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｐａｒａｌｌｅｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ；ＤＣｂｕｓｖｏｌｔａｇｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｃｏｎｔｒｏｌ；ｎｏｎｌｉｎｅａｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａ１ｆｌａｔｎｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌ０引言分布式光伏发电具有输出电压波动大、系统稳基金项目：国家自然科学基金项目（５１２０７０８６，５１４０７１１４）；上海市自然科学基金项目（１５ＺＲ１４１８２Ｏ０，１５ＺＲ１４１８０００）；上海市教育委员会科研创新项目（１２ＹＺ１３６，１２ＹＺ１３８）；上海绿色能源并网＿Ｔ－程技术研究中心（１３ＤＺ２２５１９００）定性差等问题，结合储能技术的分布式光储直流供电系统凭借高品质、高可靠性供电能力得到广泛应用，而直流母线电压稳定控制成为实际应用中的瓶颈所在＿。分布式光储直流供电系统中，变流装置的拓扑与控制算法设计对于实现光储问的电压稳定协调控制至关重要［３－４］。拓扑方面，传统光伏变流器采用Ｂｏｏｓｔ电路，传统储能变流器采用Ｂｕｃｋ．ｂｏｏｓｔ电路，薛花，等基于非线性微分平滑方法的分布式光储直流供电系统电压稳定控制方法。４７．由于光伏电池与储能电池低电压、大电流的输出特性，传统变流器必须工作在极端占空比下才能获得较高的电压增益，而在极端占空比时又容易引起较大的电压、电流纹波问题Ｌ５Ｊ。交错并联变流器具有电路简单，各相电感电流纹波的抵消作用可以减小输入电流纹波、平滑输出电压波形，有益于提高变流器的动态响应速度及效率。交错并联变流器在分布式光储直流供电系统中的应用亟待拓展ｊ。控制算法方面，目前工程中广泛采用的是线性控制器，典型如ＰＩ调节器，其设计流程明确，能达到功率变流器一般性能要求。但是在输入或负载大范围变化工况下，现有基于特定工作点设计的线性Ⅲ控制难以保证变流器系统具有大信号稳定性。光伏与储能变流器本身具有非线性特性，为此，大量学者将非线性系统控制理论应用于ＤＣ．ＤＣ变流器的分析，提出了多种非线性控制算法。文献［１１】将滑模变结构控制与状态反馈精确线性化相结合，设计出Ｂｏｏｓｔ变换器的非线性控制算法：文献【１２】应用输入／输出线性化理论分析Ｂｏｏｓｔ变换器，提出了非线性电流控制算法；但是这些算法均采用单环结构，计算公式复杂，并且单环结构下限流环节的实现较为复杂。非线性微分平滑控制方法【Ｊ＿ｊＪ直接补偿系统的非线性特性，避免近似处理，可在较宽稳定域内确保系统控制性能，具有算法简单、自由度宽、鲁棒性强的优点。２００９年，文南【１４】将非线性微分平滑控制方法应用于三相电压源变流器，实现无功和电压跟踪控制，但未实现该方法在ＤＣ／ＤＣ变流器的应用研究。２０１０．２０１５年，文献［１５．１８１将非线性微分平滑控制方法应用于光伏电池、燃料电池及超级电容器等混合供电系统的能量管理控制，证明了方法的有效性和可行性。本文针对分布式光储直流供电系统直流母线电压稳定性较差问题，采用电压．电流双环控制策略，外环电压环设计为本质上是非线性的微分平滑控制方法，当系统直流母线电压高于额定值时，将直流母线多余的电能通过双向变流器对蓄电池进行充电；当系统直流母线电压低于额定值时，则对蓄电池进行放电控制，释放能量以提高直流母线电压；实现分布式光储直流供电系统电压平稳，满足负载高品质、高可靠性供电要求。１分布式光储直流供电系统交错并联变流器拓扑设计本文提出的光储直流供电系统主要由光伏电池、储能蓄电池、交错并联变流器及直流负载构成，如图１所示。实现系统直流母线电压稳定控制的变流器设计为三相交错式变流器，其中：考虑输出电压谐波需求和经济性要求，光伏变流器设计为三相交错升压变流器，上桥臂采用二极管，下桥臂采用ＩＧＢＴ；储能变流器设计为三相交错双向变流器，上、下桥臂皆为ＩＧＢＴ。光伏、储能两变流器并联接入直流母线，利用储能蓄电池适时的充放电控制，实现分布式光储直流供电系统输出电压稳定，满足负载高品质、高可靠性供电要求。光伏模块储能蓄电池光伏三相交错升压变流器ＤＰｖＪ．＿ＤＰＶ２：ＤＰｖ：￡Ｐｖ３Ｌ。ａｄＬｐｖ２ＰＣＢｕｓＰＬ。——＝＝———■ｐＰｖｏＶＢｕｓ——”Ｌ———－Ｉｐｖ２／ＰＶｌ一＋ｌ１ＰＶ，擗｝—一————■Ｂａ５●—＋ａＩＯ—…——＿＿ＪＬ－／Ｂａｔ２！ＩＩＢａｔｌ晶１｝ｌＩＶＩｊａｌ一一电睦塑鲤曼图１分布式光储直流供电系统主电路图Ｆｉｇ．１ＰｒｏｐｏｓｅｄｃｉｒｃｕｉｔｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＰＶ－ＥＳＤＣｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ只考虑静态损耗，光伏三相交错升压变流器、储能三相交错双向变流器可以等效为可控电流源串联等值电阻，即系统变流器降阶模型，如图２所示。Ｐｖ、，１３分别表示光伏变流器和储能变流器的静态损耗；ｉｖ、ｉＢ砒分别表示光伏电池与储能电池输出电流；ＰＰＶｏ、Ｐａａｔ。分别表示光伏系统和储能系统输出到直流母线的功率；。表示直流母线电压；ｉＬ。ａｄ、ＰＬ０ａｄ分别表示直流负载电流和功率。系统直流母线电容。储存能量可表示为１．＝÷ＣＢ（１）由图２可以看出，直流母线电容能量的导数为“＝ＰＰｖｏ＋ＰＢ。一ＰＬ。ａｄ（２）其中：／、２ｐＰＶ０＝一ｆｆ（３）Ｖｐｖ厂、２。＝一ｆＩ（４）ａｔ‘ＰＩ。。ｄ＝ｖＢ・ｌＬ。ｄ（５）．．４８．．电力系统保护与控制ＩＰＶ，想开关ｆＬｎａｄｐＰｖ◇＋一◇ＰＰＶｏ｝，Ｖｐｖ————，●ＩＢａｔ饕ＰｕｖＰＢａｌｏＬ—一ｎ＇’ＶＢａｔｌＲＬｕ图２分布式光储直流供电系统变流器降阶模型Ｆｉｇ．２Ｒｅｄｕｃｅｄ－ｏｒｄｅｒｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｔｕｄｉｅｄｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ２分布式光储直流供电系统非线性控制策略设计２．１光伏三相交错升压变流器改进极值搜索法设计为实现太阳能最大化利用，提高光电转化效率，针对光伏三相交错升压变流器，采用极值搜索法实现最大功率点跟踪，算法流程如图３所示，计算光伏发电功率导数的正负，获得在每个时间最大功率点的跟踪方向，再结合上一时刻电压的变化ｄｖｐｖ／ｄｔ，确定当前时刻电压的变化方向是直接保持还是反向。①本文在传统极值搜索算法上做两点改进：在光照突然降低时，会出现误判，增加延时环节，确保了光照强度剧烈变化时最大功率点的准确跟踪以及系②统的稳定性；应用于三相交错升压变流器时，ＭＰＰＴ控制输出ｖＰｖ需加上误差信号，有利于光伏输出电流在三相交错升压变流器各相中实现最优分配，减小光伏系统输出电压波动，提高系统稳定性。具体方法为：定义光伏三相交错升压变流器图３极值搜索法最大功率跟踪Ｆｉｇ．３ＡｎｅｘｔｒｅｍｕｍｓｅｅｋｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆＭＰＰＴｃｏｎｔｒｏｌ各相电流误差信号为各相电流参考值ｆＰｆ与实际值ｉｐＶＫ之差，可表示如下：ｒ．．１Ｅ１／ＰＶｒｅｆ一／ＰＶ１｛＝、，一ｆＰ、，（６）Ｉ＝ｖ。ｒ一、，由式（６）得光伏变流器各相控制信号ｌｈ？ＶＫ为（７）２．２储能三相交错双向变流器微分平滑控制方法设计针对光伏输出的不确定性电压波动问题，本文借助蓄电池储能系统快速充放电特性，采用电压．电流双环控制策略，外环电压环设计为本质上是非线性的微分平滑控制方法，根据微分平滑理论，对于任意一个系统＝∈∈ｆ（ｘ，）Ｒ，ＵＲ（８）式中：厂（－）为非线性光滑向量场；为状态变量；为控制输入，若存在…‘’∈Ｙ＝Ｏ（ｘ，，，）Ｊ，Ｒ（９）使得所有状态变量和所有输入变量甜均可由输变量Ｙ及Ｙ的有限阶导数表示，即…』ｘ（，，，、（１０）‘ｌｌＩＪＩｌ…’甜＝ｊ｝ｆ，（，，，Ｙ）则这个系统就是微分平滑系统，不含任何积分微分方程，通过反馈等价成线性可控系统，如图４所示。图４非线性系统微分平滑理论框图Ｆｉｇ．４Ｃｏｎｃｅｐｔｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｌａｔｎｅｓｓｐｒｉｎｃｉｐｌｅ为证明储能三相交错双向变流器为平滑系统，且直流母线电容ＣＢ内的能量为平滑输出，定义控制输入变量Ｕ＝ｐＢ甜，状态变量Ｘ＇＝ＶＢ，由式（１）～式（５）可得系统可逆动态方程（充电为负，放电为正）。Ｘ＝．—／＝（）（１１）—』＝Ｉｙ）ＬｌｌＪ～“＝±２ｐ＆√ｌ－一一ｋ＋ｐＰＢ。ａｄ—ａｔｍａｘｐＰＶ。／、ｌｃ２其中：十＋＋一一一＝＝ｌＩ一．５Ｏ电力系统保护与控制ｔ／ｓ（ｃ）功率图６三相交错式变流器与单相变流器仿真结果对比Ｆｉｇ．６Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｐａｒａｌｌｅｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓｗｉｔｈａｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ仿真算例二：传统算法与改进极值搜索法℃ＭＰＰＴ控制性能仿真分析。仿真时，温度为２５时，光照发生突变，由８００Ｗ／ｍ２阶跃上升至１１００Ｗ／ｍ，基于三相交错变流器拓扑结构，在相同性能参数下，对比分析改进极值搜索法与传统算法ＭＰＰＴ控制性能，仿真结果如图７所示。图７（ａ）为传统算法ＭＰＰＴ控制仿真图，图７（ｂ）为改进极值搜索法ＭＰＰＴ控制仿真图。由图７（ａ）和图７（ｂ）可得，改进极值搜索算法在０．１２Ｓ处快速搜索到最大功率点，且在最大功率点处平稳，无震荡；而传统算法在０．２５Ｓ追踪到最大功率点，稳态时在最大功率点处有波动。相比传统ＭＰＰＴ方法，在外界环境因素突变情况下，采用改进的极值搜索法可以实现ＭＰＰＴ闭环控制，且有利于提高系统响应的快速性。ｔ／ｓｆａ）改进极值搜索法ＭＰＰＴｓ（ｂ）传统算法ＭＰＰＴ图７传统算法与改进极值搜索法ＭＰＰＴ控制性能仿真结果Ｆｉｇ．７Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｅｘｔｒｅｍｕｍｓｅｅｋｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｗｉｔｈａｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｌｇｏｒｉｔｈｍ仿真算例三：分布式光储直流供电系统非线性微分平滑控制仿真分析。为了验证分布式光储直流供电系统非线性微分平滑控制方法的正确性和有效性，在光伏输出或负载阶跃变化使系统直流母线电压不稳定时，通过Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ进行仿真研究。仿真时，光伏电池采用行为模型，该模型仅需供应商提供。、。、和四个重要技术参数就能在一定的精度下实现太阳能电池的特性。蓄电池采用受控电压源串联一个固定阻值的电阻作为蓄电池的等效电路模型。光伏电池行为模型仿真参数、系统其他参数分别如表１和表２所示。表１光伏电池仿真参数Ｔａｂｌｅ１Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｃｅｌｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ四个技术参数补偿系数Ｚｏｌ厶。，ｍａｂＣ３３．５ＶＩ３２Ａ２６Ｖ３０８Ａ０．００２５０．０００５０．００２８表２系统其他参数Ｔａｂｌｅ２Ｏｔｈｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ储能蓄电池光伏变流器储能变流器直流母额定额定电感电阻电感电阻线电容Ｃ电压容量ＬｐＶＫｒＰＶＫＬＢｍＫｒＢａｔＫ２５Ｖ１０Ａｈ１ｅ－２Ｈ８ｅ一２ｎ１ｅ一Ｈ８ｅＩ２ＱＯ．Ｏ５Ｆ℃仿真时，设置温度＝２５，光照初始值为１０００ｗ／ｍ，直流母线电压ＶＢ＝８０Ｖ。控制器参数Ｋｌ＝１００（ｒａｄ／ｓ）、Ｋ２＝４９００（ｒａｄ２／ｓ），即期望阻尼比（＝０．７０７，固有频率＝７０（ｒａｄ／ｓ）。光伏系统输出功率变化及负载功率需求变化均会导致直流母线电压波动，仿真分这两种情形进行分析。情形一：负载功率需求不变，光伏系统输出功率变化导致直流母线电压波动，如图８所示，分别给出不加储能时直流母线电压、加储能后直流母线电压、光伏及储能系统输出功率以及负载功率的波形图。由图８看出负载功率恒为５００Ｗ。仿真初始，光伏系统输出功率ＰＰｖ。＝５００Ｗ，刚好满足负载需求，储能系统平滑光伏输出，实现系统高品质供电目标；ｔ＝－５Ｓ，由于云层影响光伏系统输出功率下降为２５０Ｗ，直流母线电压下降至６０Ｖ，储能系统快速响应直流母线电压变化，通过控制储能变流器电流调整放电功率至２５０Ｗ；ｔ＝－１０Ｓ，光照增加使光伏系统输出功率上升为６５０Ｗ，直流母线电压上升至８７Ｖ，储能系统快速切换为充电模式，充电功率为１５０Ｗ。图８（ｂ）、（ｄ）表明通过储能系统非线性微分平滑控制，在光照突变导致光伏系统输出大波动变化时，薛花，等基于非线性微分平滑方法的分布式光储直流供电系统电压稳定控制方法．５１．系统依然能够保持直流母线电压平稳，输出功率平滑，实现高可靠性、高品质供电。Ｊ一Ｉｆｆｆｔ／ｓ（ａ）不加储能时直流母线电压ｌ一Ｂｕ，ｌｔ／ｓ（ｂ）加储能时直流母线电压—｝－－—Ｐｎ￣Ｌｒｌ５００４００３００２００１００ｔ／ｓ（ｃ）光伏及储能系统输出功率ｌ＝＝情形二：光伏输出功率不变，负载功率需求变化导致直流母线电压波动，如图９所示，分别给出不加储能时直流母线电压、加储能后直流母线电压、光伏及储能系统输出功率以及负载功率的波形图。由图９可以看出光伏输出功率恒为５００Ｗ。仿真初始，系统负载功率需求为５００Ｗ，光伏输出功率刚好满足负载需求，储能系统平滑光伏输出，实现系统高品质供电目标；ｔ＝５ｓ，系统转为欠载模式，负载功率降为２６７Ｗ，直流母线电压上升至１００Ｖ，储能系统快速响应直流母线电压变化，将直流母线多余的电能向储能蓄电池端传输，充电功率为２３３Ｗ；ｔ＝ｌＯｓ，系统转为过载模式，负载功率需求为１０６７Ｗ，直流母线电压下降至５９Ｖ，储能系统快速切换为放电模式，释放能量传输给直流母线以提高直流母线电压，放电功率为５６７Ｗ。图９（ｂ）、（ｄ）表明分布式光储直流供电系统非线性微分平滑控制方法可完成储能变流器的快速充放电控制，与光伏单元输出功率实现协调控制，确保无论过载还是欠载运行，系统依然能够保持直流母线电压平稳，输出功率平滑。ｌＶｈＩＩ『厂，、ｔ／ｓ（ａ）不加储能时直流母线电压—ｌｖＢｌｌ２００１０００８００６００４００２００ｔ／ｓｆｂ）加储能时直流母线电压—ｌＰ５１Ｏ１５ｔ／ｓ（ｃ）光伏及储能电池输出功率Ｌｉ。姗㈣臣褂薄丑簿撩孥．５２一电力系统保护与控制仿真算例四：负载快速变化下非线性微分平滑控制与线性ＰＩ控制性能仿真对比分析。在负载快速变化情况下，将非线性微分平滑控制与线性ＰＩ控制进行仿真对比。不考虑光伏输出，仿真初始时负载为零，直流母线电压ＶＢｕｓ＝８０Ｖ，在ｔ＝－０．１ｓ时负载需求由零阶跃上升到８００Ｗ，仿真结果如图１０所示，图ｌＯ（ａ）．（ｃ）分别为储能变流器输出电流、电压和负载功率波形图。由仿真结果可得：负荷快速变化时，非线性微分平滑控制下系统能够快速响应负载变化，控制储能快速放电提供直流母线能量，维持母线电压恒定；ＰＩ控制下储能变流器输出波动显著，系统稳定性不及非线性微分平滑控制方法。’’Ｆ～……．．．．．．．．．．．．．．．１ｌｌ坌掣！’”’’”’’”’’…一一一。《ｌｔ／ｓ（ｃ）功率图１０负载快速变化下非线性微分平滑控制与线性ＰＩ控制性能比较Ｆｉｇ．１０ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｌｉｎｅａｒＰＩｃｏｎｔｒｏｌｌａｗｗｉｔｈａ—ｆｌａｔｎｅｓｓｂａｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｌａｗｄｕｒｉｎｇａｌｏａｄｓｔｅｐ４结论论文对应用于分布式光储直流供电系统的三相交错变流器及其稳定控制方法进行了研究。本文所提出的系统拓扑，针对光伏三相交错升压变流器，采用改进的极值搜索算法实现光伏系统最大功率跟踪控制。针对储Ｚ日￣ｌｃ，二－－相交错双向变流器的非线性特性，从稳定性角度出发，采用电压外环、电流内环的双环串级结构，外环设计非线性微分平滑控制策略，有效解决传统控制方法基于小信号模型产生的稳定裕窄、自由度小的问题，静／动态控制性能优，对功率变化范围宽、负载大扰动的应用对象具有较强的抗干扰能力。该方法的提出为可再生能源与储能装置间的协调控制及非线性变流器的稳定控制提供了简单可行的解决方案。参考文献［１］桑丙玉，陶以彬，郑高，等．超级电容一蓄电池混合储能拓扑结构和控制策略研究ｆＪ１．电力系统保护与控制，２０１４，４２（２）：１－６．ＳＡＮＧＢｉｎｇｙｕ，ＴＡＯＹｉｂｉｎ，ＺＨＥＮＧＧａｏ，ｅｔａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｏｐｏｌｏｇｙａｎｄｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｔｈｅｓｕｐｅｒ－ｃａｐａｃｉｔｏｒａｎｄｂａｔｔｅｒｙｈｙｂｒｉｄｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１４，４２（２）：１－６．［２］王丰，孔鹏举，卓放，等．分布式最大功率跟踪的光伏系统输出特性分析［Ｊ］．电工技术学报，２０１５，３０（２４）：—１２７１３４．ＷＡＮＧＦｅｎｇ，ＫＯＮＧＰｅｎ￣ｕ，ＺＨＵＯＦａｎｇ，ｅｔａ１．ＯｕｔｐｕｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇＰＶｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１５．３０（２４）：１２７・１３４．［３］田慧雯，李咸善，陈铁，等．基于混合储能的光伏微网孤网运行的综合控制策略［Ｊ］．电力系统保护与控制，—２０１４，４２（１９）：１２２１２８．ＴＩＡＮＨｕｉｗｅｎ，ＬＩＸｉａｎｓｈａｎ，ＣＨＥＮＴｉｅ，ｅｔａ１．Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇ—ｙｏｆｈｙｂｒｉｄｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｂａｓｅｄｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｉｓｌａｎｄｍｉｃｒｏｇｒｉｄ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ—ＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１４，４２（１９）：１２２１２８．［４］丁明，田龙刚，潘浩，等．交直流混合微电网运行控制策略研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１５，４３（９）：１－８．ＤＩＮＧＭｉｎｇ，ＴＩＡＮＬｏｎｇｇａｎｇ，ＰＡＮＨａｏ，ｅｔａ１．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆｈｙｂｒｉｄＡＣ／ＤＣｍｉｃｒｏｇｒｉｄ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１５，４３（９）：１－８．—［５］杨玉岗，李涛，李海光．交错并联磁耦合双向ＤＣＤＣ变换器非对称耦合电感的研究ｆＪ】．电工技术学报，—２０１４，２９（１０）：１４７１５６．ＹＡＮＧＹｕｇａｎｇ，ＬＩＴａｏ，ＬＩＨａｉｇｕａｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｃｏｕｐｌｅｄｉｎｄｕｃｔｏｒｏｆｉｎｔｅｒｌｅａｖｉｎｇｍａｇｎ￣ｉｃｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＤＣ－ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ—ｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１４，２９（１０）：１４７１５６．［６］洪峰，万运强，赵鑫，等．一种交错并联型三电平双降压式全桥光伏并网逆变器［Ｊ］．中国电机工程学报，—２０１４，３４（２１）：３３９７３４０４．薛花，等基于非线性微分平滑方法的分布式光储直流供电系统电压稳定控制方法－５３一ＨＯＮＧＦｅｎｇ，ＷＡＮＹｕｎｑｉａｎｇ，ＺＨＡＯＸｉｎ，ｅｔａ１．Ａｎｏｖｅｌ—ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄｄｕａｌ－ｂｕｃｋｆｕｌｌｂｒｉｄｇｅｔｈｒｅｅ－ｌｅｖｅｌｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｒｉｄｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２０１４，３４（２１）：３３９７．３４０４．［７］谢玲玲，龚仁喜，李畸勇．光伏发电最大功率点跟踪交错并联Ｂｏｏｓｔ变换器的动力学特性分析［Ｊ］．中国电—机工程学报，２０１３，３３（６）：３８４５．ＸＩＥＬｉｎｇｌｉｎｇ，ＧＯＮＧＲｅｎｘｉ，ＬＩＪｉｙｏｎｇ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｄｙｎａｍｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒｉｎｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏ．ｍｔｔｒａｃｋｉｎｇｆｏｒｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２０１３，３３（６）：３８－４５．［８］王玉斌．单相并网逆变器前级交错并联ＤＣ／ＤＣ变换器的研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１２，４０（１２）：６６．７１．ＷＡＮＧＹｕｂｉｎ．ＳｔｕｄｙｏｆｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒｕｓｅｄｉｎｔｈｅｆ—ｉｒｓｔ・－ｓｔａｇｅｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｐｈａｓｅｇｉｒｄ－・ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１２，４０（１２）：６６－７１．［９］鲍禄山，王毅非，黎燕．基于矢量解耦与预测电流控制相结合的ＡＰＦ的研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１５，４３（５）：８８－９３．ＢＡＯＬｕｓｈａｎ，ＷＡＮＧＹｉｆｅｉ，ＬＩＹａｎ．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＡＰＦｂａｓｅｄｏｎｖｅｃｔｏｒｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｕｒｒｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１５，—４３（５）：８８９３．［１Ｏ］易映萍，罗海，胡四全．小功率光伏并网逆变器控制策略的研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１６，４４（４）：６４．６８．ＹＩＹｉｎｇｐｉｎｇ，ＬＵＯＨａｉ，ＨＵＳｉｑｕａｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｃｈｅｍｅｂａｓｅｄｏｎｌｏｗ－－ｐｏｗｅｒｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｒｉｄ－－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１６，４４（４）：６４－６８．［１１］乐江源，谢运祥，洪庆祖，等．Ｂｏｏｓｔ变换器精确反馈线性化滑模变结构控制［ＪＪ．中国电机工程学报，２０１１，３１（３０）：１６－２３．ＬＥＪｉａｎｇｙｕａｎ，ＸＩＥＹｕｎｘｉａｎｇ，ＨＯＮＧＱｉｎ￣ｕ，ｅｔａ１．ＳｌｉｄｉｎｇｍｏｄｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆＢｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒｂａｓｅｄｏｎｅｘａｃｔｆｅｅｄｂａｃｋｌｉｎｅａｒｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２０１１，３１（３０）：１６－２３．［１２］袁义生，朱本玉．一种基于耦合电感的模块化多电平变流器控制［Ｊ］．电工技术学报，２０１５，３０（６）：２１６－２２４．ＹＵＡＮＹｉｓｈｅｎｇ，ＺＨＵＢｅｎｙｕ．Ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｏｆａｍｏｄｕｌａｒｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒｂａｓｅｄｏｎｃｏｕｐｌｅｄｉｎｄｕｃｔｏｒ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ—Ｓｏｃｉｅ２０１５，３０（６）：２１６２２４．’［１３］ＦＬＩＥＳＳＭ，ＬＩ￣ＶＩＮＥＪ，ＭＡｆＩＮＰｅｔａ１．Ａｌｉｅ．ｂａｃｋｌｕｎｄａｐｐｒｏａｃｈｔｏｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅａｎｄｆｌａｔｎｅｓｓｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＡｕｔｏｍａｔｉｃＣｏｎｔｒｏｌ，１９９９，４４ｒ５）：９２２－９３７．［１４］ＳＯＮＧＥＩＮＣＨＡＤＩＮＡＶＡＨＩＶＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｎｏｎｌｉｎｅａｒｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒａｖｏｌｔａｇｅｓｏｕｒｃｅｃｏｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｓ—Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９，１７（５）：１１３５１１４４．［１５］ＴＨ０ＵＮＴＨ０ＮＧＰＩＥＲＦＥＤＥＲＩＣＩＳ，ＤＡ、ｌＴＢ．—Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｆｌａｔｎｅｓｓｂａｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒａｆｕｅｌｃｅｌｌｈｙｂｒｉｄｐｏｗｅｒｓｏｕｒｃｅ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎ—ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２０１０，２５（３）：９０９９２０．［１６］ＴＨＯＵＮＴＨ０ＮＧＰＭｏｄｅｌｂａｓｅｄ－ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｔｒｏｌｏｆａｓｏｌａｒｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｗｉｔｈａｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｆｏｒｇｒｉｄ－ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２０１１，２６（４）：１２１０－１２１８．１１７］ＴＨＯＵＮＴＨＯＮＧＥＬＵＫＳＡＮＡＳＡＫＵＬＡ，ＫＯＳＥＥＹＡＰＯＲＮｐｅｔａ１．Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｏｄｅｌ－ｂａｓｅｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆａｓｔａｎｄａｌｏｎｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ／ｆｕｅｌｃｅｌｌｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｗｉｔｈｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙ，２０１３，４（１）：２４０－２４９．［１８］ＴＨＯＵＮＴＨＯＮＧＰ＇ＳＩＫＫＡＢＵＴＳ，ＭＵＮＧＰＯＲＮＰ＇ｅｔａ１．ＤＣｂｕｓｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｌｉ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙｂａｓｅｄｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｆｏｒａｈｙｄｒｏｇｅｎ／ｓｏｌａｒｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｆｏｒａｕｔｏｎｏｍｏｕｓｎｅｔｗｏｒｋａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１５，５１（４）：２７１７－２７２５．收稿日期：２０１５－０９－１５：修回Ｅｌ期：２０１６－０３－２９作者简介：薛花（１９７９一），女，博士，副教授，主要从事分布式电源并网控制技术、非线性理论与控制方法方面研究工作；—Ｅｍａｉｌ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｐｏｗｅｒ＠１６３．ｃｏｍ李海霞（１９９０－），女，硕士研究生，研究方向为分布式电源并网变流器非线性理论与控制方法方面研究工作；—Ｅｍａｉｌ：４９７０１１９３４＠ｑ．ｃｏｍ王育飞（１９７４一），男，博士，副教授，主要从事电力储能应用技术、电能质量分析与控制方面的研究工作。Ｅ．ｍａｉｌ：ｗａｎｇｙｕｆｅｉ＠ｓｈｉｅｐ．ｅｄｕｃｎ（编辑姜新丽）