摘要
摘要
随着分布式能源在微电网中的渗入率不断提高，与储能单元结合的直流微电网得
到广泛关注。受分布式能源和负荷的随机不可控性，以及开关管高频噪声等非线性扰
动影响，直流微电网稳定性面临巨大挑战。双向DC-DC作为联接储能单元与直流微电
网间的“桥梁”，对控制二者间能量流动，保证微电网可靠稳定运行起着重要作用。
本文从提高DC-DC变换器动态响应性能、提升混合储能单元响应速度两方面出发，以
实现直流母线电压稳定和混合储能单元间功率合理分配为目标，对DC-DC变换器母线
稳压策略及混合储能功率分配控制方法开展研究。
首先，对储能单元各接入方式特性进行对比分析，确定直流微电网混合储能系统
结构。建立锂电池、超级电容电路模型，分析各储能单元充放电特性。对双向DC-DC
变换器电路拓扑及充放电原理进行介绍，建立小信号模型，设计基于传统PI双闭环的
双向DC-DC变换器控制策略，为后文优化储能变换器控制策略奠定基础。
其次，为提高DC-DC变换器动态响应性能，对储能侧双向DC-DC变换器母线稳
压控制策略开展研究。阐述线性自抗扰控制(Linearactivedisturbancerejectioncontrol,
LADRC)基本原理，以微电网储能变换器为被控对象，设计一阶LADRC取代电压外环
PI控制。分析传统LADRC中线性扩张状态观测器(Linearextendstateobserver,LESO)
存在快速性与高频噪声抑制能力难以兼顾的矛盾，提出在传统LESO的扰动观测通道
中引入电压误差微分项，以提高观测器的跟踪性能，并在对总扰动的观测通道上串联
滞后校正环节，改善观测器高频噪声放大问题。通过分析LESO及线性误差反馈率控
制带宽频域特性，优化控制器参数。搭建Matlab/Simulink仿真平台，从跟踪性能和抗
扰性能两方面对所提控制策略进行仿真，验证本文所提改进LADRC具有更强的动态
响应性能和扰动抑制能力，可有效抑制直流母线电压波动，提高微电网稳定性。
最后，为提升混合储能单元响应速度，对混合储能间功率分配策略开展研究。介绍
传统虚拟阻容下垂控制原理，分析其存在母线电压降落、线路阻抗影响混合储能间功
率分配问题，提出在虚拟阻容下垂控制基础上引入二次补偿控制(包含电压补偿、线路
阻抗补偿控制)。通过分析各储能变换器等效输出阻抗频域特性，设计二次补偿参数。
Matlab/Simulink仿真结果验证本文所提控制策略可在不影响混合储能单元间一次功率
分频点ω的前提下，补偿母线电压实际输出与额定值间的稳态偏差，改善线路阻抗对
z
混合储能间功率分配的影响。
关键词：直流微电网；双向DC-DC变换器；线性自抗扰控制；虚拟阻容下垂控制；混
合储能功率分配
论文类型：理论研究
I
目录
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第1章绪论1
1.1研究背景及意义1
1.2直流微电网混合储能系统研究现状2
1.2.1双向DC-DC变换器控制策略研究现状2
1.2.2混合储能功率分配研究现状4
1.3本文主要内容及章节安排5
第2章直流微电网混合储能系统结构及建模7
2.1直流微电网基本结构7
2.2混合储能系统7
2.2.1混合储能比较分析7
2.2.2混合储能系统接入母线方式9
2.2.3锂电池等效电路模型10
2.2.4超级电容等效电路模型11
2.3储能侧双向DC-DC变换器工作原理及控制策略12
2.3.1双向DC-DC变换器工作原理12
2.3.2双向DC-DC小信号模