摘 要

近年来，随着人们对能源需求的日益增加，以及伴随着能源资源的过度开发和由于对资源的不恰当利用，而造成的对生态环境的破坏情况也逐渐加重。如何更加经济的实现清洁能源的开发利用以及智能电网的发展迫在眉睫。微电网的提出与逐步发展正是以此为背景。与原先的交流微电网不同的是，本文针对的是直流微电网的分析。随着直流负荷的增多，交流微电网在控制方式和成本上的劣势逐渐显露，直流微电网在这方面有很大的优势。

首先，给出了本文研究的基本的直流微电网的框架。并且对框架内的光伏微电源，蓄电池这两个模块分别进行了原理分析和模型建立。本文先是对光伏电池的数学模型进行了推理演算，然后基于Matlab搭建了仿真模型，对其输出特性进行了分析，接着又对光伏电池做了扰动仿真，得到了光伏电池的MPPT输出波形。

其次，对直流微电网中的储能单元蓄电池做了简要的原理介绍，并搭建了蓄电池的充放电模型，并对它的输出波形做了分析。

最后，对直流系统能量的管理的实质是保持母线电压的稳定。因此，本文选择了电压下垂法来实现直流微电网的母线电压管理。通过对系统的母线电压的上下限的设定，对直流微电网系统在工作时的运行模式进行了分类。根据运行模式的不同，为系统内部的各个模块设定了不同的控制方法。并利用Matlab搭建仿真模型，文中也对仿真结果做了简要的分析。

关键词：直流微电网；电压下垂法；直流母线电压；能量管理策略

Abstract

In recent years, with the increasing demand for energy and the over-exploitation of energy resources, serious damage to the ecological environment gradually due to inappropriate use of resources. How to achieve more economic development and utilization of clean energy and smart grid development is imminent. Based on this background, scholars have come out with the concept of micro grid, and it has been gradually developed. Different from the original study of AC micro grid, this paper is focused on the study of DC micro grid. At present, domestic and foreign scholars study more about AC micro grid and due to various reasons, the progress of DC micro grid has not been rapid. In this paper, the energy management DC micro grid was studied, we hope to it can contribute to the development of DC micro grid.

First of all, after a lot of access to literature, we give a basic framework of DC micro grid in this paper.Besides, PV micro power and the two battery within the framework were given the principles of analysis and modeling.This article, firstly, deduces the mathematical model of photo voltaic cells , and we analyze the output characteristics of the photo voltaic cell which is built based on Matlab simulation. and then give a disturbance simulation to the model, the output waveform MPPT photo voltaic cells.

Secondly, the design makes a brief introduction of the principles of the battery energy storage unit in the DC micro-grid, and build a model of the battery , and we analyses the output waveform of its charge and discharge.

Finally, thehe essence of energy management the DC micro-grid system is to maintain a stable bus voltage. The study selects the voltage droop control method to control the DC bus voltage micro-grid.Through the upper and lower limits of the system bus voltage which is set before, and in different modes of operation based on the analysis of DC micro-grid system, each module within the system to perform different control method setting. And the establishment of the corresponding model simulation in Matlab, the paper also makes a brief simulation results analysis.

Key Words: DC Micro grid; Droop control; DC bus voltage; strategy of energy management

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景 1

1.2微电网的研究现状 2

1.2.1直流微电网发展现状 3

1.2.2直流母线控制策略的研究现状 4

1.2.3微电网能量管理研究现状 4

1.3本文的主要内容 6

第2章 光伏电池的建模与仿真分析 8

2.1光伏电池的原理及特性分析 8

2.1.1光伏电池的原理分析 8

2.1.2 光伏的输出特性分析 11

2.2光伏电池的建模与仿真分析 13

2.2.1MPPT算法电路模型分析 14

2.2.2模型Matlab仿真分析 15

第3章 蓄电池的建模与仿真分析 19

3.1蓄电池的原理与特性分析 19

3.1.1蓄电池的原理分析 19

3.2双向DC-DC电路的基本原理 20

3.3蓄电池的建模及仿真分析 21

第4章直流微电网系统的建模与仿真分析 25

4.1电压下垂法的基本原理 25

4.2 基于电压下垂法的直流微电网母线电压控制设计分析 26

4.2.1直流微电网的运行模式分析 26

4.2.2光伏电池Boost变换器的控制 27

4.2.3蓄电池充放电控制办法 28

4.3 系统仿真分析 29

第5章 总结及展望 34

5.1 总结 34

5.2展望 34

参考文献 35

致 谢 37

第1章 绪 论

1.1课题研究背景

能源是人类生产和生活不可或缺的物质基础^[1]。能源的高效采取帮助世界各国的经济得以发展，加速了人类历史的前进。随着经济的不断发展，能源需求量也随之不断增加，然而，非可再生能源的储量有限。但是，人类在开采使用能源时，并不能很好的处理其由于不合理利用而造成的严重的生态危害。面对这等情况，强化可再生能源的高利用率或将是缓解世界能源紧缺的可靠手段之一。

此类可再生能源主要种类有太阳能、风能、海洋能等，它们的储量丰富、对环境的影响小、分布广，有利于小规模分散利用。分布式电源的优点非常明显，但本身也有较大的不足。例如，微电源单机接入价格昂贵、不易控制等问题。并且，由于分布式电源的控制的实现比较难，因此为了避免其接入时造成大电网的振荡，通常采用限制、隔离的方法来处理微电源^[2]。是以，有不少的学者提出了微电网的概念^[3]-[5]。

文献[6]中提到，1999年，电力可靠性技术协会(the Consortium for Electric Reliability Technology Solutions，CERTS)第一次对微电网在稳定性、实用性及其对环境的影响等因素做了调查分析。2002年，CERTS提出了一个比较完善的微电网的概念。微电网的主要有以下三个模块构成，分别是微电源，电力电子器件以及负载。其工作原理可以理解为微电源利用电力电子器件改变它的电压电流值，实现能量的转换，外界主要通过对电力电子器件的控制来达到对整个电网能量控制的目的，以此来满足使用者对其提供的电能质量以及其他的要求^[6]。

当下，微电网中较为经典的结构如下图1.1所示。