摘要

混合储能系统（HESS）结合光伏发电和储能技术，已成为提高直流微网系统稳定性和能效的有效手段。本文基于Simulink平台，仿真研究了光储直流微网中的下垂控制策略。仿真模型涵盖了电池储能和超级电容储能，采用下垂控制实现了微网的功率分配与电压调节。结果表明，该控制策略有效缓解了功率波动，提高了系统的稳定性。

理论

直流微网中的下垂控制主要是为了实现多储能设备之间的功率分配，避免单一储能设备的过载。下垂控制通过调节各个储能单元的输出电压，确保系统在不同负载和发电条件下都能保持稳定运行。其基本原理是通过电压和功率的下垂曲线，平衡各储能单元的输出。具体理论可以分为以下几部分：

1. 光储直流微网的结构 包括光伏发电系统、储能系统（电池和超级电容）、直流负载等。

2. 下垂控制原理 通过下垂控制曲线（如电压-功率曲线），调节不同储能单元的电压和功率输出。

3. 混合储能系统的优势 超级电容器可以快速响应负载波动，电池则适合提供长期稳定的功率输出，两者结合可以有效提高微网的动态响应能力和系统稳定性。

实验结果

通过Simulink仿真，我们对光储直流微网进行了以下几方面的实验：

1. 负载突变实验 模拟负载突增和突减时，系统的响应情况。仿真结果表明，超级电容能够快速响应功率变化，而电池则维持长期的稳定功率输出。

2. 光伏发电波动实验 当光照强度发生变化时，光伏发电功率波动。通过下垂控制，储能系统能够平滑功率输出，确保负载侧电压稳定。

3. 不同储能组合的对比 比较了仅使用电池、仅使用超级电容和两者混合储能系统的性能。结果表明，混合储能系统的稳定性和动态响应能力最优。

部分代码

% 光储直流微网下垂控制仿真代码

% 参数设置
R_battery = 0.05; % 电池内阻
R_supercap = 0.01; % 超级电容内阻
C_supercap = 100;  % 超级电容容量

% 下垂控制曲线参数
V_ref = 48; % 参考电压
P_max = 1000; % 最大功率

% 电池储能系统的下垂控制
P_battery = @(V) P_max * (V_ref - V) / V_ref;

% 超级电容的下垂控制
P_supercap = @(V) P_max * (V_ref - V) / V_ref;

% 模拟不同负载条件下的响应
for V = 47:0.1:48
    power_battery = P_battery(V);
    power_supercap = P_supercap(V);
    fprintf('电压: %.2f V, 电池功率: %.2f W, 超级电容功率: %.2f W\n', V, power_battery, power_supercap);
end

参考文献

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1. S. Rajakaruna, F. Shahnia, and N. Ghosh, Power Quality in Microgrids, Springer, 2018.

2. M. E. Baran and I. M. El-Markabi, "A multiagent-based dispatching scheme for distributed generators for voltage support on distribution feeders," IEEE Transactions on Power Systems, vol. 22, no. 1, pp. 52-59, Feb. 2007.

3. Z. Jiang and X. Yu, "Hybrid energy storage systems for renewable energy integration: A review," Journal of Power Sources, vol. 279, pp. 670-683, 2015.