本文的意图是提出一种用于直流（DC）微网（MG）的高效能量办理策略（EMS）。典型的微网由两个可再生动力源[光伏（PV）体系和燃料电池（FCs）]和两个储能元件（锂离子电池和超级电容器）组成。提出了一种EMS，以保证在负载和源之间进行功率分配的最佳母线电压。因而，在所主张的直流微网中，运用了非线性平整度操控理论，而不是传统的份额积分操控办法。所提出的EMS旨在在考虑FC状况的同时，为负载供给高功率质量，并在变化负载条件下供给动摇的太阳辐射。为了验证并证明所提出的EMS的有效性，运用了MATLAB®环境。此外，运用粒子群优化算法作为最大功率点盯梢（MPPT）技能来最大化光伏体系的输出功率，以在不同的辐射条件下盯梢3000瓦光伏体系的MPP。成果显示，所提出的EMS供给了安稳且滑润的直流母线电压，最小过冲值为0.1%，改进了纹波含量（0.1%）。因而，经过运用平整度操控理论，进步了直流微网的功能，该理论经过安稳母线电压供给了更高的功率质量。

引言

由于其低复杂性、小尺寸和组件数量少等优点，直流微电网（MG）由几个可再生动力源组成，如光伏（PV）体系、风能涡轮机和燃料电池（FCs），或能量存储设备，在最近的几十年中得到了最广泛的运用[1-3]。这个微电网需求一个动力办理体系（EMS）来办理源和负载之间的必要电力，削减功率振动问题，并在约束条件下安稳负载电压[4-6]。EMS体系操控供给了几个优势，能够操控和优化大型修建物中最常见的源和负载的能量运用，如工业、学校、大学、电动汽车（EV）充电站等[7,8]。因而，EMS代表了一个自动化计划，从电源收集能量测量数据，经过监控图形使其对用户可用，然后允许可再生动力办理[9,10]。但是，近年来，现已进行了不同的研讨，以找到不同运用中的最佳EMS，如电动汽车充电站或商业修建[11,12]。此外，混合动力电动汽车在最近几年引起了制造商、研讨人员和其他利益相关者的极大重视和兴趣，自从它们大规模进入汽车行业以来[13]。该技能有一个比传统更复杂的传动系。

直流微电网体系中的 EMS 操控策略。

Kumar等人[25]设计了一个微网，使其以两种形式运转：孤岛形式和与网络运用的通讯形式。该模型被用于电力体系中的微网开发，其间光伏体系运用不同的最大功率点盯梢操控器进行了测验。电压源逆变器（VSC）单元在MATLAB®中设计和模仿，以测验其在不同气候条件下的功能。[26]的作者提出了一种带特定负载和分布式发电机的孤立的沟通（AC）/直流微网，以及储能单元和光伏体系作为可再生动力源。为了处理孤岛形式下沟通微网中的频率和电压不安稳问题，他们运用了蚱蜢优化算法来开发操控参数。他们还运用了带有下垂操控器的电压和电流操控来操控频率和电压。

[27]的作者们提出了一种混合微网体系，该体系在偏僻区域运用太阳能光伏体系和质子交换膜燃料电池（PEMFCs）运转。研讨发现，在小电网电站中运用环保型储能单元是最好的替代计划，因为现在运用的锂离子电池的运用寿命只要5-7年。此外，当运用寿命结束时，假如处置不当，会对环境造成损害。研讨发现，假如运用直流负载，如电动汽车和充电器，微网体系的效率会更高，生产力也会更好。[28]的作者们提出了一种ESS，配备了一个燃料电池设备，以坚持偏僻区域居民负荷的供需平衡。该结构运用了MATLAB®和Simulink®工具进行了建模和仿真。这项研讨为偏僻区域的社区修建提出了一个光伏阵列和燃料电池体系的储能计划，以满意其负荷需求。还提出了一种EMS体系，用于操控直流母线电压，并演示了各源之间的最佳功率分配。

Gao等人[29]提出在微网体系中运用实时数字Simulink®，这有助于每个电源在离网或并网情况下作业在恰当的时刻。运用该工具的意图是为了安排和调理每个电源的作业时刻。一个微网网络运用了几个可再生动力，如光伏、风力涡轮机发电、燃料电池和超级电容器。[30]中的作者提出了一个由电池、燃料电池和光伏体系组成的混合动力体系来为电动汽车充电。所提出的作业经过MATLAB®/Simulink®程序进行了建模和仿真，其间体系的效率满意了要求，并经过将仿真成果与试验成果进行匹配证明了这一点。研讨发现，利用能量办理体系设备能够进步动力效率。

在[31]中，提出了一种由PV/FC/电池组成的微网体系，该体系具有一个储能单元。除了能量办理体系，还运用了模型猜测操控来与电网共享最优的有功功率。这种办法削减了电池耗费，但有一个缺点，就是依赖于猜测成果的准确性。它也是一个不安稳和可变的组成部分。依据蜜蜂群改进的进程处理了操控问题，该办法在考虑体系的时刻和运用技能约束的同时，处理了将日常动力发送到机器的经济问题。[32]的作者提出了一种依据60伏低压直流母线的直流微网，以进步不同气候条件下的负载条件。用于给电池充电的操控计划是一个份额积分（PI）操控器，而且电池的需求功率被设计为匹配超级电容器的电压。因而，在此刻指出了一些问题：超级电容器的电压或直流母线电压的扰动。另一个要点是，这项作业应该用于低压运用，而不是用于在直流母线上以~380伏作业的沟通微网。

Thounthong等人[33]提出了一种带有锂离子电池的PV/FC电力体系作为ESS，以安稳DC MG运用中的直流母线电压。在这项研讨中，运用最大功率点盯梢（MPPT）技能来最大化PV和FC源的输出功率，以证明在不同的气候条件下，如辐射和温度值，直流母线负载的最佳功率参考。此外，还运用线性PI操控器和非线性平整度操控器操控电池的状况充电（SOC），以坚持直流母线电压在其参考值。最后，运用数字信号处理操控器对小规模电力体系进行了试验研讨，以展现所提出的操控计划的功能。

[34]的作者们提出了一种混合直流/沟通微网体系。该作业的方针是依据最大功率点盯梢技能运用灰狼优化来进步和增加微网的电能质量。此外，经过仿真测验了研讨的体现，以供给给共用配电网络最活跃的电力，包括光伏体系和PEMFC，它们被用作可再生动力源。在[35]中，提出了一种自主微网体系，该体系集成了三种或许的可再生动力源，即小型风力涡轮机、光伏体系和潮流能，为偏僻社区供电。它首先经过与其居民洽谈来估计该区域的电力需求。HOMER平台依据需求计算生成了一个成本效益型微网。微网的组件包括一个6.4千瓦的小型风力涡轮机、4.4千瓦的太阳能光伏板、一个5千瓦的水力发电涡轮机、电池存储和一个转换器。

[36]的作者们完成了一个并网光伏/电池/电动汽车微电网混合模型的实践安装和功能评估，该模型用于最大化光伏自耗费。在2018年8月，整个微电网由两个子体系组成（多晶硅光伏集群2.16千瓦；单晶硅光伏计划2.4千瓦；以及一个锂离子电池容量为6.1千瓦时的电动汽车），在法国穆朗的大学技能学院外放置。[37]的作者们提出了一种依据可再生动力的混合体系，用于电力办理体系（PMS）办理的偏僻地点的电气化。这项作业的方针是削减化石燃料的运用，进步可再生动力的效率，以削减温室气体排放。这项作业提出了一种依据模糊逻辑操控器（FLC）的PMS，用于调理耦合到直流母线的光伏/柴油混合体系，其间包含电池储能元件。所主张的PMS彻底依据FLC，以供给体系各种形式之间的滑润过渡。所提出的PMS的有效性遭到FLC参数在处理体系之前设置的有效性的影响。

[38]的作者们提出了一种新的操控器，用于下垂操控的微网，该操控器能够调整频率和电压，并独立供给功率不匹配。主张的技能被称为广义PI有限时刻操控器（GPI-FTC）。所主张的技能是经过改进传统的PI操控器来完成的，即在积分动态中添加一个共识项，并运用操控Lyapunov函数办法。在[39]中，研讨人员提出了一种D分区办法，为微网的分布式发电供给负荷频率操控。经过结合可再生动力和非可再生化石燃料，创建了能够满意较小容量电力分配需求的微网。此外，还实施了PI操控器来操控光伏体系等可再生动力源，以削减频率误差，从而有效调理微网的有功发电。此外，还将D分区派生的PI操控器设置与传统的Ziegler-Nichols办法进行了比较。[40]的作者们提出了一种依据操控办法的优化，以进步依据逆变器的微网功能。PI操控器被用来操控逆变器，运用矢量级联操控。主要意图是运用优化办法来选择PI操控器的值。本研讨采用呼应面办法导出多方针函数。关于微网操控，电池能量存储现已广泛地运用PI操控办法进行操控，运用PI调理器。

本文提出了一种依据平整非线性操控理论的有效的能量办理体系，并将其运用于PV/FC/电池/超级电容直流微网体系。这项研讨的主要创新之处在于所采用的办法，即依据平整理论的非线性操控计划来操控和办理直流微网，以研讨需求负荷和光伏功率变化的影响；与传统的PI操控相比，这种研讨具有鲁棒性。此外，这项研讨的主要贡献能够总结如下：

• (i) 经过非线性操控办法改进负载与可再生动力源或储能体系之间的功率分配。鉴于这些原因，在这项作业中，现已增强了具有非线性输出特性的直流微网的全体组件，例如光伏体系和燃料电池。

• (ii) 运用平整度操控作为高效EMS办法，以高效率安稳负载的直流母线电压，而不是传统的线性PI操控器。

本研讨组织如下。第1节报告了所提出的平面度EMS。第2节介绍了仿真成果和评论，而定论在第3节中提出。