一种直流微电网稳定控制方法技术

直流微电网中，DC/DC变换器的输入电压、输出电流和参考电压的扰动对直流微电网母线电压的稳定性有着不可避免的影响。为了提高微电网的抗扰性，本发明专利技术提出一种基于无源判据的改进控制策略，即一种直流微电网稳定控制方法；该控制策略在PI控制器基础上加入一阶高通滤波器(即准PID控制器)，分别保证输入电压和参考电压到输出电压的无源性；在准PID控制器的输出侧叠加一个输出电流反馈环，从而确保输出电流到输出电压也即输出阻抗的无源性。因此，本发明专利技术通过输入电压、输出电流和参考电压到输出电压的无源性即保障了直流微电网总线电压在这三种扰动下的稳定性，并搭建了光储直流微电网仿真验证了所提出策略的正确性和有效性。

DC micro grid stability control method

In the DC microgrid, the disturbance of the input voltage, the output current and the reference voltage of the DC/DC converter has an inevitable influence on the stability of the DC micro grid bus voltage. In order to improve the immunity of the micro grid, the invention proposes an improved passive control strategy based on the criterion, namely a DC micro grid stability control method; the control strategy with a high pass filter based on PI controller (i.e. quasi PID controller), respectively, to ensure the passivity of the input voltage and the reference voltage to the output voltage the feedback loop in the quasi PID controller; the output side of a superposition of the output current, so as to ensure that the passive output current to the output voltage or output impedance. Therefore, the invention of the passive input voltage, output current and reference voltage to the output voltage is to protect the stability of DC micro grid bus voltage in the three kinds of disturbances, and build the optical storage of DC micro grid simulation verifies the correctness and validity of the proposed strategy.

【技术实现步骤摘要】
一种直流微电网稳定控制方法
本专利技术涉及一种直流微电网稳定控制方法。
技术介绍
随着直流电源、储能电池和直流耦合负载的广泛应用，直流微电网以其高效率、强鲁棒性和低谐波等方面的突出优势，在可再生发电系统中有广阔的应用前景。而恒功率负载(ConstantPowerLoad，CPL)单元或者表现恒功率负载特性的储能单元(EnergyStorageSystem，ESS)容易导致直流微电网不稳定，故直流微电网的稳定性问题一直以来都是提高其性能的重点难题。阻抗匹配判据是目前直流微电网常用的一种稳定性分析方法，在保证每个子系统的稳定性的前提下，通过阻抗幅值比条件解决了独立子系统级联带来的稳定性问题，提供了一种处理直流微电网小信号稳定性的简单方法。然而，阻抗匹配判据是在假定了功率方向的前提下实现稳定性分析，当系统因为运行模式的改变而改变源和负载的角色时，即功率方向改变时，原来的判定条件已经不再适用，例如储能模块充放电模式切换时。基于无源理论的稳定性分析方法无需预先规定子模块的角色，解决了阻抗匹配判据不适用于功率方向改变的情况。有文献提出了基于无源的稳定性判据(Passivity-BasedStabilityCriterion，PBSC)，通过引入正前馈控制使得系统无源，解决了采用Middlebrook判据带来的人为保守性和ESAC判据对元件分组敏感等稳定性难题。因为上述判据仅考虑了总线阻抗，所以并不能解决其他输入扰动的情况。文献[Y.Gu，W.Li，X.He，“Passivity-BasedControlofDCMicrogridforSelf-DisciplinedStabilization，”IEEETrans.Powersystem，vol.30，no.5，pp.2623-2632，Sept2016.]提出了一种自律稳定的改进无源判据，用以解决可能存在欠阻尼振荡的问题，同时保证变换器的无源性。该文献在经典PI控制方法的基础上加入了电压前馈环，使得系统满足无源准则，但是也仅考虑了输出电流扰动的情况。目前采用的PBSC判据主要通过判断输出阻抗/导纳的无源性来判断系统的无源性。但是在直流微电网中，直流电压的稳定性同时受参考电压、输入电压和输出电流的影响，这意味着必须同时保证参考电压到输出电压是无源的、输入电压到输出电压是无源的、输出电流到输出电压(即输出阻抗)是无源的才能保证母线电压的稳定。因此，有必要设计一种在输入电压、输出电流和参考电压三种扰动下仍能保持直流微电网总线电压稳定的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种直流微电网稳定控制方法，该直流微电网稳定控制方法能有效保障直流微电网稳定运行。专利技术的技术解决方案如下：一种直流微电网稳定控制方法，直流微电网为光储微电网系统，包括4个部分：(1)作为供电单元的带光伏阵列的Boost变换器；(2)储能系统，所述的储能系统为带电池的双向Buck/Boost变换器；(3)直流负载，为带电阻的Buck变换器，为恒功率负载；(4)电阻负载；其中Boost变换器、Buck变换器和双向Buck/Boost变换器均属于DC/DC变换器；本专利讨论直流微电网电压稳定性，根据直流微网运行模式可知，母线电压的稳定性取决于Boost变换器输出电压稳定性的控制。Boost变换器的闭环传递函数为：其中：(i)为Boost变换器的输出电压的扰动；为参考电压的扰动；为输入电压的扰动；为输出电流的扰动；Zvt为输出电流反馈控制环节的电流反馈系数；为控制量的扰动；(ii)Fbt′(s)为准PID控制下的Boost变换器的开环传递函数；有为Boost变换器输出电压的稳态值，取100V；Gpidt(s)为Boost变换器的准PID控制器的传递函数，表达式为：KP+KI/s+KDs/(Tss+1)；Ts为采样时间[本专利技术为10-4s]；KP，KI和KD分别为准PID控制器比例、积分和微分系数；光伏Boost电路的控制参数为Zvt＝0.01、KP＝0.1、KI＝15、KD＝5×10-5；储能Boost电路的控制参数为Zvt＝0.01、KP＝0.3、KI＝18、KD＝5×10-5。(iii)Gvd_bt(s)为Boost变换器的控制量到Boost变换器的输出电压之间的传递函数；有：为Boost变换器的输出电压、输入电流和占空比的稳态值；稳态值是系统在工作点处各个变量的恒定值。Boost变换器稳态工作点：为输入电压的稳态值，实例中，光伏Boost电路各稳态值取：储能Boost电路各稳态值取：Boost变换器的结构参数：Zbt为负载阻值；Lbt为滤波电感值，rlbt为滤波电感的内阻值；Cbt为滤波电容值；rcbt为滤波电容的内阻值。实例中，光伏Boost电路硬件参数为：Lbt＝1mH、rlbt＝0.05Ω、Cbt＝400μF、rcbt＝0.004Ω；储能Boost电路硬件参数为：Lbt＝1.5mH、rlbt＝0.06Ω、Cbt＝300μF、rcbt＝0.003Ω。(iv)Gvi_bt(s)为Boost变换器输入电压到输出电压的扰动的传递函数；有：负载阻值Zbt是指“光储直流微电网系统包括负载电阻”其值为20Ω；(v)Zbtout(s)为Boost变换器的输出阻抗的传递函数：分别为：Boost变换器的参考电压扰动到输出电压扰动的闭环传递函数、输入电压扰动到输出电压扰动的闭环传递函数和输出阻抗的闭环传递函数。直流微网母线电压的影响因素包括参考电压扰动输入电压扰动输出电流扰动通过控制使得参考电压扰动到输出电压扰动的闭环传递函数是无源的，输入电压扰动到输出电压扰动的闭环传递函数是无源的，输出电流到参考电压扰动的闭环传递函数(即输出阻抗)是无源的，则保证了直流微网母线电压在三种扰动下都是稳定的。本专利技术的核心在于将设计成无源，从而使他们在该种扰动下稳定，也保证了组成的微网稳定。具体为：在PI控制器基础上加入一阶高通滤波器(即准PID控制器)，保证输入电压和参考电压分别到输出电压的传递函数没有右半平面极点且相应的Nyquist曲线都在右半平面，即保证了输入电压和参考电压到输出电压是无源的；在准PID控制器的输出侧叠加一个输出电流反馈环，从而确保输出电流到输出电压的传递函数没有右半平面极点且相应的Nyquist曲线都在右半平面，即保证输出电流到输出电压(输出阻抗)是无源的。通过无源性判据可知：1)系统无源即稳定；2)如果两个无源模块通过并联或反馈连接，那么最终形成的系统依旧是无源的，也即是稳定的[19]，[21]，[22]。因此，多个DC/DC子变换器并联组成的直流微电网，只要保证DC/DC子变换器的无源性，即可保证整个直流微电网的无源性，也即保证了直流微电网系统的稳定性。有益效果：直流微电网中，DC/DC变换器的输入电压、输出电流和参考电压三个扰动对直流微电网母线电压的稳定性有着不可避免的影响。为了提高微电网的抗扰性，本专利提出一种基于输入/输出无源判据的改进控制策略，即一种直流微电网稳定控制方法；该控制策略在PI控制器基础上加入一阶高通滤波器(HPF)(称之为准PID控制器)确保参考电压和输入电压到输出电压的无源性；引进输出电流控制环节叠加到准PID控制器的输出侧，确保输出阻抗无源性，从而保障直流微电网的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流微电网稳定控制方法，其特征在于，直流微电网为光储微电网系统，包括4个部分：(1)作为供电单元的带光伏阵列的Boost变换器；(2)储能系统，所述的储能系统为带电池的双向Buck/Boost变换器；(3)直流负载，为带电阻的Buck变换器，为恒功率负载；(4)电阻负载；其中Boost变换器、Buck变换器和双向Buck/Boost变换器均属于DC/DC变换器；Boost变换器的闭环传递函数为：

【技术特征摘要】
1.一种直流微电网稳定控制方法，其特征在于，直流微电网为光储微电网系统，包括4个部分：(1)作为供电单元的带光伏阵列的Boost变换器；(2)储能系统，所述的储能系统为带电池的双向Buck/Boost变换器；(3)直流负载，为带电阻的Buck变换器，为恒功率负载；(4)电阻负载；其中Boost变换器、Buck变换器和双向Buck/Boost变换器均属于DC/DC变换器；Boost变换器的闭环传递函数为：其中：(i)为Boost变换器的输出电压的扰动；为参考电压的扰动；为输入电压的扰动；为输出电流的扰动；Zvt为输出电流反馈控制环节的电流反馈系数；(ii)Fbt′(s)为准PID控制下的Boost变换器的开环传递函数；有为Boost变换器输出电压的稳态值；Gpidt(s)为Boost变换器的准PID控制器的传递函数，表达式为：KP+KI/s+KDs/(Tss+1)；Ts为采样时间；KP、KI和KD分别为准PID控制器比例、积分和微分系数；(iii)Gvd_bt(s)为Boost变换器的控制量到Boost变换器的输出电压之间的传递函数：和为Boost变换器的输出电压、输入电流和占空比的稳态值；Boost变换器稳态工作点：Boost变换器的结构参数：Zbt为...

【专利技术属性】
技术研发人员：于晶荣，王越，王家明，于佳琪，韩华，粟梅，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43