基于下垂特性的船用直流发电设备功率分配方法组成比例

本发明专利技术公开了基于下垂特性的船用直流发电设备功率分配方法，包括：电能管理系统将每台发电设备需要调整的功率量，以电压ΔU的形式分别发送给各台发电设备；各发电设备将发电设备空载输出给定电压VREF减去接收到的ΔU，得到空载给定电压；各发电设备计算出发电设备实际输出功率，将空载给定电压减去发电设备实际输出功率和下垂系数的乘积，得到直流电压给定值；各发电设备将直流电压给定值减去所采集到的直流母线电压，将差值经过PI调节后得到输出功率的给定值；各发电设备的发电控制单元根据输出功率的给定值对发电设备的输出功率进行控制，使发电设备的实际输出功率等于输出功率的给定值。本发明专利技术可以精确地实现各发电设备间功率的合理分配。

【技术实现步骤摘要】
基于下垂特性的船用直流发电设备功率分配方法
本专利技术涉及船用直流电网发电设备的并网均流技术。
技术介绍
随着分布式电源的快速发展和电力电子技术的不断成熟，船舶行业越来越关注直流电网在船舶上的应用。相对于传统交流配电网，直流配电系统具有便于控制、损耗低、电能质量高等显著优点，且不需要对电压的相位和频率进行跟踪，可控性和可靠性更高，因而更加适用于船用电网。直流配电系统中需要有多个发电设备并联运行，从而实现分担负载功率，减少主电路开关器件电流应力，提高功率密度，并提高系统可靠性，降低成本，但发电设备并联也带来新问题，多个发电设备无法保证完全并联稳定且功率分配均衡。目前直流电网的并网均流技术主要分为有互联线并联技术和无互联线并联技术。常见的有互联线的并联均流技术有主从设置法、平均电流法、最大电流法等，有互联线并联技术属于集中控制，该控制方法可以提供更好的电能质量并使分布式发电效率最大化，但也带来一些限制，比如高度依赖快速和可靠的通信系统，通过引入通信电路和中央控制器等导致的系统可靠性降低。现有的无互联线控制技术主要是下垂特性调整法，该控制方法使得基于下垂特性的负载得以有效均衡，然而，传统的下垂特性高度依赖直流电网和负载间的线路参数，当遇到直流电网扰动时，将无法通过传统的下垂控制器获取精确的功率分配。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对下垂特性在直流电网运用中存在的功率分配准确性及稳定性问题，提供一种基于下垂特性的船用直流发电设备功率分配方法，其可以在无严重依赖通信的分散控制条件下实现功率准确分配，使系统具有良好的冗余性和可扩展性。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于下垂特性的船用直流发电设备功率分配方法，所有的发电设备均并联到直流母线上；所述的基于下垂特性的船用直流发电设备功率分配方法包括以下步骤：电能管理系统将每台发电设备需要调整的功率量，以电压ΔU的形式分别发送给各台发电设备；各发电设备将发电设备空载输出给定电压VREF减去接收到的ΔU，得到空载给定电压；所有发电设备的VREF均相等；各发电设备根据所采集到的自身的实际输出电流以及直流母线电压计算出发电设备实际输出功率，将所述空载给定电压减去发电设备实际输出功率和下垂系数的乘积，得到直流电压给定值；各发电设备将所述直流电压给定值减去所采集到的直流母线电压，将直流电压给定值与直流母线电压的差值经过PI调节后得到输出功率的给定值；各发电设备的发电控制单元根据所述输出功率的给定值对发电设备的输出功率进行控制，使发电设备的实际输出功率等于输出功率的给定值。采用上述技术方案后，本专利技术至少具有以下优点和特点：1、本专利技术以各台发电设备独立的下垂特性控制为主，电能管理系统功率分配为辅，可以精确地实现各发电设备间功率的合理分配。本专利技术还可以在电能管理系统出现故障或调节速度不够时，实现系统对扰动的自适应性，并且实现方式简单；2、本专利技术解决了使用下垂特性进行负载均衡时，对直流电网和负载间的线路参数高度依赖的问题，同时解决了有互联线并联技术中高度依赖通信系统导致系统可靠性降低的问题。附图说明图1为根据本专利技术一实施例的船用直流电网的原理示意图，其中还示出了发电设备的控制原理。图2示出了电能管理系统不参与调节时的两台发电设备的运行曲线示意图。图3示出了电能管理系统降低其中一台发电设备输出功率时的两台发电设备的运行曲线示意图。图4示出了电能管理系统增加其中一台发电设备输出功率时的两台发电设备的运行曲线示意图。图5示出了电能管理系统在其中一台发电设备输出功率变化时通过调节作用维持直流电压保持不变时的两台发电设备的运行曲线示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。图1为根据本专利技术一实施例的船用直流电网的原理示意图。如图1所示，船用直流电网包括电能管理系统、多台发电设备、直流母线及多个负载。电能管理系统的输出端分别与多台发电设备的输入端相连，多台发电设备均并联到公共的直流母线上，从而可通过各自的变流器输出功率到公共的直流母线上。各发电设备均为直流发电装置，输出为直流电压，并具有直流电压调节功能。各发电设备都采用下垂控制，输出功率与给定电压值之间存在线性关系。多个负载也都并联在公共的直流母线上。电能管理系统可以监控各发电设备的发电功率以及各负载的用电功率，并具备调节能力。具体地说，电能管理系统通过检测各发电设备及各负载的输入和输出功率，经过系统功率匹配计算可得出每台发电设备需要调整的功率量，并以电压ΔU的形式发送给各台发电设备。从而使得电能管理系统在不影响各发电设备下垂控制的前提下，可以对各发电设备的输出功率进行调整。前述的功率匹配计算的具体算法属于现有技术，在此不再赘述。根据本专利技术一实施例的基于下垂特性的船用直流发电设备功率分配方法包括以下步骤：电能管理系统将每台发电设备需要调整的功率量，以电压ΔU的形式分别发送给各台发电设备；各发电设备将发电设备空载输出给定电压VREF减去接收到的ΔU，得到空载给定电压；所有发电设备的VREF均相等；各发电设备根据所采集到的自身的实际输出电流以及直流母线电压计算出发电设备实际输出功率，将所述空载给定电压减去发电设备实际输出功率和下垂系数的乘积，得到直流电压给定值；各发电设备的下垂系数与额定输出功率及系统允许电压降落的幅值等有关；各发电设备将所述直流电压给定值减去所采集到的直流母线电压，将直流电压给定值与直流母线电压的差值经过PI调节后得到输出功率的给定值；各发电设备的发电控制单元根据所述输出功率的给定值对发电设备的输出功率进行控制，使发电设备的实际输出功率等于输出功率的给定值。发电控制单元根据发电机组的不同具有不同的控制策略，例如，若发电机组为柴油机+异步发电机+全控整流装置的结构，则发电控制单元需实现为异步发电机励磁及为维持直流电压而需输出的有功电流；若发电机组为柴油机+同步发电机及电压调节器+全控整流装置，则发电控制单元则需实现为维持直流电压而输出的有功电流；若发电机组为柴油机+同步发电机+不控整流装置，则发电控制单元需实现为维持直流电压而控制励磁电流。在本实施例中，各发电设备的下垂系数与其功率成反比分配，满足k1Pmax1＝k2Pmax2＝…＝knPmaxn，其中，Pmax1、Pmax2…Pmaxn分别为各发电设备的额定输出功率，k1、k2…kn分别为对应的各发电设备的下垂系数。以图1中的发电设备1为例来说，其功率控制的过程如下。电能管理系统将每台发电设备需要调整的功率量，以电压ΔU的形式分别发送给发电设备1。发电设备1将发电设备空载输出给定电压VREF减去接收到的ΔU，得到空载给定电压Vdcgiven1。发电设备根据所采集到的自身的实际输出电流以及直流母线电压计算出发电设备实际输出功率，将所述空载给定电压Vdcgiven1减去发电设备实际输出功率P1和下垂系数k1的乘积，得到直流电压给定值Vdcref1,即Vdcref1＝Vdcgiven1—k1*P1。其中，发电设备的实际输出电流通过电流霍尔传感器CS1检测得到，直流母线电压值通过电压霍尔传感器VS1检测得到。发电设备1将直流电压给定值Vdcref1减去电压霍尔传感器VS1所采集到的直流母线电压，将直流电压给定值与直流母线电压的差值经过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于下垂特性的船用直流发电设备功率分配方法，其特征在于，所有的发电设备均并联到直流母线上；所述的基于下垂特性的船用直流发电设备功率分配方法包括以下步骤：电能管理系统将每台发电设备需要调整的功率量，以电压ΔU的形式分别发送给各台发电设备；各发电设备将发电设备空载输出给定电压VREF减去接收到的ΔU，得到空载给定电压；所有发电设备的VREF均相等；各发电设备根据所采集到的自身的实际输出电流以及直流母线电压计算出发电设备实际输出功率，将所述空载给定电压减去发电设备实际输出功率和下垂系数的乘积，得到直流电压给定值；各发电设备将所述直流电压给定值减去所采集到的直流母线电压，将直流电压给定值与直流母线电压的差值经过PI调节后得到输出功率的给定值；各发电设备的发电控制单元根据所述输出功率的给定值对发电设备的输出功率进行控制，使发电设备的实际输出功率等于输出功率的给定值。

【技术特征摘要】
1.一种基于下垂特性的船用直流发电设备功率分配方法，其特征在于，所有的发电设备均并联到直流母线上；所述的基于下垂特性的船用直流发电设备功率分配方法包括以下步骤：电能管理系统将每台发电设备需要调整的功率量，以电压ΔU的形式分别发送给各台发电设备；各发电设备将发电设备空载输出给定电压VREF减去接收到的ΔU，得到空载给定电压；所有发电设备的VREF均相等；各发电设备根据所采集到的自身的实际输出电流以及直流母线电压计算出发电设备实际输出功率，将所述空载给定电压减去发电设备实际输出功率和下垂系数的乘积，得到直流电压给定值；各发电设备将所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨璇，冯玉龙，周特威，段征，庄伟，李骁，周忠凯，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一一研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31