储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法技术

本发明专利技术涉及直流微电网的储能系统下垂控制技术领域，具体涉及储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，包括将储能环节划分为系统稳定不工作区、储能充、放电控制盲区，储能充、放电动态下垂控制区；对于储能充、放电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制；对于储能充、放电控制盲区按照储能充、放电控制盲区与储能充、放电动态下垂控制区交点坐标和函数可导性确定指数函数的曲线下垂控制。该控制方法结合两个特性工作区域进行设计判断储能环节的控制流程，扩大了储能环节控制范围，从根本上解决了储能环节功率分配，最终输出功率趋于相等，同时也弥补了因下垂控制带来的电压跌落差值，使得系统能够更加稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法
本专利技术属于直流微电网的储能系统下垂控制
，尤其涉及储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法。
技术介绍
随着可再生能源在现代电力系统中的比重不断提升，学者们提出了微电网的概念，以实现在区域内对多种可再生能源形式的高效控制。目前有直流微电网、交流微电网和交直流混合微电网，以光伏和风力发电运用最广。新型可再生绿色能源运用可以缓解目前的能源危机，如光伏发电等可再生能源越来越受到人们的关注，而储能技术在光伏发电中是不可或缺的部分，所以先进的储能技术在电力系统中是关键环节。目前微电网直流侧母线电压，因下垂控制实现直流侧的负荷功率分配而带来的母线电压跌落、负荷投切和并离网使得母线电压受到冲击。直流侧母线电压是反映微电网直流侧系统源荷功率平衡和系统稳定的关键指标，为了稳定直流侧，储能环节起到了关键性作用。但是已有的方法大多在基于下垂控制方法解决功率分配而导致电压下降，常采用折衷的办法对电压偏差不超过接受范围的情况下选取下垂系数，这样发方法会造成下垂控制的局限性，在一定程度上不仅影响到母线电压的性能，而且在一定程度上降低负荷功率分配的准确性。为了解决上述微电网下垂控制所存在的问题，研究人员提出了各种改进型下垂控制方法。有学者提出直流分层控制系统，通过下垂控制对直流侧的负荷功率进行分配，因下垂控制带来的母线电压跌落，而在第二层控制中对电压跌落进行补偿提高母线电压质量。但是对功率缺额过大时不能够很好的进行功率分配，不适用于双向逆变器和储能环节控制功率缺额过大盲区上维持系统稳定。因此，存在很多种处理并联变换器输出控制的方法，不能够很好的解决维持母线电压稳定的问题，也存在不能确保储能环节工作时避免“过充过放”和按照比例进行输出功率问题。针对微电网运用储能环节维持直流侧母线电压稳定技术，传统下垂控制存在提高储能装置功率分配性能与稳定直流母线电压的矛盾，并且在该微电网中稳定直流母线电压和维持系统稳定设定两级控制，首先，在功率及直流母线电压调节由双向DC/AC逆变器进行系统稳定性粗调，之后再由直流侧储能环节进行微调，将直流母线电压稳定在确定范围内，同时满足功率分配均衡。但是当电压变化值相对双向DC/AC逆变器调节范围较小，不在双向DC/AC逆变器调节控制范围内；相对储能环节调节范围较大，不在储能环节调节范围内时，存在控制盲区，不能满足在各种情况下平滑控制直流侧母线电压的稳定。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种储能环节的下垂控制分工作区域进行控制，将储能环节稳定直流侧母线额定电压的范围扩大，使得储能环节控制能够覆盖控制盲区的方法。该方法以曲线下垂方法对盲区进行控制，首先保证有功功率尽快趋近所需值，使得系统暂态稳定；储能环节控制区采用动态下垂控制和虚拟阻抗法，确保储能装置功率分配和减少母线电压跌落。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，包括将储能环节划分为系统稳定不工作区、储能充、放电控制盲区，储能充、放电动态下垂控制区；对于储能充、放电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制；对于储能充、放电控制盲区按照储能充、放电控制盲区与储能充、放电动态下垂控制区交点坐标和函数可导性确定指数函数的曲线下垂控制。在上述的储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法中，所述控制方法的实现包括以下步骤：步骤1、设定直流微电网直流母线电压偏差约束条件，确定初始下垂系数mo，对直流微电网系统中运用双向DC/AC逆变器和储能环节维持电压稳定工作区间进行分区，确定二者的优先级别；设定Uo为母线额定电压，(U0(1-a)，Uo(1+a))为系统稳定不工作区，(U0(1+a)，Uo(1+b))、(U0(1-b)，Uo(1-a))分别为储能充、放电动态下垂控制区；(U0(1+b，Uo(1+c))、(U0(1-c)，Uo(1-b))分别为储能充、放电控制盲区；其它区域为双向DC/AC逆变器的控制区；a、b、c均为电压偏差百分比，取值按照直流微电网系统的电压偏差限制要求，满足a＜b＜c；步骤2、根据步骤1储能环节各个工作区域的特性，分别设定下垂控制方法，储能充、放电控制盲区采用曲线下垂控制法，储能充、放电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制法；再根据直流母线电压偏差ΔUdc的限制条件，求出微电网直流母线电压Udc；步骤3、通过采样所得母线电压和蓄电池电流值，以及双向DC/DC变换器的输出电流，计算所需信号参数判断工作区间，选择对应工作区域所对应的下垂控制法；步骤4、通过步骤3所选择对应工作区域所对应的下垂控制法；计算出对应工作区域的下垂系数，将下垂系数引入到对应工作区间的下垂控制器，经过下垂控制器输出调制信号与直流母线电压反馈信号相减，再与二次补偿信号相加，之后经过电压外环控制器和电流内环控制器，最后通过PWM调节器输出PWM控制信号改变开关管状态，实现系统的稳定性控制。在上述的储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法中，步骤1所述初始下垂系数mo根据直流母线电压偏差的约束条件来选定，取值为：式中：ioi为第i个逆变器的输出电流，ΔUdcmax允许的最大母线电压偏差、ΔUdcmin为允许的最小母线电压偏差，idcmax为母线电流最大值、idcmin为母线电流最小值。在上述的储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法中，步骤2所述微电网直流母线电压Udc计算式为；式中，Udc为微电网直流母线电压；为微电网系统母线参考电压。在上述的储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法中，步骤3所述选择对应工作区域所对应的下垂控制法之后，分别利用充、放电下垂控制的电压-功率下垂算法和下垂控制器的设定确定其特性式；包括以下步骤：步骤3.1、储能放电动态下垂控制区的下垂控制采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制法，其特性式为：式中，Udci为母线电压实际值，为母线电压额定值，mo为初始下垂系数，ηi为第i个蓄电池的充放电效率，gi为第i个储能模块设计的虚拟阻抗，SOCi为第i个蓄电池的荷电状态，Pi为第i个储能模块输出的功率；ΔUdc＇为参考电压补偿信号，其取值为：式中，R为负载电阻值，β为转化损耗系数；代入(2)计算得微电网直流母线电压；步骤3.2、储能放电控制盲区采用曲线下垂控制法，其特性式为：Udc＝e(A-BP)+C(5)(5)式约束条件为：(6)式中，Pdcmax为直流微电网负荷功率在储能环节控制中所允许的最大缺额功率，Pdc为负荷实际功率值，Uo为负荷精准的额定电压，d、f、k分别为系统稳定不工作区允许的电压波动百分比，储能充、放电动态下垂控制区允许的电压最大波动百分比，储能充、放电控制盲区允许的电压最大波动百分比；(5)式中A、B、C的求取为：步骤3.3、储能充电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制法，其特性式为：(8)式中，Udci为直流母线电压实际值，为直流母线电压额定值，mo为初始下垂系数，ηi为第i个蓄电池的充放电效率，gi为第i个储能模块设计的虚拟阻抗，SOCi为第i个蓄电池的荷电状态，Pi为第i个储能模块输出的功率；步骤3.4、储能充电控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，其特征是，包括将储能环节划分为系统稳定不工作区、储能充、放电控制盲区，储能充、放电动态下垂控制区；对于储能充、放电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制；对于储能充、放电控制盲区按照储能充、放电控制盲区与储能充、放电动态下垂控制区交点坐标和函数可导性确定指数函数的曲线下垂控制。

【技术特征摘要】
1.储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，其特征是，包括将储能环节划分为系统稳定不工作区、储能充、放电控制盲区，储能充、放电动态下垂控制区；对于储能充、放电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制；对于储能充、放电控制盲区按照储能充、放电控制盲区与储能充、放电动态下垂控制区交点坐标和函数可导性确定指数函数的曲线下垂控制。2.如权利要求1所述的储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，其特征是，所述控制方法的实现包括以下步骤：步骤1、设定直流微电网直流母线电压偏差约束条件，确定初始下垂系数mo，对直流微电网系统中运用双向DC/AC逆变器和储能环节维持电压稳定工作区间进行分区，确定二者的优先级别；设定Uo为母线额定电压，(U0(1-a)，Uo(1+a))为系统稳定不工作区，(U0(1+a)，Uo(1+b))、(U0(1-b)，Uo(1-a))分别为储能充、放电动态下垂控制区；(U0(1+b，Uo(1+c))、(U0(1-c)，Uo(1-b))分别为储能充、放电控制盲区；其它区域为双向DC/AC逆变器的控制区；a、b、c均为电压偏差百分比，取值按照直流微电网系统的电压偏差限制要求，满足a＜b＜c；步骤2、根据步骤1储能环节各个工作区域的特性，分别设定下垂控制方法，储能充、放电控制盲区采用曲线下垂控制法，储能充、放电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制法；再根据直流母线电压偏差ΔUdc的限制条件，求出微电网直流母线电压Udc；步骤3、通过采样所得母线电压和蓄电池电流值，以及双向DC/DC变换器的输出电流，计算所需信号参数判断工作区间，选择对应工作区域所对应的下垂控制法；步骤4、通过步骤3所选择对应工作区域所对应的下垂控制法；计算出对应工作区域的下垂系数，将下垂系数引入到对应工作区间的下垂控制器，经过下垂控制器输出调制信号与直流母线电压反馈信号相减，再与二次补偿信号相加，之后经过电压外环控制器和电流内环控制器，最后通过PWM调节器输出PWM控制信号改变开关管状态，实现系统的稳定性控制。3.如权利要求2所述的储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，其特征是，步骤1所述初始下垂系数mo根据直流母线电压偏差的约束条件来选定，取值为：式中：ioi为第i个逆变器的输出电流，ΔUdcmax允许的最大母线电压偏差、ΔUdcmin为允许的最小母线电压偏差，idcmax...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，彭瑞，许诚，章子涵，柳慧梅，郑逸凡，王琪，刘格格，杨景嵛，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42