一种直流微网群系统及其新型分层控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种直流微网群系统及其新型分层控制方法。直流微网群系统，包含3个直流子微网，每个直流子微网包含3个BUCK变换器，各BUCK变换器通过连接线与直流母线相连，子微网内各BUCK变换器的连接线电阻互不相等。本发明专利技术提出的新型分层控制方法，总共可以分为3层控制。顶层为直流微网群协调控制，该层主要目标是协调子微网以实现子微网间任意比例的电流分配；第二层为电压补偿控制和下垂系数修正控制，该层的主要目标是提高直流母线电压的控制精度、提高子微网内部直流变换器间的电流分配精度；底层为下垂控制和电压单闭环控制，该层的主要目标是对上层得到的控制结果进行快速可靠的跟踪控制。本发明专利技术提出的分层控制算法，实现了子微网与子微网间电流任意比例的分配，提高了子微网内部变换器的电流分配精度，减小了直流母线电压的控制误差。

【技术实现步骤摘要】
一种直流微网群系统及其新型分层控制方法
本专利技术属于电力系统的直流微电网控制领域，涉及一种新型分层控制方法，具体涉及一种基于输出电压补偿控制、变下垂系数控制、子微网功率协调控制的控制方法及应用该方法控制的一个直流微网群系统。
技术介绍
随着大量可再生新能源的接入，微电网的概念被提出。微电网可以被分为交流微电网和直流微电网。与交流微电网相比，直流微网可提高变流器的利用率并减少损耗，有利于各微源间的优势互补与协调控制，且直流系统不存在相位同步、谐波和无功损耗等方面问题，因此直流微电网已经成为微电网技术新的研究方向。直流微电网规模一般比较小，负荷波动及外部干扰比较频繁。为实现多种分布式发电接入和用户侧高效可靠供电，可计划性的将直流微电网划分为多个子微网。通过直流母线将地理位置相近的直流子微网根据相应控制策略连接，形成直流微电网群。各直流子微网互为备用，有效提高了微电网的稳定性和可靠性。因此，需要根据直流微电网结构，研究直流子微网之间的协调控制，以确保微电网在不同运行状态下都能够稳定可靠供电。授权公告号为CN201610040203.2的中国专利，提出让各子微网内储能系统根据各储能系统的最大充放电功率及其剩余电量SOC来自动调整功率分配，从而平滑分布式发电功率波动并改善母线电压质量的同时提高了储能系统的安全性。该专利技术还采用模糊控制来调整储能电站中各储能单元下垂控制器的虚拟阻抗，以实现不同储能单元间功率的自动分配和SOC的平衡。采用母线电压反馈控制方法对由于下垂控制引起的母线电压跌落进行补偿，提高母线电压质量。授权公告号为CN201610897833.1的中国专利，提出了一种微网群架构及其自主协调控制方法，所提出的架构中包括交、直流子网、PEU和EP，其中PEU用于协调微网群内各子微网与EP的功率交换，实现各子网能量共济，维持各子微网内母线电压和频率的稳定；EP用于维持PEU直流母线电压的稳定，实现对PEU所需交换净功率的合理分配。当直流子微网内含有多个直流变换器时，如何实现变换器输出相同的电流成为了一个控制难点。目前提出的电流分配策略主要包括平均电流控制，主从控制，下垂控制等。相比于其他电流分配策略，下垂控制具有优越性。下垂控制不需要其他变流器的电压电流信息，仅需要根据电压参考值和输出电流值的一个简单下垂关系即可得到电压参考值，实现变换器间的电流分配。这非常适合于直流微电网，因为直流微电网中的新能源及其直流变换器具有离散分布的特点，采用下垂控制不需要变流器间进行复杂的通信，一方面减小了系统的成本，另一方面提高了系统的可靠性。但下垂控制也存在两个缺点，一是下垂控制是以下降输出电压为代价来提升电流分配精度的，采用普通的下垂控制会导致直流母线电压低于参考值；二是线路电阻不一致导致电流分配精度下降。下垂控制的下垂系数相当于一个虚拟电阻，传统的下垂控制通过设置相同的虚拟电阻来使直流变换器平均分配负载电流。当线路电阻不相等时，各变流器的虚拟电阻与线路电阻之和也不相等，从而导致了分流精度下降。目前国内对直流微网群的研究还处于起步阶段，直流微网群的控制相比于单一直流微网更为复杂。直流微网群的控制可以分为子微网内部的控制和子微网之间的协调控制，而且两者需要相互协调配合才能完成控制目标。
技术实现思路
本专利技术所要达到的目标是：提出一种适用于直流微网群的分层控制策略，达到以下控制目标：①直流子微网之间可以按照设定比例向直流母线注入电流；②直流子微网内部各变换器的输出电流相等，且其电流分配精度不受线路电阻差异的影响；③直流微网群系统的直流母线电压与设定电压参考值基本一致；④当设定的电流分配比例发生变化以后，直流微网群系统能够平稳快速的做出调整，最终子微网的电流分配比例与设定比例完全一致；本专利技术通过以下技术方案来实现：直流微网群系统包含3个直流子微网，分别命名为第一子微网、第二子微网、第三子微网，每个直流子微网包含3个BUCK变换器，第一子微网内的三个变换器分别编号为#1、#2、#3，第二子微网内的三个变换器分别编号为#4、#5、#6，第三子微网内的三个变换器分别编号为#7、#8、#9。所有BUCK变换器都通过连接线与直流母线相连，但同一子微网的连接线电阻互不相等。第一控制器对第一子微网的三个直流变换器进行控制、第二控制器对第二子微网的三个直流变换器进行控制、第三控制器对第三子微网的三个直流变换器进行控制。这三个控制器主要进行底层控制、二次控制。为了实现三个子微网之间的协调控制，本专利技术还设计了一个主控制器，并命名为第四控制器。第一控制器、第二控制器、第三控制器将各自控制的直流变换器的输出电流信息和下垂系数信息上传至第四控制器，第四控制器根据三个控制器上传的信息进行子微网协调控制，再将控制指令分别下达给第一控制器、第二控制器、第三控制器。2.进一步的，本专利技术提出的新型分层控制方法可以分为3层控制。顶层为直流微网群协调控制，该层主要目标是协调3个子微网以实现子微网间任意比例的电流分配；第二层为电压补偿控制和下垂系数修正控制，该层的主要目标是提高直流母线电压的控制精度、提高子微网内部直流变换器间的电流分配精度；底层为下垂控制和电压单闭环控制，该层的主要目标是对上层得到的控制结果进行快速可靠的跟踪控制。进一步的，直流子微网有2个工作模式，分别命名为第一工作模式和第二工作模式。两种工作模式下，子微网都进行改进型下垂控制。两种工作模式的区别在于，第一工作模式下的改进型下垂控制使用的下垂系数参考值为一个固定的常数，使用的电流参考值是子微网内部某个变换器的输出电流，输出电流被选来当作电流参考值的变换器被命名为参考变换器；而第二工作模式下的改进型下垂控制使用的下垂系数参考值为第四控制器进行微网群协调控制后输出的下垂系数参考值。使用的电流参考值为第四控制器进行微网群协调控制后输出的电流参考值。三个子微网中有且只有一个子微网处于第一工作模式，其余两个子微网均处于第二工作模式。3.以第一子微网处于第一工作模式，第二子微网、第三子微网处于第二工作模式，第一子微网内的#1BUCK变换器作为参考变换器为例，本专利技术的分层控制策略可以分为以下步骤：S1、读取第一子微网中三个直流变换器的电容电压和输出电流采样结果、直流母线电压。其中#1变换器的电容电压值为u1，输出电流值为i1，#2变换器的电容电压值为u2，输出电流值为i2，#3变换器的电容电压值为u3，输出电流值为i3。直流母线电压值为ubus1,第一子微网的总输出电流值为isum1；S2、对第一子微网进行直流母线电压补偿控制。将电压设定值uref减去直流母线电压值ubus1,将偏差量输入一个PI控制器，该控制器被编号为A1，得到第一子微网的母线电压补偿值uadd1，电压设定值uref叠加上第一子微网的母线电压补偿值uadd1即可得到经过电压补偿控制后的电压参考值uref_new1；S3、对第一子微网的三个直流变换器进行下垂系数修正控制。将参考变换器(#1直流变换器)的输出电流i1作为第一子微网的电流参考值iref1，#1参考变换器的下垂系数不需要进行修正控制，其下垂系数K1固定为常数K0；#2直流变换器的输出电流i2减去电流参考值iref1，将偏差量输入A2号PI控制器，得到#2直流变换器的下垂系数修正量K本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流微网群系统，其特征在于，包含3个直流子微网，分别命名为第一子微网、第二子微网、第三子微网，每个直流子微网包含3个BUCK变换器，第一子微网内的三个变换器分别编号为#1、#2、#3，第二子微网内的三个变换器分别编号为#4、#5、#6，第三子微网内的三个变换器分别编号为#7、#8、#9，所有BUCK变换器都通过连接线与直流母线相连，但同一子微网的连接线电阻互不相等；第一控制器对第一子微网的三个直流变换器进行控制、第二控制器对第二子微网的三个直流变换器进行控制、第三控制器对第三子微网的三个直流变换器进行控制，这三个控制器主要进行底层控制、二次控制，为了实现三个子微网之间的协调控制，本专利技术还设计了一个主控制器，并命名为第四控制器，第一控制器、第二控制器、第三控制器将各自控制的直流变换器的输出电流信息和下垂系数信息上传至第四控制器，第四控制器根据三个控制器上传的信息进行子微网协调控制，再将控制指令分别下达给第一控制器、第二控制器、第三控制器。

【技术特征摘要】
1.一种直流微网群系统，其特征在于，包含3个直流子微网，分别命名为第一子微网、第二子微网、第三子微网，每个直流子微网包含3个BUCK变换器，第一子微网内的三个变换器分别编号为#1、#2、#3，第二子微网内的三个变换器分别编号为#4、#5、#6，第三子微网内的三个变换器分别编号为#7、#8、#9，所有BUCK变换器都通过连接线与直流母线相连，但同一子微网的连接线电阻互不相等；第一控制器对第一子微网的三个直流变换器进行控制、第二控制器对第二子微网的三个直流变换器进行控制、第三控制器对第三子微网的三个直流变换器进行控制，这三个控制器主要进行底层控制、二次控制，为了实现三个子微网之间的协调控制，本发明还设计了一个主控制器，并命名为第四控制器，第一控制器、第二控制器、第三控制器将各自控制的直流变换器的输出电流信息和下垂系数信息上传至第四控制器，第四控制器根据三个控制器上传的信息进行子微网协调控制，再将控制指令分别下达给第一控制器、第二控制器、第三控制器。2.新型分层控制方法，其特征在于，分为3层控制，顶层为直流微网群协调控制，该层主要目标是协调3个子微网以实现子微网间任意比例的电流分配；第二层为电压补偿控制和下垂系数修正控制，该层的主要目标是提高直流母线电压的控制精度、提高子微网内部直流变换器间的电流分配精度；底层为下垂控制和电压单闭环控制，该层的主要目标是对上层得到的控制结果进行快速可靠的跟踪控制，进一步的，以权利要求1所述的直流微网群系统为控制对象，被控直流子微网有2个工作模式，分别命名为第一工作模式和第二工作模式，两种工作模式下，子微网都进行改进型下垂控制，两种工作模式的区别在于，第一工作模式下的改进型下垂控制使用的下垂系数参考值为一个固定的常数，使用的电流参考值是子微网内部某个变换器的输出电流，输出电流被选来当作电流参考值的变换器被命名为参考变换器；而第二工作模式下的改进型下垂控制使用的下垂系数参考值为第四控制器进行微网群协调控制后输出的下垂系数参考值，使用的电流参考值为第四控制器进行微网群协调控制后输出的电流参考值，三个子微网中有且只有一个子微网处于第一工作模式，其余两个子微网均处于第二工作模式。3.根据权利要求2所述的新型分层控制算法，其特征在于，当设置第一子微网处于第一工作模式，第二子微网、第三子微网处于第二工作模式，第一子微网内的#1BUCK变换器作为参考变换器时，新型分层控制策略可以分为以下步骤：S1、读取第一子微网中三个直流变换器的电容电压和输出电流采样结果、直流母线电压，其中#1变换器的电容电压值为u1，输出电流值为i1，#2变换器的电容电压值为u2，输出电流值为i2，#3变换器的电容电压值为u3，输出电流值为i3，直流母线电压值为ubus1,第一子微网的总输出电流值为isum1；S2、对第一子微网进行直流母线电压补偿控制，将电压设定值uref减去直流母线电压值ubus1,将偏差量输入一个PI控制器，该控制器被编号为A1，得到第一子微网的母线电压补偿值uadd1，电压设定值uref叠加上第一子微网的母线电压补偿值uadd1即可得到经过电压补偿控制后的电压参考值uref_new1；S3、对第一子微网的三个直流变换器进行下垂系数修正控制，将参考变换器(#1直流变换器)的输出电流i1作为第一子微网的电流参考值iref1，#1参考变换器的下垂系数不需要进行修正控制，其下垂系数K1固定为常数K0；#2直流变换器的输出电流i2减去电流参考值iref1，将偏差量输入A2号PI控制器，得到#2直流变换器的下垂系数修正量Kadd2,常数K0叠加上Kadd2得到#2直流变换器的下垂系数K2；#3直流变换器的输出电流i3减去电流参考值iref1，将偏差量输入A3号PI控制器，得到#3直流变换器的下垂系数修正量Kadd3,常数K0叠加上Kadd3得到#3直流变换器的下垂系数K3；S4、对第一子微网进行下垂控制，将电压参考值uref_new1减去下垂系数K1与输出电流i1的乘积，得到#1变换器的电压内环参考值uref_loop1；将电压参考值uref_new1减去下垂系数K2与输出电流i2的乘积，得到#2变换器的电压内环参考值uref_loop2；将电压参考值uref_new1减去下垂系数K3与输出电流i3的乘积，得到#3变换器的电压内环参考值uref_loop3；S5、对第一子微网进行电压闭环控制，将S4得到的电压内环参考值uref_loop1减去电容电压值u1，差值输入A4号PI控制器，得到控制结果out1，该控制结果送入ePWM1模块，进行PWM调制，得到PWM1信号，PWM1用于控制#1变换器中的开关管的开通和关断；将电压内环参考值uref_loop2减去电容电压值u2，差值输入A5号PI控制器，得到控制结果out2，该控制结果送入ePWM2模块，进行PWM调制，得到PWM2信号，PWM2用于控制#2变换器中的开关管的开通和关断；将电压内环参考值uref_loop3减去电容电压值u3，差值输入A6号PI控制器，得到控制结果out3，该控制结果被送入ePWM3模块，进行PWM调制，得到PWM3信号，PWM3用于控制#3变换器中的开关管的开通和关断；S6、进行直流微网群协调控制，读取子微网输出电流分配比例设定值，其中第一子微网输出电流占总电流的比例设定值为p1，第二子微网输出电流占总电流的比例设定值为p2，第三子微网输出电流占总电流的比例设定值为p3；读取S1得到的第一子微网的总输出电流值为isum1,将isum1与p2相乘,得到的乘积除以p1，然后再除以第二子微网接入直流微电网的变换器的个数n2，得到第二子微网的电流参考值iref2，计算第一子微网中所有已接入的变换器的下垂系数平均值Kavr，将Kavr赋给第二子微网的下垂系数参考值Kref2；读取S1得到的第一子微网的总输出电流值为isum1,将isum1与p3相乘,得到的乘积除以p1，然后再除以第三子微网接入直流微电...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩杨，李路桥，宁星，王丛岭，杨平，熊静琪，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51