一种直流微电网混合型松弛终端的稳压协调控制方法技术

一种直流微电网混合型松弛终端的稳压协调控制方法，涉及直流微电网的稳定运行领域，它包括由双锂电池，超级电容和上级主母线构成的混合型松弛终端系统；其特征是所述超级电容通过DC/DC变换器I连接于本地直流母线上；锂电池通过双端口DC/DC变换器II与超级电容相连；主母线通过双向DC/DC变换器III接于本地直流母线上。本发明专利技术将双锂电池的运行状态在超级电容协调下进行合理转换，提高了锂电池的使用寿命和有效功率密度；有效解决了多级直流微电网中不同松弛终端协调控制来稳定直流母线电压的问题。

Voltage stabilizing coordinated control method for mixed type relaxation terminal of DC micro grid

Voltage coordination control method of DC micro grid hybrid terminal relaxation, relates to stable operation of the field of DC micro grid, which comprises a double lithium battery, hybrid super capacitor and the terminal relaxation system composed of main bus bar; wherein the super capacitor through the DC/DC converter I is connected to the local DC bus; lithium battery dual port DC/DC converter II and super capacitor are connected through; the main bus connected to the local DC bus through the bi-directional DC/DC converter III. The running state of the double lithium battery in the super capacitor under the coordination of reasonable conversion, improve the service life of the lithium battery and the effective power density; effectively solves the multi terminal DC micro grid in different relaxation coordinated control to stabilize the DC bus voltage problem.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及直流微电网的稳定运行，具体是一种直流微电网混合型松弛终端的稳压协调控制方法。
技术介绍
直流微电网作为传统微电网的有益补充，不仅高效地融合了直流形式输出的分布式微电源，而且无需考虑电压相位和频率等复杂电能参量，减少了自然功率的限制，运行可靠性较高。以分布式电源构建的直流微电网研究起步比较晚，但直流配电形式早已在工业及通信领域得到应用。随着微电网的网架结构多样化，直流微电网电能输送的优越性愈加明显。随着微网群的发展，直流微电网的结网形式开始多样化，从比较单一的、小型的体系结构开始向复杂的、大型的微电网发展演化。未来的微电网将是模块化以及多级的微电网架构。多级微电网中，每个微电网都可以是独立运行的，也可以自身及连带下级微电网一起孤网运行，又可以与上级微电网或大电网并网运行。这些积木式的结构使得微电网具有良好的可扩充性。以分布式电源构建的微电网能够很好地弥补大型集中电网的许多不足，但是分布式发电存在不可预测性和间歇性；再加上微电网中存在大量波动性负荷，使得微电网供电质量下降，甚至造成严重的功率不平衡。近年来，为了充分利用可再生能源及适应智能电网运行等需求，储能系统作为提高分布式电源接入容量的重要手段和实现能量双向互动的辅助装置，在微电网中发挥着越来越重要的作用。作为能量型储能元件的锂电池能量密度高，但功率密度低；而超级电容作为功率型储能元件，功率密度高，但能量密度低。根据两者在输出特性上互补的优势，锂电池-超级电容混合储能系统不仅延长了储能单元的寿命，而且提高了储能系统响应速度。针对锂电池循环寿命短的问题，有关学者确定出锂电池在寿命周期内的最佳运行充放电循环深度，并使用充放电任务分开的双电池结构，提高了电池储能的使用寿命，但是忽略了电池的有效功率密度，在实际应用中增加了储能系统的体积。在直流微电网中，所接终端按功能可划分为松弛终端和功率终端。其中储能系统主要作为松弛终端来维持微电网中的功率平衡和平抑母线电压波动，其他分布式电源和负荷作为功率终端来提供和消耗能量。在多级直流微电网中，上级母线又可以作为下级的松弛终来调节子母线上电压波动。因此不同的松弛终端在微电网中协调配合运行对提高微电网和储能系统的可靠性有着重要的研究意义。
技术实现思路
本专利技术解决在两级直流微电网中多个松弛终端协调控制来稳定本地直流母线电压的问题，提供一种直流微电网混合型松弛终端的稳压协调控制方法。本专利技术将两组锂电池和一组超级电容构成混合储能系统，设计双锂电池在超级电容协调下合理转换运行状态。并将直流微电网中上级主母线作为后背支撑，形成完备的混合型松弛终端系统。根据超级电容电压信号设计本地直流母线上松弛终端合理的工作模式，实现不同优先级工作模式的平滑高效切换。一种直流微电网混合型松弛终端的稳压协调控制方法，包括由双锂电池，超级电容和上级主母线构成的混合型松弛终端系统，混合型松弛终端系统对本地直流母线电压稳定性进行调节。所述超级电容通过DC/DC变换器I连接于本地直流母线上；锂电池通过双端口DC/DC变换器II与超级电容相连，形成级联结构；而主母线作为后背支撑电源，通过双向DC/DC变换器III接于本地直流母线上，与超级电容形成并联结构。所述DC/DC变换器I、DC/DC变换器III均采用双向Boost-Buck电路结构，双端口DC/DC变换器II由两组双向Boost-Buck电路结构组成。一种直流微电网混合型松弛终端的稳压协调控制方法是采用如下方案实现的：(1)超级电容器的DC/DC变换器I的控制超级电容功率密度大，DC/DC变换器I采用恒压双闭环控制方式优先动作并调节本地直流母线电压维持在允许波动范围内。(2)双锂电池的双向DC/DC变换器II的控制为平滑控制锂电池充放电电流和与主母线协调控制，双端口DC/DC变换器II采用下垂控制。通过检测超级电容电压信息Usc来控制双锂电池输出。根据超级电容电压进行层次划分，双锂电池协调配合运行于分别承担充放电任务和同时承担充放电任务两个层级。(3)上级主母线的双向DC/DC变换器III的控制双锂电池无法满足本地直流母线上负荷需求时，由上级主母线作为后背支撑电源。双端口DC/DC变换器III同样采用下垂控制，与双锂电池协调分层运行。通过检测超级电容电压信息Usc来控制上级母线对本地母线的电压调节。本专利技术具有如下优点：(1)本专利技术将双锂电池的运行状态在超级电容协调下进行合理转换，提高了锂电池的使用寿命和有效功率密度。(2)利用超级电容的缓冲作用，平滑了能量型松弛终端的工作电流，且实现了松弛终端不同优先级的工作模式在母线电压失稳前平滑切换，对直流母线电压影响甚小。(3)本方法优化了直流微网结网方式，并为微电网群的扩展提供了良好的思路；有效解决了多级直流微电网中不同松弛终端协调控制来稳定直流母线电压的问题。附图说明图1是本专利技术中混合型松弛终端的架构和控制原理框图。图2是本专利技术中双端口DC/DC变换器II和双向DC/DC变换器III运行下垂曲线。图3是本专利技术中混合松弛终端分层工作模式示意图。图4是本专利技术中双锂电池单元运行状态转换示意图。具体实施方式图1中：Udc和Udc-ref分别为直流母线电压的实际值和参考值，Isc和Isc-ref为超级电容实际电流值和参考值。为平滑控制锂电池充放电电流和与主母线协调控制，双端口DC/DC变换器II和双向DC/DC变换器III均采用下垂控制。其根据超级电容电压信息来控制双锂电池和主母线的充放电，Usc为超级电容电压的实际值,UA-ref、UB-ref、Ubus-ref为超级电容分别对应于双锂电池A、B和主母线的电压参考值，根据下垂特性关系分别给出各个能量型松弛终端的电流参考值IA-ref、IB-ref和Ibus-ref，然后由电流内环控制各自的实际电流值IA,IB和Ibus。Udc和Udc-ref分别为直流母线电压的实际值和参考值，Isc和Isc-ref为超级电容实际电流值和参考值。Usc为超级电容电压的实际值,UA-ref、UB-ref、Ubus-ref为超级电容分别对应于双锂电池A、B和主母线的电压参考值。根据下垂特性关系分别给出各个能量型松弛终端的电流参考值IA-ref、IB-ref和Ibus-ref，然后由电流内环控制各自的实际电流值IA,IB和Ibus。图2中：Usc和Uscr为超级电容实际电压和储能中间电压值，a、b、c、d为偏离系数；Ibm和Ibusm为锂电池和主母线最大充放电电流。kb1、kb2为双锂电池分开协调控制运行的下垂系数，两组锂电池A、B单元在各自的运行状态下采取相应的下垂曲线。kbus为主母线运行的下垂系数。图3中：ΔUsc为超级电容实际电压Usc和储能中间电压Uscr的偏差值。图中根据超级电容电压划分层区并设计了4种工作模式，其中+、-表示同一工作模式下松弛终端充放电两种状态。图4中：锂电池充放电循环深度ΔSOC＝SOCH-SOCL。式中SOCH为锂电池单元充电截止时的荷电状态，取值0.9；SOCL为锂电池单元放电截止时的荷电状态，取值为0.1。具体实施方式一种直流微电网混合型松弛终端的稳压协调控制方法，包括由双锂电池，超级电容和上级主母线构成混合型松弛终端系统。所述超级电容通过DC/DC本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流微电网混合型松弛终端的稳压协调控制方法，包括由双锂电池，超级电容和上级主母线构成的混合型松弛终端系统；其特征是所述超级电容通过DC/DC变换器I连接于本地直流母线上；锂电池通过双端口DC/DC变换器II与超级电容相连；主母线通过双向DC/DC变换器III接于本地直流母线上。

【技术特征摘要】
1.一种直流微电网混合型松弛终端的稳压协调控制方法，包括由双锂电池，超级电容和上级主母线构成的混合型松弛终端系统；其特征是所述超级电容通过DC/DC变换器I连接于本地直流母线上；锂电池通过双端口DC/DC变换器II与超级电容相连；主母线通过双向DC/DC变换器III接于本地直流母线上。2.根据权利要求1所述一种直流微电网混合型松弛终端的稳压协调控制方法，其特征是包括下述内容:(1)设定超级电容动作阈值；所述超级电容动作阈值为本地直流母线电压允许波动的上临界值Udch和下临界值Udcl；当Udcl≤Udc≤Udch时，DC/DC变换器I不工作；当Udc＜Udcl时，DC/DC变换器I运行于boost模式，使超级电容放电；当Udch＜Udc时，DC/DC变换器I运行于buck模式，使超级电容充电；Udc为直流母线电压的实际值；(2)双端口DC/DC变换器II和双向DC/DC变换器III均采用下垂控制方式；通过检测超级电容电压信息Usc，并根据双端口DC/DC变换器II和双向DC/DC变换器III运行下垂曲线来控制双锂电池和上级主母线的充放电；(3)设定超级电容工作电压的最大值Umax和最小值Umin，计算储能中间电压值Uscr＝(Umax+Umin)/2；超级电容实际电压Usc和储能中间电压Uscr的偏差值为ΔUsc；a、b、c、d为偏离系数，a＝15％(Umax-Uscr)/Uscr；b＝50％(Umax-Uscr)/Uscr；c＝85％(Umax-Uscr)/Uscr；d＝95％(Umax-Uscr)/Uscr)；根据超级电容电压划分层区并使混合松弛终端运行于相应...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦文萍，张宋杰，韩肖清，王鹏，王英，贾燕冰，孟润泉，任春光，王磊，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14