一种用于直流微电网的自适应多斜率下垂控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于直流微电网的自适应多斜率下垂控制系统及方法，针对直流微网中各分布式微源并联运行中系统均流与母线电压偏差矛盾的问题，通过将负荷电流分为三个区：轻载区、额定负荷区和重载区，然后对不同负荷区间实施多斜率下垂控制(Multi Slope Droop Control,MSDC)，重点改善额定负荷区和重载区系统均流性能及母线电压偏差。MSDC控制变换器输出特性曲线区别于传统恒定下垂输出特性的情况，负荷区域中的轻载区、额定负荷区和重载区按照系统对均流误差及母线电压偏差的要求可以灵活分配，并且对负载具备自适应调节能力，可以实现较宽负载范围内下垂特性的最优化配置和设计。

【技术实现步骤摘要】
一种用于直流微电网的自适应多斜率下垂控制系统及方法
本专利技术涉及直流微网中微源变换器功率输出均衡与改善系统母线电压调整率设计
，具体涉及多个电源变换器并联运行时系统的均流与母线电压偏差控制方法。
技术介绍
随着新能源的发展及人们对节能减排意识的增加，电力系统能源正朝向绿色可持续发展的方向前进。为了实现各分布式能源的协调运行，微电网为分布式能源提供了可行的整合利用形式。直流微电网系统中不用考虑无功和频率的影响，提高了系统的效率和供电质量，其主要控制目标是获得较低的母线电压调整率和各分布式电源的功率均分。由于直流微网中各分布式电源与直流母线连接之间线路阻抗存在差异，致使直流微网系统中各分布式电源模块之间存在均流误差和母线电压偏差。传统下垂控制以牺牲母线电压偏差来提高系统的均流性能，比如已公开文献《AnadaptivedroopcontrolmethodforlowvoltageDCmicrogrids》，The5thAnnualInternationalPowerElectronics,DriveSystemsandTechnologiesConference(PEDSTC2014),Tehran,2014,pp.84-89，文中根据输出电流大小非线性增加下垂系数提高系统均流性能，但同时也带来了很大的母线电压偏差。系统均流性能的提高与母线电压偏差的改善之间始终存在相互矛盾关系，现阶段提高系统均流性能的同时改善母线电压偏差需借助于二次控制和通信网络，比如已公开文献《Hierarchicalcontrolofdroop-controlledDCandACmicrogrids—ageneralapproachtowardsstandardization》,200935thAnnualConferenceofIEEEIndustrialElectronics,Porto,2009,pp.4305-4310，文中提出了基于低带宽通信的分层控制策略，通过二次集中控制调节系统的输出电压，减少系统的母线电压偏差，但是由于采用集中控制器，系统的可靠性降低。又比如已公开文献《AnImprovedDroopControlMethodforDCMicrogridsBasedonLowBandwidthCommunicationWithDCBusVoltageRestorationandEnhancedCurrentSharingAccuracy》，inIEEETransactionsonPowerElectronics,vol.29,no.4,pp.1800-1812,April2014，文中提出了基于低带宽通信的分布式控制策略补偿方法，虽然此方法可以提高均流误差改善母线电压偏差，但是母线电压补偿和均流性能的提升均依赖于次级控制及模块间的通信网络，降低了系统的可靠性，增加了系统的控制复杂性。经检索，关于系统均流性能的提高与母线电压偏差的改善，现有技术中也存在许多专利方案公开，如中国专利号ZL201510191394.8，专利名称为：带有自适应阻抗二次调节的直流变换器下垂控制方法；该申请案通过慢速通讯实时传输各并联变换器的电压、电流和下垂系数等参数，并在各变换器自身控制器中对下垂系数进行调节，最终使各并联变换器的外特性阻抗相等；同时对下垂曲线进行平移调节，改善因下垂控制造成的母线电压跌落。该申请案也提高了基于下垂控制的直流分布式供电系统和直流微电网中并联直流变换器的稳态和动态均流精度。但该申请案整个下垂控制过程复杂，且不够灵活，系统的运行可靠性也有待增强。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术针对传统下垂控制中提高均流性能与改善母线电压调整率的矛盾关系，提供了一种用于直流微电网的自适应多斜率下垂控制系统及方法；本专利技术根据负荷轻重情况将负荷电流分为轻载区、额定负荷区和重载区，重点改善额定负荷区和重载区系统的均流性能及母线电压偏差，在分层控制中可以减少二次控制的压力；且本专利技术负荷区域中的轻载区、额定负荷区和重载区可以灵活分配，能够实现理论上的最优化配置和设计。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种用于直流微电网的自适应多斜率下垂控制方法，直流微网控制系统中各微源变换器根据负荷量的轻重不同，对负荷电流进行分区控制，分别按照轻载区、额定负荷区和重载区配置相应的下垂系数，以此通过多斜率下垂改善母线电压偏差和提高均流性能。本专利技术的一种用于直流微电网的自适应多斜率下垂控制方法，其步骤为：步骤一、根据直流母线电压偏差的约束条件，选定初始下垂系数Rd，然后对直流微网系统中负荷的区间进行分区，设定负荷的分段电流Iseti；根据直流微网系统中母线电压偏差ΔVbus的要求，求出系统的母线电压Vbus，再求解得出分段系数ki的取值；步骤二、确定步骤一所述取值后，根据采样所得电流值，进行条件判断，选择对应负荷区的MSDC控制算法；步骤三、将MSDC控制器输出的信号与电压反馈信号一起送入电压补偿控制器，最后经过电流控制器和PWM控制，输出PWM控制信号，作用于变换器的开关管，实现系统的MSDC控制。更进一步地，步骤一根据直流母线电压偏差的约束条件，选定初始下垂系数Rd，下垂系数的取值需要满足：Rdjioj≤ΔVmax式中：ioj为第j个变换器模块的输出电流，Rdj为下垂系数，ΔVmax为允许的最大母线电压偏差。更进一步地，步骤一中额定负荷区分段电流设定点Iset1根据母线电压偏差选择，Iset1为ΔVmax/Rd，ΔVmax为允许的最大母线电压偏差，重载区的分段电流设定点Iset2取为Iset1的倍数关系。更进一步地，步骤一中根据直流微网系统中母线电压偏差ΔVbus的要求，求出系统的母线电压：Vbus＝Vref(1-ΔVbus/Vref)式中，Vbus为母线电压；Vref为系统参考电压；当采用MSDC控制策略时，系统的直流母线电压计算公式为：式中，Rcj为下垂系数和线路电阻之和；R为负载电阻；ki为分段系数，i＝1、2；通过上两式求解得出分段系数ki的取值为：更进一步地，各微源变换器模块的MSDC控制器参数Vref、Rd、Iset1、Iset2、k1、k2设置相同。更进一步地，步骤二中轻载区要求母线电压偏差满足1％以内；额定负荷区要求母线电压偏差5％以内，均流误差10％以内；重载区要求均流误差5％以内，母线电压偏差5％以内。更进一步地，步骤二中轻载区控制方程设计为：Vbus＝Vref-ioj(Rdj+Rlj)额定负荷区控制方程调整为：Vbus＝Vref-ioj(Rdj+Rlj)-k1(ioj-Iset1)重载区控制方程调整为：Vbus＝Vref-ioj(Rdj+Rlj)-k2(ioj-Iset2)控制方程中：下标j表示为第j个变换器模块；Vbus为母线电压；Vref为系统参考电压；ioj为第j个变换器模块的输出电流；Rdj为下垂系数；Rlj为线路电阻；Iset1为额定负荷区分段电流设定点；Iset2为重载区的分段电流设定点；k1为额定负荷区分段系数；k2为重载区分段系数。本专利技术的一种用于直流微电网的自适应多斜率下垂控制系统，所有微源变换器均有本地MSDC控制器，各微源模块将输出电流送入各自本地MSDC控制器，MS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于直流微电网的自适应多斜率下垂控制方法，其特征在于：直流微网控制系统中各微源变换器根据负荷量的轻重不同，对负荷电流进行分区控制，分别按照轻载区、额定负荷区和重载区配置相应的下垂系数，以此通过多斜率下垂改善母线电压偏差和提高均流性能。

【技术特征摘要】
1.一种用于直流微电网的自适应多斜率下垂控制方法，其特征在于：直流微网控制系统中各微源变换器根据负荷量的轻重不同，对负荷电流进行分区控制，分别按照轻载区、额定负荷区和重载区配置相应的下垂系数，以此通过多斜率下垂改善母线电压偏差和提高均流性能。2.根据权利要求1所述的一种用于直流微电网的自适应多斜率下垂控制方法，其步骤为：步骤一、根据直流母线电压偏差的约束条件，选定初始下垂系数Rd，然后对直流微网系统中负荷的区间进行分区，设定负荷的分段电流Iseti；根据直流微网系统中母线电压偏差ΔVbus的要求，求出系统的母线电压Vbus，再求解得出分段系数ki的取值；步骤二、确定步骤一所述取值后，根据采样所得电流值，进行条件判断，选择对应负荷区的MSDC控制算法；步骤三、将MSDC控制器输出的信号与电压反馈信号一起送入电压补偿控制器，最后经过电流控制器和PWM控制，输出PWM控制信号，作用于变换器的开关管，实现系统的MSDC控制。3.根据权利要求2所述的一种用于直流微电网的自适应多斜率下垂控制方法，其特征在于：步骤一根据直流母线电压偏差的约束条件，选定初始下垂系数Rd，下垂系数的取值需要满足：Rdjioj≤ΔVmax式中：ioj为第j个变换器模块的输出电流，Rdj为下垂系数，ΔVmax为允许的最大母线电压偏差。4.根据权利要求2所述的一种用于直流微电网的自适应多斜率下垂控制方法，其特征在于：步骤一中额定负荷区分段电流设定点Iset1根据母线电压偏差选择，Iset1为ΔVmax/Rd，ΔVmax为允许的最大母线电压偏差，重载区的分段电流设定点Iset2取为Iset1的倍数关系。5.根据权利要求2所述的一种用于直流微电网的自适应多斜率下垂控制方法，其特征在于：步骤一中根据直流微网系统中母线电压偏差ΔVbus的要求，求出系统的母线电压：Vbus＝Vref(1-ΔVbus/Vref)式中，Vbus为母线电压；Vref为系统参考电压；当采用MSDC控制策略时，系统的直流母线电压计算公式为：式中，Rcj为下垂系数和线路电阻之和；R为负载电阻；k...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宿城，李中鹏，刘晓东，方炜，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34