基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，用以延长储能系统的使用期限以及合理分配需求侧功率，包括以下步骤：1)构建独立运行的直流微电网，包括分别与直流母线连接的可再生能源系统、由多个分布式储能单元构成的储能系统以及直流负荷，所述的可再生能源系统包括多个光伏发电单元和风力发电单元；2)采用直流母线电压稳定控制策略合理分配需求侧功率以及调整母线电压。与现有技术相比，本发明专利技术具有无需互联通信、避免过度充放电、延长储能电池的使用期限、提高储能系统的可靠性、确保供需平衡、母线电压稳定、波动小等优点。

Bus voltage coordinated control method for DC microgrid based on demand side power distribution

The invention relates to a DC power distribution demand side based on micro voltage coordination control method, used to extend the period of use of the energy storage system and reasonable distribution of demand side power, which comprises the following steps: 1) construction of independent operation of the DC micro grid, including renewable energy systems, are respectively connected with the DC bus by multiple distributed storage unit of storage system and DC load, renewable energy system comprises a plurality of photovoltaic power generating units and wind power generation unit; 2) by DC bus voltage control strategy of rational allocation of power demand side and adjust the bus voltage. Compared with the existing technology, the invention has the advantages of no need for intercommunication, avoiding excessive charging and discharging, prolonging the service life of the storage battery, improving the reliability of the energy storage system, ensuring the balance between supply and demand, stable bus voltage, and small fluctuation.

【技术实现步骤摘要】
基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法
本专利技术涉及，尤其是涉及一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法。
技术介绍
随着光伏、风电等一些可再生能源(renewableenergysource，RES)作为分布式电源系统的应用增多，微电网成为很有发展前景的一种电力系统。由于直流微电网具有更高的转换效率和电能质量、易于可再生能源的接入等优势，因此与现有的交流电力系统相比，电力电子变换器驱动的直流电力系统受到越来越多的关注。稳定的直流母线电压可以确保直流微电网可靠运行，而微电网中的能量达到供需平衡能够使得直流母线电压保持在稳定范围内。电力电子变流器为电力系统提供了一个灵活和智能的方式来管理功率流动，因此为了维持直流母线电压的稳定，需求侧功率在不同变流器之间的合理分配是一项重要研究内容之一。由于孤岛运行模式的微电网在较偏远地区的应用尤为重要，并且可再生能源的间断性以及不可预测的负荷波动会导致瞬时功率不平衡，从而影响微电网的运行。因此需要配置多个能量存储单元(energystorageunits，ESUs)来提供能量支撑和增加系统的冗余性，进而保证直流微电网独立运行的可靠性。当多个储能单元存在时，为避免由于荷电状态不同导致部分储能单元过度放电或深度充电而退出工作，需要根据各储能单元的荷电状态对需求侧功率进行合理分配。此外，当储能系统(energystoragesystem，ESS)由于故障或满充而退出时，可再生电源系统应按照各自输出能力来分担微电网的功率需求，从而维持母线电压的稳定。文献直流微网混合储能控制及系统分层协调控制策略提出了一种电压分层协调控制策略，使得在不同工况下运行的直流微电网，均有相应变换器平衡系统功率，从而实现直流微电网母线电压的稳定。但是其母线电压无法维持在额定状态运行。文献光伏直流微网协调直流电压控制策略的研究通过根据直流电压的变化量以及蓄电池的SOC自动协调控制各变流器的工作状态,实现了系统稳定运行和减小母线电压波动的目标，但是该控制方法对通信要求比较高。文献Coordinatedcontrolbasedonbus-signalingandvirtualinertiaforislandedDCmicrogrids基于母线电压信号和虚拟惯性环节实现了直流微电网中的功率协调分配。但是并没有考虑多个储能单元存在的情况。文献Distributedcontrolforautonomousoperationofathree-PortAC/DC/DShybridmicrogrid提出针对交流分布式电源、直流分布式电源和储能系统的能量管理来稳定母线电压以及减小系统功率损耗，但是这种功率交换分层控制方法采用下垂控制根据负荷功率不断调整电源的输出功率，无法最大限度利用系统的发电能力。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无需互联通信、避免过度充放电、延长储能电池的使用期限、提高储能系统的可靠性、确保供需平衡、母线电压稳定、波动小的基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，用以延长储能系统的使用期限以及合理分配需求侧功率，包括以下步骤：1)构建独立运行的直流微电网，包括分别与直流母线连接的可再生能源系统、由多个分布式储能单元构成的储能系统以及直流负荷，所述的可再生能源系统包括多个光伏发电单元和风力发电单元；2)采用直流母线电压稳定控制策略合理分配需求侧功率以及调整母线电压。所述的步骤1)中，直流微电网包括以下运行模式：储能单元控制模式：该模式下可再生能源系统作为恒定功率源工作在最大功率跟踪方式，储能系统通过自适应下垂控制进行放电补偿需求侧欠缺的功率，或充电吸收直流母线上多余的功率，包括储能单元全部正常工作以及部分储能单元由于故障等原因退出运行两种子模式；可再生能源控制模式：当储能系统由于满充或故障退出运行时，直流微电网中的能量供大于求导致直流母线电压升高，此时可再生能源系统降低输出功率，维持母线电压的稳定，包括可再生能源全部投入运行以及部分可再生能源由于故障而退出运行子模式；切-投负荷模式：在储能单元控制模式和可再生能源控制模式中，当需求侧的负荷发生切换时，储能系统和可再生能源系统自动对其需要的功率进行分配，包括负荷进行切除操作和负荷进行投入操作子模式。所述的直流母线电压稳定控制策略包括储能系统控制、可再生能源系统控制和母线电压补偿控制。所述的储能系统控制中，储能系统采用自适应下垂控制维持母线电压稳定，并根据各储能单元的SOC自动分配需求侧功率，使SOC较大的储能单元拥有较快的放电速度和较慢的充电速度，SOC较小的储能单元拥有较慢的放电速度和较快的充电速度，并且，当部分储能单元发生故障时，其余储能单元进行响应，调整充放电功率确保系统中的电能供需平衡。所述的储能系统控制具体包括以下步骤：S1设置各个不同SOC的储能单元的初始虚拟电阻Rv_k(0)；S2判断第k个储能单元的SOC变化量绝对值|ΔSOCk|是否等于1，若是，则进行步骤S4，若否，则进行步骤S3；S4重新设置各个不同SOC的储能单元的虚拟电阻；S3判断第k个储能单元的功率PESU_k是否降低，若是，则进行步骤S5；S5获取主导储能单元的瞬时荷电状态SOCm，若否，则返回步骤S2；S6判断第k个储能单元的充放电状态是否改变，若是，则返回步骤S1，若否，则返回步骤S5。所述的步骤S1中，储能单元的初始虚拟电阻Rv_k(0)的表达式为：其中，Rv_max为虚拟电阻的最大取值，SOCmax和SOCmin分别为储能单元的荷电状态参考值、最大值和最小值，并且当储能系统处于充电状态时当储能系统处于放电状态时Verr为需求侧母线电压与母线参考电压之差。所述的步骤S4中，重新设置各个不同SOC的储能单元的虚拟电阻公式如下：其中，Rv_k为重新设置后的储能单元的虚拟电阻。所述的可再生能源系统控制具体为：当储能系统因满充或故障退出工作时，可再生能源系统的出力大于需求侧的总消耗，采用功率下垂控制保证在最大功率跟踪模式与需求功率分配模式之间平滑切换。所述的功率下垂控制为：式中，PRES_g和PMPP_g分别为第g个可再生能源的输出功率和最大功率，条件事件定义P定义为储能系统退出运行，Vdc_load为需求侧母线电压，Vref为母线参考电压，b为下垂系数，Vmax为母线最大允许电压。所述的母线电压补偿控制具体为：当可再生能源系统和储能系统采用下垂控制策略时，采用基于模糊控制器的母线参考电压迭代调整控制策略，将母线电压偏差作为模糊输入，输出为母线电压增量信号，用以补偿由下垂控制所造成的母线电压偏差。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1)直流微电网中各分布式电源之间无需互联通信便可实现对需求侧功率合理分配。2)本专利技术所设计的自适应下垂控制可以有效避免部分储能单元的过度充放电，从而延长储能电池的使用期限，提高储能系统稳定运行的可靠性。3)当直流微电网中部分分布式电源发生故障时，其余正常运行的分布式电源可以快速响应，依照各自运行能力维持直流母线电压。4)直流微电网处于多种运行状态下，均有分布式电源对需求侧功率合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，用以延长储能系统的使用期限以及合理分配需求侧功率，其特征在于，包括以下步骤：1)构建独立运行的直流微电网，包括分别与直流母线连接的可再生能源系统、由多个分布式储能单元构成的储能系统以及直流负荷，所述的可再生能源系统包括多个光伏发电单元和风力发电单元；2)采用直流母线电压稳定控制策略合理分配需求侧功率以及调整母线电压。

【技术特征摘要】
1.一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，用以延长储能系统的使用期限以及合理分配需求侧功率，其特征在于，包括以下步骤：1)构建独立运行的直流微电网，包括分别与直流母线连接的可再生能源系统、由多个分布式储能单元构成的储能系统以及直流负荷，所述的可再生能源系统包括多个光伏发电单元和风力发电单元；2)采用直流母线电压稳定控制策略合理分配需求侧功率以及调整母线电压。2.根据权利要求1所述的一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，其特征在于，所述的步骤1)中，直流微电网包括以下运行模式：储能单元控制模式：该模式下可再生能源系统作为恒定功率源工作在最大功率跟踪方式，储能系统通过自适应下垂控制进行放电补偿需求侧欠缺的功率，或充电吸收直流母线上多余的功率，包括储能单元全部正常工作以及部分储能单元由于故障等原因退出运行两种子模式；可再生能源控制模式：当储能系统由于满充或故障退出运行时，直流微电网中的能量供大于求导致直流母线电压升高，此时可再生能源系统降低输出功率，维持母线电压的稳定，包括可再生能源全部投入运行以及部分可再生能源由于故障而退出运行子模式；切-投负荷模式：在储能单元控制模式和可再生能源控制模式中，当需求侧的负荷发生切换时，储能系统和可再生能源系统自动对其需要的功率进行分配，包括负荷进行切除操作和负荷进行投入操作子模式。3.根据权利要求1所述的一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，其特征在于，所述的直流母线电压稳定控制策略包括储能系统控制、可再生能源系统控制和母线电压补偿控制。4.根据权利要求3所述的一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，其特征在于，所述的储能系统控制中，储能系统采用自适应下垂控制维持母线电压稳定，并根据各储能单元的SOC自动分配需求侧功率，使SOC较大的储能单元拥有较快的放电速度和较慢的充电速度，SOC较小的储能单元拥有较慢的放电速度和较快的充电速度，并且，当部分储能单元发生故障时，其余储能单元进行响应，调整充放电功率确保系统中的电能供需平衡。5.根据权利要求4所述的一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，其特征在于，所述的储能系统控制具体包括以下步骤：S1设置各个不同SOC的储能单元的初始虚拟电阻Rv_k(0)；S2判断第k个储能单元的SOC变化量绝对值|ΔSOCk|是否等于1，若是，则进行步骤S4，若否，则进行步骤S3；S4重新设置各个不同SOC的储能单元的虚拟电阻；S3判断第k个储能单元的功率PESU_k是否降低，若是，则进行步骤S5；S5获取主导储能单元的瞬...

【专利技术属性】
技术研发人员：米阳，纪宏澎，何星瑭，韩云昊，刘红业，李战强，苏向敬，符杨，
申请(专利权)人：上海电力学院，
类型：发明
国别省市：上海,31