一种智能建筑直流配电系统的配电方法技术方案

本发明专利技术提供了一种智能建筑直流配电系统的配电方法，该直流配电系统包括配电变流器，直流母线，分布式能源，储能单元，负荷和接口变流器；所述配电变流器将交流电变为直流电后接入直流母线；分布式电源，储能单元和负荷通过接口变流器接入直流母线；所述方法包括：接口变流器融合虚拟电机控制和接口变流器自治控制。本发明专利技术提供的技术方案采用虚拟同步电机控制策略，直流接口变流器采用虚拟直流电机控制策略，变流器在控制上完美统一。虚拟电机的惯性和阻尼能提高直流配电系统应对扰动的能力。虚拟电机的外特性使得在直流配电系统的母线电压波动过程中，每台变流器按额定容量分担功率，提升了直流母线电压的稳定能力。

【技术实现步骤摘要】
一种智能建筑直流配电系统的配电方法
本专利技术涉及一种直流配电系统，具体涉及一种具有分布式电源和储能接入的智能建筑直流配电系统的配电方法。
技术介绍
随着全球范围内石化能源的逐步枯竭和人们对环境污染的日益关注，智能建筑供电方案引起广泛关注。统计表明建筑内消耗70％的电能，由此说明建筑节能意义重大。绿色电力经营模式逐渐使得以建筑为载体的新能源分散接入方式迅速发展。相对于交流配电方案，智能建筑的直流配电方案具有更加重要的意义：直流配电可以避免传统交流系统特有的无功、谐波等电能质量问题。大量的分布式电源和负荷都是直流形式的，采用直流配电可以省去冗余的AC/DC变流器环节，降低配电系统的成本和损耗，提高效率和可靠性。当直流配电系统直流母线上挂载的设备投入或切除时会引起直流母线的扰动，而且挂载设备功率的波动也会引起直流母线的扰动，降低了直流母线电压的稳定能力。因此需要提供一种技术方案来满足现有技术的需要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种智能建筑直流配电系统的配电方法，通过虚拟电机提高直流配配电系统对抗扰动的能力，提升直流母线电压的稳定性。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种智能建筑直流配电系统的配电方法，直流配电系统包括配电变流器、直流母线、分布式能源、储能单元、负荷和接口变流器；配电变流器将交流电变为直流电后接入直流母线；分布式电源、储能单元和负荷通过接口变流器接入直流母线；所述方法包括：1)接口变流器融合虚拟电机控制；2)接口变流器自治控制；所述接口变流器包括：AC/DC变流器、DC/DC变换器和DC/AC逆变器，所述虚拟电机控制包括：虚拟同步电机控制和虚拟直流电机控制。所述AC/DC变流器和DC/AC逆变器融合虚拟同步电机控制，DC/DC变换器虚拟直流电机控制。所述虚拟同步电机控制包括：1)确定下式所示的虚拟同步电机的机械方程：其中，J为虚拟电机的转动惯量，单位为kg·m2；在极对数为1的情况下，虚拟同步电机的机械角速度ω即为其电气角速度，ω0为电网同步角速度，单位为rad/s；Tm、Te和Td分别为虚拟同步电机的机械转矩、电磁转矩和阻尼转矩，单位为N·m；D为阻尼系数，单位为N·m·s/rad；所述电磁转矩Te如下式所示：Te＝Pe/ω＝(eaia+ebib+ecic)/ω，其中，eabc为虚拟电机电势，iabc为虚拟电机输出电流，Pe为虚拟电机输出的电磁功率；2)确定下式所示的虚拟同步电机的电磁方程：其中，L为虚拟同步电机的同步电感，R为虚拟同步电机的同步电阻，uabc为虚拟同步电机的机端电压；3)虚拟同步电机有功指令的调节：调节虚拟同步电机的机械转矩Tm来实现对虚拟同步电机的有功指令的调节，所述机械转矩Tm包括机械转矩指令T0和频率偏差反馈指令ΔT；所述机械转矩指令T0如下式所示：T0＝Pref/ω，其中，Pref为虚拟同步电机的有功指令；所述频率偏差反馈指令ΔT如下式所示：ΔT＝-kf(f-f0)，其中，f为虚拟同步电机机端电压的频率，f0为电网基准频率，kf为调频系数；4)虚拟同步电机机端电压和无功功率的调节：调节虚拟同步电机的虚拟电势E来对虚拟同步电机机端电压和无功功率的调节；所述虚拟电势E如下式所示：E＝E0+ΔEQ+ΔEU，其中，E0是虚拟同步电机的空载电势，空载离网运行时的机端电压；ΔEQ是无功功率部分的电势；ΔEU是机端电压调节单元的输出电势；无功功率部分的电势ΔEQ如下式所示：ΔEQ＝kq(Qref-Q)，其中，kq为无功调节系数，Qref为无功指令，机端输出的瞬时无功功率Q如下式所示：机端电压调节单元的输出电势ΔEU如下式所示：ΔEU＝kv(Uref-U)，其中，kv为电压调节系数，Uref和U分别为机端电压有效值的指令值和真实值；所述虚拟同步电机虚拟电势E电压向量如下式所示：其中，为虚拟同步电机的相位。虚拟直流电机控制包括：1)确定下式所示的虚拟直流电机的机械方程：Tm＝Pe/ω＝EI/ω，其中：J为虚拟电机的转动惯量；D为阻尼系数；Tm、Te分别为虚拟电机的机械转矩和电磁转矩；ω为机械角速度；ω0为电网同步角速度；Pe为虚拟电机输出的电磁功率；E为虚拟电势，I为虚拟电流；2)确定下式所示的虚拟直流电机的电气方程：E＝CTφω，E＝U+IRa，E为虚拟电势；I为虚拟电流；CT为转矩系数；U为机端电压；Ra为电枢的等效电阻；Φ为磁通，ω为机械角速度。所述接口变流器自治控制包括：所述接口变流器采集的负荷用电信息进行反馈调节控制。所述分布式能源包括：风力发电机和光伏板。所述储能单元包括：超级电容和蓄电池。所述负荷包括：直流负荷和交流负荷与最接近的现有技术相比，本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：1.大部分负荷和分布式电源可使用或提供直流形式的电能，相对于交流配电，简化了大量的AC/DC变流器模块，使得系统紧凑高效、低成本。2.交流的接口变流器采用虚拟同步电机控制策略，直流接口变流器采用虚拟直流电机控制策略，变流器在控制上完美统一。3.虚拟电机的惯性和阻尼能提高直流配电系统应对扰动的能力。4.虚拟电机的外特性使得在直流配电系统的母线电压波动过程中，每台变流器按额定容量分担功率，提升了直流母线电压的稳定能力。附图说明图1为直流配电系统的结构示意；图2为AC/DC变流器与同步电动机对偶性的结构示意图；图3为DC/AC逆变器与同步发电机对偶性的结构示意图；图4为虚拟同步电机统一性的结构示意图；图5为虚拟同步电机的等效替换原理图；图6为虚拟同步电机控制电路图；图7为虚拟直流电机的原理图；图8为虚拟直流电机控制电路图；图9为虚拟电机自治控制的结构示意图；图10为直流母线电压的动态响应示意图；图11为交流电网配电变流器的动态响应示意图；图12为虚拟电势和角速度的动态响应示意图；图13为光伏电池系统的输出功率的动态响应示意图；图14为风力发电机的输出功率的动态响应示意图；图15为直流负荷输出端电压的动态响应示意图；图16为负荷功率的动态响应示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。本专利技术提供了一种基于虚拟电机技术的智能建筑直流配电系统的配电方法。如图1所示，配电系统由配电变流器，直流母线，分布式能源，储能单元，负荷和各单元所需的接口变流器等多个部分组网形成。电网单相交流电通过配电变流器将交流电变为直流电后，接入400V的直流母线，并衔接建筑内的各种分布式电源，储能单元和负荷。分布式电源包括风力发电机，屋顶光伏板；储能包括超级电容和蓄电池；负荷包括电视，空调，冰箱，洗衣机和电脑等家用电器。分布式电源，储能单元和负荷统一通过接口变流器接入直流母线。配电方法包括：1、直流母线接口变流器虚拟电机控制方法将直流母线上的AC/DC变流器，DC/DC变换器和DC/AC逆变器等接口变流器融合虚拟电机控制。具体地，AC/DC变流器与电网的接口融合虚拟同步电机控制，分布式能源、储能和直流负荷通过融合虚拟直流电机控制的DC/DC变流器连接到直流母线，交流负荷通过融合虚拟同步电机控制的三相或单相DC/AC逆变器连接到直流母线。形成基于虚拟电机技术的智能建筑直流配电系统。1)、虚拟同步电机控制方法从交流系统与直流系统能量交换的流向来看：AC/DC变流器吸收功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能建筑直流配电系统的配电方法，所述直流配电系统包括配电变流器、直流母线、分布式能源、储能单元、负荷和接口变流器；所述配电变流器将交流电变为直流电后接入直流母线；分布式电源、储能单元和负荷通过接口变流器接入直流母线；其特征在于：所述方法包括：1)接口变流器融合虚拟电机控制；2)接口变流器自治控制；所述接口变流器包括：AC/DC变流器、DC/DC变换器和DC/AC逆变器，所述虚拟电机控制包括：虚拟同步电机控制和虚拟直流电机控制。

【技术特征摘要】
1.一种智能建筑直流配电系统的配电方法，所述直流配电系统包括配电变流器、直流母线、分布式能源、储能单元、负荷和接口变流器；所述配电变流器将交流电变为直流电后接入直流母线；分布式电源、储能单元和负荷通过接口变流器接入直流母线；其特征在于：所述方法包括：1)接口变流器融合虚拟电机控制；2)接口变流器自治控制；所述接口变流器包括：AC/DC变流器、DC/DC变换器和DC/AC逆变器，所述虚拟电机控制包括：虚拟同步电机控制和虚拟直流电机控制。2.根据权利要求1所述的智能建筑直流配电系统的配电方法，其特征在于：所述AC/DC变流器和DC/AC逆变器融合虚拟同步电机控制，DC/DC变换器虚拟直流电机控制。3.根据权利要求2所述的智能建筑直流配电系统的配电方法，其特征在于：所述虚拟同步电机控制包括：1)确定下式所示的虚拟同步电机的机械方程：其中，J为虚拟电机的转动惯量，单位为kg·m2；在极对数为1的情况下，虚拟同步电机的机械角速度ω即为其电气角速度，ω0为电网同步角速度，单位为rad/s；Tm、Te和Td分别为虚拟同步电机的机械转矩、电磁转矩和阻尼转矩，单位为N·m；D为阻尼系数，单位为N·m·s/rad；所述电磁转矩Te如下式所示：Te＝Pe/ω＝(eaia+ebib+ecic)/ω，其中，eabc为虚拟电机电势，iabc为虚拟电机输出电流，Pe为虚拟电机输出的电磁功率；2)确定下式所示的虚拟同步电机的电磁方程：其中，L为虚拟同步电机的同步电感，R为虚拟同步电机的同步电阻，uabc为虚拟同步电机的机端电压；3)虚拟同步电机有功指令的调节：调节虚拟同步电机的机械转矩Tm来实现对虚拟同步电机的有功指令的调节，所述机械转矩Tm包括机械转矩指令T0和频率偏差反馈指令ΔT；所述机械转矩指令T0如下式所示：T0＝Pref/ω，其中，Pref为虚拟同步电机的有功指令；所述频率偏差反馈指令ΔT如下式所示：ΔT＝-kf(f-f0)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕志鹏，刘海涛，吴鸣，梁惠施，于辉，李蕊，孙丽敬，季宇，李洋，胡转娣，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11