一种直流微电网系统及其变下垂系数控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种直流微电网系统及其变下垂系数控制方法。直流微电网系统，包括三个变换器单元、两个电阻负载、一个TMS320F28335控制器及其附属电路。这种变下垂系数控制方法相比于传统的下垂控制，加入了电压恢复控制和下垂系数修正控制。本方法针对输出电压最小值进行电压补偿控制，达到了变换器输出电压最小值与设定参考值相同的控制目标，解决了传统的下垂控制直流母线电压与设定电压参考值偏差较大的问题。本方法将一个变换器的下垂系数固定，通过下垂系数修正控制得到其余变换器的下垂系数补偿项，下垂系数参考值叠加下垂系数补偿项后即为修正后的下垂系数，然后进行下垂控制，从而在线路电阻差异很大的情况下实现了变换器平均分配负载电流的控制目标，解决了变换器线路电阻不一致时分流精度下降的问题。

A DC Microgrid System and Its Variable Drop Coefficient Control Method

The invention discloses a DC microgrid system and a control method for its variable sag coefficient. The DC microgrid system consists of three converter units, two resistance loads, a TMS320F28335 controller and its auxiliary circuits. Compared with the traditional droop control, the variable droop coefficient control method incorporates voltage recovery control and droop coefficient correction control. This method compensates for the minimum output voltage and achieves the same control objective as the set reference value. It solves the problem of the large deviation between the traditional sag control DC bus voltage and the set voltage reference value. This method fixes the droop coefficient of one converter, gets the droop coefficient compensation terms of the other converters through the droop coefficient correction control. After the droop coefficient reference value is superimposed with the droop coefficient compensation terms, the droop coefficient is corrected, and then droop control is carried out. Thus, the control goal of average load current distribution of the converter is realized under the condition of great difference in line resistance. The problem of reducing the accuracy of current flow when the resistance of converter circuit is inconsistent is solved.

【技术实现步骤摘要】
一种直流微电网系统及其变下垂系数控制方法
本专利技术属于电力系统的直流微电网控制领域，涉及一种改进的下垂控制方法，具体涉及一种基于输出电压补偿控制、下垂系数修正控制的变下垂系数控制方法及应用该方法控制的一个微电网系统。
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两种。相比于交流微电网，直流微电网由于其控制复杂性较低，可靠性更高，能量传递效率更高，从而越来越受到人们的关注。直流微电网中一个关键的问题是直流变换器间如何协调控制，从而实现负载电流均分或者按比例分配。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，实现变流器间的电流分配。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大缺点，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。为了克服下垂控制的两个缺点，一些改进型的下垂控制被提出来。授权公告号为CN201510056732的中国专利，通过给下垂控制环节的各个变换器设置相同的电压参考值，在负荷侧的公共母线端设置电压测量模块及信号发射器，将检测到的母线电压值信号作为各个变换器的反馈信号作用于变流器下垂控制环节，使每个变换器输出到公共母线上的功率与对应的变流器下垂系数k成反比。但是该方法在变换器线路电阻差异较大的情况下，其功率分配效果会受到较大影响。XiaonanLu在IEEETrans.PowerElectronics上发表了题为《Animproveddroopcontrolmethodfordcmicrogridsbasedonlowbandwidthcommunicationwithdcbusvoltagerestorationandenhancedcurrentsharingaccuracy》的文章中提出在传统的下垂控制器基础上新增了平均电压控制器和平均电流控制器，从而将直流变换器的输出电压平均值控制到参考值，负载电流在线路电阻不一致的情况下也能均分或按设定比例分配。但是采用该方法时，变换器的下垂系数是固定的，在线路电阻不一致、负载快速变化的情况下动态效果不是特别好。WangPanbao在IEEETransactionsonPowerElectronics上发表的题为《AnimproveddistributedsecondarycontrolmethodforDCmicrogridswithenhanceddynamiccurrentsharingperformance》提出了一种变下垂系数的方法，采用变下垂系数控制将各直流变换器下垂系数平均值控制在给定参考值，各变换器的下垂系数与线路电阻之和相等，从而实现了线路电阻不相等情况下的电流平均分配。采用平均电压控制使得变流器的输出电压平均值控制到给定参考值。但是采用这种方法时直流微电网中线路电阻最小的直流变换器输出电压会低于设定参考值。以上方法有的在变换器线路电阻差异较大的情况下分流精度不理想，有的方法在负载快速变化时控制效果不理想，有的方法过于复杂，不适用于变换器数量较多的情况。因此，有必要研究一种能够准确控制变换器输出电压、能够在负载快速变化时迅速实现负载电流均分的控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有的控制方案的不足，对传统的下垂控制加以改进：①对直流母线电压进行补偿控制，实现直流变换器输出电压的最小值与设定参考值一致；②对变换器的下垂系数进行修正，实现在线路电阻不一致的情况下，变换器的输出电流依然相等。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：直流微电网系统，包括三个变换器单元、两个电阻负载、一个TMS320F28335控制器及其附属电路。第一变换器单元包括第一分布式电源、第一BUCK变换器、第一线路电阻、第一静态开关(控制变换器接入切出)、开关管驱动电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路。第二变换器单元包括第二分布式电源、第二BUCK变换器、第二线路电阻、第二静态开关(控制变换器接入切出)、开关管驱动电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路。第三变换器单元包括第三分布式电源、第三BOOST变换器、第三线路电阻、第三静态开关(控制变换器接入切出)、开关管驱动电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路。第一电阻负载直接并联在直流母线上，第二电阻负载与第四静态开关串联后并联在直流母线上。输出电压采样电路、输出电流采样电路得到的采样信号通过偏置电路后输入TMS320F28335控制器的ADC引脚。DSP控制器输出的三路PWM信号进过光耦隔离电路、驱动电路后控制开关管的开通和关断。进一步的，所述的三个变换器可以分为两种类型，第一种为下垂系数固定的变换器；第二种为下垂系数变化的变换器。本专利技术的变下垂系数控制包括以下步骤：S1、读取ADC采样得到的数字结果，根据采样结果得到微电网中6个状态量的值，这6个状态量分别是u1、u2、u3、i1、i2、i3。其中u1、i1为第一BUCK变换器的输出电压、输出电流；u2、i2为第二BUCK变换器的输出电压、输出电流；u3、i3为第三BUCK变换器的输出电压、输出电流。读取各直流器的接入状态标志量，将标志量代入逻辑表达式，确定是否需要对所有PI控制器存储的上一时刻的量进行清零；S2、比较S1步骤得到的u1、u2、u3，得出输出电压最小值umin。用输出电压参考值uref减去输出电压最小值umin得到电压控制偏差uerror，电压控制偏差uerror输入第一PI控制器后得到电压补偿量Δu，输出电压参考值uref叠加上电压补偿量Δu后得到电压补偿控制后的输出电压参考值uref_new；S3、对于下垂系数不变的变换器，其下垂系数始终为下垂系数参考值Kref。而对于下垂系数变化的变换器，则需要进行下垂系数修正控制。下垂系数参考值叠加上变换器下垂系数修正控制结果即可得到相应的变换器的下垂系数；S4、将S3得到的第一变换器的下垂系数K1乘上S1得到的i1得到droop1，再将S2得到的输出电压参考值uref_new减去droop1后得到第一变换器的电压内环参考值u1*。相似的，将S3得到的K2乘上S1得到的i2得到droop2，再将S2得到的输出电压参考值uref_new减去droop2后得到第一变换器的电压内环参考值u2*。将S3得到的K3乘上S1得到的i3得到droop3，再将S2得到的输出电压参考值uref_new减去droop3后得到第一变换器的电压内环参考值u3*；S5、将S4得到的u1*减去S1得到的u1，得到差值u1_error，u1_error输入第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流微电网，其特征在于，包括三个变换器单元、两个电阻负载、直流母线、一个TMS320F28335控制器及其附属电路，第一变换器单元包括第一分布式电源、第一BUCK变换器、第一线路电阻、第一静态开关(控制变换器接入切出)、开关管驱动电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路；第二变换器单元包括第二分布式电源、第二BUCK变换器、第二线路电阻、第二静态开关(控制变换器接入切出)、开关管驱动电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路；第三变换器单元包括第三分布式电源、第三BOOST变换器、第三线路电阻、第三静态开关(控制变换器接入切出)、开关管驱动电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路；第一电阻负载直接并联在直流母线上，第二电阻负载与第四静态开关串联后并联在直流母线上，输出电压采样电路、输出电流采样电路得到的信号通过偏置电路后输入TMS320F28335控制器的ADC引脚，DSP控制器输出的三路PWM信号经过光耦隔离电路、驱动电路后控制开关管的开通和关断。

【技术特征摘要】
1.一种直流微电网，其特征在于，包括三个变换器单元、两个电阻负载、直流母线、一个TMS320F28335控制器及其附属电路，第一变换器单元包括第一分布式电源、第一BUCK变换器、第一线路电阻、第一静态开关(控制变换器接入切出)、开关管驱动电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路；第二变换器单元包括第二分布式电源、第二BUCK变换器、第二线路电阻、第二静态开关(控制变换器接入切出)、开关管驱动电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路；第三变换器单元包括第三分布式电源、第三BOOST变换器、第三线路电阻、第三静态开关(控制变换器接入切出)、开关管驱动电路、输出电压采样电路、输出电流采样电路；第一电阻负载直接并联在直流母线上，第二电阻负载与第四静态开关串联后并联在直流母线上，输出电压采样电路、输出电流采样电路得到的信号通过偏置电路后输入TMS320F28335控制器的ADC引脚，DSP控制器输出的三路PWM信号经过光耦隔离电路、驱动电路后控制开关管的开通和关断。2.变下垂系数控制方法，其特征在于，该方法控制下的直流微电网的变换器可以分为两种类型，第一种为下垂系数固定的变换器，第二种为下垂系数变化的变换器，直流微电网中有且只有一个下垂系数固定的直流变换器，其余变换器都是下垂系数变化的变换器，变下垂系数控制方法，包括以下步骤：S1、读取ADC的采样结果，得到微电网中6个状态量的值，这6个状态量分别是u1、u2、u3、i1、i2、i3，其中u1、i1为第一BUCK变换器的输出电压、输出电流；其中u2、i2为第二BUCK变换器的输出电压、输出电流；其中u3、i3为第三BOOST变换器的输出电压、输出电流，读取各直流器的接入状态标志位，将接入状态标志位代入逻辑表达式，确定是否需要对所有PI控制器存储的上一时刻的值进行清零；S2、比较S1步骤得到的u1、u2、u3，得出输出电压最小值umin，用输出电压参考值uref减去输出电压最小值umin得到电压控制偏差uerror，电压控制偏差uerror输入第一PI控制器后得到电压补偿量Δu，输出电压参考值uref叠加上电压补偿量Δu后得到经过电压补偿控制后的输出电压参考值uref_new；S3、对于下垂系数不变的变换器，其下垂系数始终固定为下垂系数参考值Kref，而对于下垂系数变化的变换器，则需要进行下垂系数修正控制，下垂系数参考值叠加上变换器下垂系数修正控制结果即可得到相应的变换器的下垂系数；S4、将S3得到的第一BUCK变换器的下垂系数K1乘上S1得到的i1得到第一下垂量droop1，再将S2得到的输出电压参考值uref_new减去下垂量droop1后得到第一变换器的电压内环参考值u1*；相似的，将S3得到的第二BUCK变换器的下垂系数K2乘上S1得到的i2得到第二下垂量droop2，再将S2得到的输出电压参考值uref_new减去droop2后得到第二BUCK变换器的电压内环参考值u2*；将S3得到的K3乘上S1得到的i3得到第三下垂量droop3，再将S2得到的输出电压参考值uref_new减去droop3后得到第三BOOST变换器的电压内环参考值u3*；S5、将S4得到的u1*减去S1得到的u1，得到控制误差u1_error，u1_error输入第四PI控制器后得到第一BUCK变换器闭环输出结果u1_out，u1_out经过转化后赋给PWM1的比较寄存器；相似的，将S4得到的u2*减去S1得到的u2，得到差值u2_error，u2_error输入第五PI控制器后得到第二BUCK变换器闭环输出结果u2_out，u2_out经过转化后赋给PWM2的比较寄存器；将S4得到的u3*减去S1得到的u3，得到差值u3_error，u3_error输入第六PI控制器后得到第三BUCK变换器闭环输出结果u3_out，u3_out经过转化后赋给PWM3的比较寄存器。3.根据权利要求2所述的直流微电网系统的变下垂系数控制方法，其特征在于，当直流变换器从直流微电网中切除和接入时，所有的PI控制器存储的前一时刻的量都需要清零，本发明中设置S为清零动作标志位，当S＝1时，DSP执行PI控制器的清零操作，S＝0不动作，设置switch11、switch12、switch21、switch22、switch31、switch32这六个接入状态标志量来表征各变换器当前采样时刻和上一采样时刻的接入状态，变量名的第一个数字代表变换器编号，第二个数字代表所在时刻，switch11表示第一BUCK直流变换器当前时刻接入状态，switch12表示第一BUCK直流变换器上一时刻接入状态，switch21表示第二BUCK直流变换器当前时刻接入状态，switch22表示第...

【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