一种应用于直流微电网的下垂控制快速二次补偿方法技术

本发明专利技术提出一种应用于直流微电网的下垂控制快速二次补偿方法，针对稳定直流母线电压与实现并联变换器均流两个控制目标在二次补偿控制中分别设定电压辅助调节器和电流辅助调节器，采用动态一致算法实时跟踪电流电压变化量，再利用有限时间控制策略得到电压辅助调节器输出量和电流辅助调节器输出量，最后将电压辅助调节器输出量与电流辅助调节器输出量代入求导后的下垂方程，再经过积分得到经过二次补偿后的下垂控制电压参考值，使得各并联变换器输出电压在有限时间内收敛至参考值的同时实现各变换器之间的高精度均流。本发明专利技术可在有限时间内使系统快速实现母线电压偏差恢复且完成系统内并联变换器的高精度均流，加快了系统中电压、电流偏差的收敛速度。

A fast secondary compensation method of droop control applied to DC microgrid

【技术实现步骤摘要】
一种应用于直流微电网的下垂控制快速二次补偿方法
本专利技术属于下垂控制
，特别是涉及一种应用于直流微电网的下垂控制快速二次补偿方法。
技术介绍
随着分布式发电技术的成熟以及新能源在电网中渗透率的提高，直流微电网作为新型的区域供电系统得到了广泛的关注。为了实现直流微电网的可靠高效运行，国内外针对不同控制目标和控制对象提出了多种协调控制策略。其中分层控制结构因其控制逻辑简单、控制对象不受限、能够实现多目标控制而得到普遍应用。分层控制结构按照不同时间尺度与控制目标一般分为三层，第一层控制为本地控制，通常采用恒压下垂控制，但恒压下垂控制会带来直流母线电压下降和均流精度受线缆阻抗影响大等问题，仅依靠第一层的本地控制无法实现系统在电压稳定的同时达到较高的均流精度，需要引入第二层控制进行二次补偿。最后，由第三层控制实现直流微电网中各单元的功率合理分配及优化调度，实现能量管理。现有的二次补偿方案大多数依靠引入平均电压和平均电流PI调节器，通过计算各单元接口变换器输出电压和电流与系统平均电压和平均电流之间的误差提供下垂控制电压修正量，最终实现变换器输出电压与参考电压相同且均流精度良好。但是该种方法使用的平均值只是一种静态平均，大量采用PI控制器不可避免地出现调节时间长的问题，系统暂态性能仍需提升。同时，合理的通讯方式和通讯结构也有利于提升系统的可靠性和暂态特性。采用集中控制的直流微电网系统存在单点故障问题，可靠性大大降低。为了提升系统的延展性和可靠性，分布式控制的研究成为一大热点。现有的直流微电网分布式控制方法，通常采用低带宽通讯架构，每一台变换器需要采集系统中所有变换器的信息，灵活性不强，系统通信压力相比于集中控制有所降低，但依然存在系统中接口变换器数量增加后通讯压力也随之增加的问题。且变换器投入与切出时系统需要重新改变通讯算法，系统灵活性受限。
技术实现思路
本专利技术目的是使直流微电网系统在实现直流母线电压稳定的同时完成各接口变换器的高精度均流，并提升系统暂态特性和快速性。所提出的一种应用于直流微电网的下垂控制快速二次补偿方法只依赖于相邻变换器之间的信息交互实现系统的动态一致，且在二次补偿中的电流辅助调节器与电压辅助调节器中均采用有限时间控制方法，最终可实现下垂控制的快速二次补偿。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出一种应用于直流微电网的下垂控制快速二次补偿方法，针对稳定直流母线电压与实现并联变换器均流两个控制目标在二次补偿控制中分别设定电压辅助调节器和电流辅助调节器，采用动态一致算法实时跟踪电流电压变化量，再利用有限时间控制策略得到电压辅助调节器输出量和电流辅助调节器输出量，最后将电压辅助调节器输出量与电流辅助调节器输出量代入求导后的下垂方程，经过积分得到经过二次补偿后的下垂控制电压参考值，使得各并联变换器输出电压在有限时间内收敛至参考值的同时实现各变换器之间的高精度均流。进一步地，下垂控制获得二次补偿后的电压参考值后再根据变换器输出电流进行自动调节，获得新的电压工作点，该新的电压工作点作为电压外环的电压参考指令，其与变换器实际输出电压比较后送入PI控制器且经过限幅器后产生电流控制指令，电流误差由电流内环中比较器产生，电流内环PI控制器最终输出PWM控制变换器中的开关管工作，实现有限时间内直流微电网输出电压恢复到额定值且完成并联变换器的快速、高精度均流。进一步地，所述电压辅助调节器首先利用动态一致算法获取直流微电网中各并联变换器的输出平均电压估计值；直流微电网中变换器i的平均电压估计值的表达式如(1)所示：其中Vdci(t)表示随时间t变化的变换器i的输出电压，表示随时间t变化的变换器i的平均电压估计值，aij表示相邻两变换器之间的通讯权重，所述通讯权重决定了各变换器之间最终收敛至一致所需的调节时间；i表示当前变换器，j表示与当前变换器之间存在通讯链路的相邻变换器；Ni表示第i个变换器的邻点数目，表示变换器j在时间τ的平均电压估计值，表示变换器i在时间τ的平均电压估计值；其次为了实现各个变换器的输出电压在有限时间内收敛一致且与设定的电压参考值相同，定义电压误差EV的表达式如下：其中bi代表参考电压参与的权重，Vref表示什设定的电压初始参考值，最后再利用有限时间控制策略，得到电压辅助调节器输出量uVi，如式(3)所示：uVi＝k1sig(EV(t))ω+k2sig(EV(t))υ(3)其中定义sig(xi)α＝sign(xi)|xi|α，sign为符号函数，0＜ω＜1，1＜υ，k1和k2为控制增益且k1、k2＞0；电压误差通过sig函数得到迅速放大，进而大大提升了其收敛速度。进一步地，所述电流辅助调节器的目的是使并联变换器输出达到快速且高精度的等比例均流效果；与电压辅助调节器同理，为了实现各个变换器的输出电流能够在有限时间内收敛一致，定义电流误差EI，如式(4)所示：其中ci表示电压辅助调节器与电流辅助调节器之间的耦合增益，和分别表示变换器i和j的输出电流标幺值，Idci表示变换器i的输出电流，Iratei表示变换器i的额定电流，Idcj表示变换器j的输出电流，Iratej表示变换器j的额定电流；电流误差经过有限时间控制策略最后得到电流辅助调节器输出量uIi，其表达式如(5)所示：uIi＝k1sig(EI(t))ω+k2sig(EI(t))υ(5)其中定义sig(xi)α＝sign(xi)|xi|α，sign为符号函数，0＜ω＜1，1＜υ，k1和k2为控制增益且k1、k2＞0。进一步地，所述将电压辅助调节器输出量与电流辅助调节器输出量代入求导后的下垂方程得到经过二次补偿后的下垂控制电压参考值，具体为：将电压辅助调节器输出量与电流辅助调节器输出量代入求导后的下垂方程，下垂方程求导如式(6)所示：令其中表示经过二次补偿后的下垂控制电压参考值，Ri为所允许的直流母线最大电压偏差与变换器i所允许的最大输出电流之比，即Vdci为第i个变换器输出的电压，Idci为第i个变换器输出的电流；最后经过二次补偿后的下垂控制电压参考值为：本专利技术的有益效果为：本专利技术提出的一种应用于直流微电网的下垂控制快速二次补偿方法，基于有限时间控制，可实现下垂控制下直流微电网母线电压和各并联接口变换器输出均流的快速二次补偿。所采用的分布式通讯方式提升了直流微电网系统的灵活性和扩展能力，所述的有限时间控制策略减少了传统二次补偿方案中PI控制器的使用，使得直流微电网中下垂控制的二次调节时间减少，系统暂态特性得以提升。附图说明图1为本专利技术所述应用于直流微电网的下垂控制快速二次补偿方法控制框图；图2为搭建的直流微电网模型图；图3为负载变化下的仿真验证与对比图；图4为不同通讯延时下系统输出电压电流仿真结果图；图5为通信故障下系统输出电压电流仿真结果图；图6为变换器投入与切出时系统输出电压电流仿真结果图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。结合图1，本专利技术提出一种应用于直流微电网的下垂控制快速二次补偿方法，针对稳定直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于直流微电网的下垂控制快速二次补偿方法，其特征在于：针对稳定直流母线电压与实现并联变换器均流两个控制目标在二次补偿控制中分别设定电压辅助调节器和电流辅助调节器，采用动态一致算法实时跟踪电流电压变化量，再利用有限时间控制策略得到电压辅助调节器输出量和电流辅助调节器输出量，最后将电压辅助调节器输出量与电流辅助调节器输出量代入求导后的下垂方程，经过积分得到经过二次补偿后的下垂控制电压参考值，使得各并联变换器输出电压在有限时间内收敛至参考值的同时实现各变换器之间的高精度均流。

【技术特征摘要】
1.一种应用于直流微电网的下垂控制快速二次补偿方法，其特征在于：针对稳定直流母线电压与实现并联变换器均流两个控制目标在二次补偿控制中分别设定电压辅助调节器和电流辅助调节器，采用动态一致算法实时跟踪电流电压变化量，再利用有限时间控制策略得到电压辅助调节器输出量和电流辅助调节器输出量，最后将电压辅助调节器输出量与电流辅助调节器输出量代入求导后的下垂方程，经过积分得到经过二次补偿后的下垂控制电压参考值，使得各并联变换器输出电压在有限时间内收敛至参考值的同时实现各变换器之间的高精度均流。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：下垂控制获得二次补偿后的电压参考值后再根据变换器输出电流进行自动调节，获得新的电压工作点，该新的电压工作点作为电压外环的电压参考指令，其与变换器实际输出电压比较后送入PI控制器且经过限幅器后产生电流控制指令，电流误差由电流内环中比较器产生，电流内环PI控制器最终输出PWM控制变换器中的开关管工作，实现有限时间内直流微电网输出电压恢复到额定值且完成并联变换器的快速、高精度均流。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电压辅助调节器首先利用动态一致算法获取直流微电网中各并联变换器的输出平均电压估计值；直流微电网中变换器i的平均电压估计值的表达式如(1)所示：其中Vdci(t)表示随时间t变化的变换器i的输出电压，表示随时间t变化的变换器i的平均电压估计值，aij表示相邻两变换器之间的通讯权重，所述通讯权重决定了各变换器之间最终收敛至一致所需的调节时间；i表示当前变换器，j表示与当前变换器之间存在通讯链路的相邻变换器；Ni表示第i个变换器的邻点数目，表示变换器j在时间τ的平均电压估计值，表示变换器i在时间τ的平均电压估计值；其次为了实现各个变换器的输出电压在有限时间内收敛一致且与设定的电压参考值相同，定义电压误差EV的表达式如下：其中bi代表参考电压参与的权重...

【专利技术属性】
技术研发人员：王盼宝，黄蕊，谭岭玲，丁四宝，王卫，徐殿国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23