基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法以及系统技术方案

本公开是关于一种基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法以及系统。其中，方法包括：采集多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动信号；根据各BUCK变流器的剩余容量，将总扰动信号分解为各BUCK变流器对应的分扰动信号；将各BUCK变流器的分扰动信号通过各BUCK变流器的并联动态补偿结构生成补偿信号；BUCK变流器电流环补偿结构根据补偿信号抵消电流环的反馈影响，以完成BUCK变流器并联动态补偿。本公开可有效提高响应速度，减少了负载切入切出对电网的冲击，保证直流母线电压的稳定。

Parallel dynamic compensation method and system of Buck Converter Based on disturbance observer

【技术实现步骤摘要】
基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法以及系统
本公开涉及电力电子领域，具体而言，涉及一种基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法以及系统。
技术介绍
随着传统化石能源消耗的不断增大，分布式可再生能源的发展越来越迫切。分布式可再生能源包括风能、太阳能、潮汐能、地热能等，因其出力的随机性与不确定性，在直接并入电网时会对大电网产生较大的冲击，为解决分布式可再生能源发电对大电网的影响，国内外学者提出并不断发展了微电网的概念。与交流微电网相比，直流微电网不需要考虑母线电压的相位、频率和无功功率等问题，同时能量变换过程中减少了AC-DC等电力电子变流器的使用，减小了成本，大大提高了效率。因此，直流微电网的发展成为了国内外研究的重点。直流微电网通常由分布式发电(DG)单元(如光伏(PV)阵列和风力涡轮机)、能源供应(存储)单元(如燃料电池和电池)、局部直流负载和交流电网接口逆变器组成。直流微电网中各分布式微源通过DC/DC变流器与直流母线相连，并采用下垂控制方法，以保证各微源端口输出功率按自身容量比例均分，达到即插即用的目的。传统直流下垂控制因其本身固有的特性而存在电压偏差问题，同时因为线路电阻的存在，导致各并联变流器的出口电压存在差异、功率均分精度降低，直流母线电压质量下降。同时公共负载的切入切出等都会影响直流母线电压的稳定，使母线电压动态响应效果变差。为解决以上问题，在现有技术中常使用如下两种方法：在传统下垂的基础上，增加一个虚拟电阻，来抵消掉线路阻抗的影响，但抵消线路电阻对功率分配的影响，电压偏差问题依然存在；增加通讯，通过采集相邻变流器的电压电流信息来调节自身的功率分配，但采用二次调节的方式，通过中央控制器采集各变流器电压、电流信息，经计算后将控制量发放给各个变流器的控制器以调节输出，但由于存在中央控制器，导致系统可靠性、可扩展性差。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开的目的在于提供一种基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法以及系统，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。根据本公开的一个方面，提供一种基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法，包括：总扰动信号采集步骤，通过采集多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动信号；扰动信号分配步骤，根据各BUCK变流器的剩余容量，将所述总扰动信号分解为各BUCK变流器对应的分扰动信号；补偿信号生成步骤，将所述各BUCK变流器的分扰动信号通过各BUCK变流器的并联动态补偿结构生成补偿信号，并发送至所述的电流环输出端；电流环反馈影响抵消步骤，BUCK变流器电流环补偿结构根据所述补偿信号抵消电流环的反馈影响，以完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。在本公开的一种示例性实施例中，所述总扰动信号采集步骤及扰动信号分配步骤还包括：对多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动电流进行监测；利用GPS同步授时功能，将公共负载总电流作为总扰动信号按照各BUCK变流器的剩余容量比例生成各BUCK变流器对应的分扰动信号，并发送至各台逆变器的控制器。在本公开的一种示例性实施例中，所述补偿信号生成步骤还包括建立基于各BUCK变流器的直流微电网多变流器并联的数学模型以生成状态空间表达式：建立基于各BUCK变流器的直流微电网多变流器并联的第i个BUCK变流器的数学模型：若不考虑线路的影响，由上述数学模型可得出第i个变流器的状态空间表达式变为：根据PWM原理，Vi为电流源输入值，Vc为载波幅值，令Vc等于Vi，Kpwm等效增益为1，得到单个变流器状态空间表达式：在本公开的一种示例性实施例中，所述补偿信号生成步骤还包括扰动电流分解步骤：根据所述状态空间方程对所述BUCK变流器的扰动电流分解为公共负载电流与环流，并以所述公共负载电流作为扰动观测器的输入，对微电网中并联的每台变流器进行补偿控制。在本公开的一种示例性实施例中，所述补偿信号生成步骤还包括：基于BUCK变流器标准反馈控制回路，根据左右互质分解理论可得：根据尤拉参数化理论推导，可得到基于动态补偿控制框架的扰动观测器；基于模型匹配对所述尤拉参数化矩阵Q(s)进行求解，生成基于扰动观测器的动态补偿控制方程，根据扰动观测器及尤拉参数化矩阵生成补偿信号。在本公开的一种示例性实施例中，所述电流环反馈影响抵消步骤还包括为避免补偿信号会通过反馈环节影响到电流环的控制，设计电流环结构：基于电流环补偿等效结构，以及根据线性叠加定理，求解电流环补偿方程式，并以所述补偿信号为输入，以完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。在本公开的一个方面，提供一种基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿系统，其特征在于，所述系统包括：总扰动信号采集模块，用于通过采集多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动信号；扰动信号分配模块，用于根据各BUCK变流器的剩余容量，将所述总扰动信号分解为各BUCK变流器对应的分扰动信号；补偿信号生成模块，用于将所述各BUCK变流器的分扰动信号通过各BUCK变流器的扰动观测器及尤拉参数化矩阵生成补偿信号，并发送至所述的电流环输出端；电流环反馈影响抵消模块，用于BUCK变流器电流环补偿结构根据所述补偿信号抵消电流环的反馈影响，以完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。本公开通过采集多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动信号；根据各BUCK变流器的剩余容量，将所述总扰动信号分解为各BUCK变流器对应的分扰动信号；将所述各BUCK变流器的分扰动信号通过各BUCK变流器的扰动观测器及尤拉参数化矩阵生成补偿信号，并发送至所述的电流环输出端；BUCK变流器电流环补偿结构根据所述补偿信号抵消电流环的反馈影响，以完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。本公开在基于虚拟电阻的多台变流器并联基础上，根据变流器控制结构，设计电流环补偿控制器，补偿信号作用于电压环的输出端，提高了响应速度，减少了负载切入切出对电网的冲击，保证直流母线电压的稳定。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。附图说明通过参照附图来详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。图1示出了根据本公开一示例性实施例的基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法的流程图；图2示出了根据本公开一示例性实施例的直流微电网多变流器并联结构；图3示意性示出了根据本公开一示例性实施例的多个变流器并联直流下垂控制框图；图4示意性示出了根据本公开一示例性实施例的基于扰动观测器的BUCK变流器并联标准反馈控制回路示意图；图5示意性示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法，其特征在于，所述方法包括：/n总扰动信号采集步骤，采集多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动信号；/n扰动信号分配步骤，根据各BUCK变流器的剩余容量，将所述总扰动信号分解为各BUCK变流器对应的分扰动信号；/n补偿信号生成步骤，将所述各BUCK变流器的分扰动信号通过各BUCK变流器的并联动态补偿结构生成补偿信号，并发送至所述的电流环输出端；/n电流环反馈影响抵消步骤，BUCK变流器电流环补偿结构根据所述补偿信号抵消电流环的反馈影响，完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿方法，其特征在于，所述方法包括：
总扰动信号采集步骤，采集多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动信号；
扰动信号分配步骤，根据各BUCK变流器的剩余容量，将所述总扰动信号分解为各BUCK变流器对应的分扰动信号；
补偿信号生成步骤，将所述各BUCK变流器的分扰动信号通过各BUCK变流器的并联动态补偿结构生成补偿信号，并发送至所述的电流环输出端；
电流环反馈影响抵消步骤，BUCK变流器电流环补偿结构根据所述补偿信号抵消电流环的反馈影响，完成基于扰动观测器的BUCK变流器并联动态补偿。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述总扰动信号采集步骤及扰动信号分配步骤还包括：
对多BUCK变流器并联的公共负载端的总扰动电流进行监测；
利用GPS同步授时功能，将公共负载总电流作为总扰动信号按照各BUCK变流器的剩余容量比例生成各BUCK变流器对应的分扰动信号，并发送至各台逆变器的控制器。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补偿信号生成步骤还包括建立基于各BUCK变流器的直流微电网多变流器并联的数学模型以生成状态空间表达式：
建立基于各BUCK变流器的直流微电网多变流器并联的第i个BUCK变流器的数学模型：



若不考虑线路的影响，由上述数学模型可得出第i个变流器的状态空间表达式变为：






根据PWM原理，Vi为电流源输入值，Vc为载波幅值，令Vc等于Vi，Kpwm等效增益为1，得到单个变流器状态空间表达式：








4.如权利要求1所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡长斌，王慧圣，罗珊娜，周京华，温春雪，朴政国，马瑞，范辉，
申请(专利权)人：北方工业大学，国网河北省电力有限公司电力科学研究院，国网河北能源技术服务有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11