直流微电网功率精确分配和母线电压偏差优化控制方法技术

本发明专利技术公开了一种直流微电网功率精确分配和母线电压偏差优化控制方法，传统下垂控制引入虚拟阻抗调节母线电压来改变变换器输出功率；“电压‑功率”自适应下垂控制是引入自适应虚拟电阻，解决了线路阻抗参数不一致带来的DG单元的不能够按容量比例输出负载功率；“电流‑电压”自适应下垂功率精确分配控制策略可在负载突增的情况下保证成比例输出功率的情况下快速的达到平衡，经过电压电流双闭环控制有效跟踪电压参考值；母线电压优化控制是对母线电压进行补偿，降低偏差。本发明专利技术基于自适应下垂控制技术，解决了直流微电网运行时由于线路电阻参数不一致导致的功率分配不精问题和母线电压偏差问题，有效的提高DG的使用效率。

Precise power distribution and optimal control of bus voltage deviation in DC microgrid

【技术实现步骤摘要】
直流微电网功率精确分配和母线电压偏差优化控制方法
本专利技术涉及直流微电网领域，尤其涉及一种直流微电网功率精确分配和母线电压偏差优化控制方法。
技术介绍
微电网主要是由分布式的电源如太阳能、风能和热能等、电能转换装置、储能单元组成，可实现自我协调控制。比较传统的交流微电网，直流微电网具有消耗少、结构简单、效率高等优点。在传统的“电流-电压”下垂控制方式下，合理的调整下垂系数可以实现分布式电源按容量成比例出力，但是由于在微电网中各分布式电源在运行时线路电阻参数不一致的原因，导致功率分配的精度降低，严重时可导致分布式单元过载运行等问题，同时由于线路电阻的电压降会导致直流母线电压的降落，从而降低供电质量。目前，直流微电网的控制模式一般可分为集中式和分散自治式。集中式是依靠中央控制器对全网的信息进行集中处理，但是这种控制方式对于通信要求高，一旦发生通信故障，整个系统可能瘫痪。分散自治式无需依靠中央控制器，每个单元可以根据独立的本地控制器独立运行。因此，相较于集中式控制模式，基于自适应下垂特性的分散自治式控制模式已经成为国内外研究热点。针对线路出口参数大多采用了“功率-电压”的自适应下垂控制，能够实现DG按容量比出力，但需要采集量较多，人为设定值较多；而采用一种串入虚拟阻抗的直流微电网的下垂控制方式，以补偿由线路电阻引起的负荷分配偏差，虽然可以提高功率分配的精度，但是无法使母线电压维持在额定值。在未来的微电网中，将采用自适应下垂控制方法代替传统下垂控制方法。但是对于功率分配和电压恢复问题，并没有研究电流控制那么多，因此，需要充分考虑实现功率精确分配和电压恢复的两个问题：线路虚拟电阻设置和实现母线电压精准降落的问题。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中对直流微电网设置线路虚拟电阻实现功率精确分配和对母线电压精准降落实现的问题，本专利技术公开了一种直流微电网功率精确分配和母线电压偏差优化控制方法，根据各DG单元根据容量成比例的提供负载功率，提高其稳定时间和减小母线电压偏差，从而提高电能传输效率，提高用户用电质量。技术方案：本专利技术公开了一种直流微电网功率精确分配和母线电压偏差优化控制方法，直流微电网包括若干并联分布式电源DG、若干DC/DC变换器和直流母线，分布式电源DG通过DC/DC变换器输出直流电压值，为直流母线供电；控制方法包括以下步骤：步骤A、对直流微电网使用传统下垂控制：在电路中引入虚拟电阻，对DC/DC变换器输出功率进行调整；步骤B、引入“功率-电压”下垂控制：在步骤A的控制方法的基础上，引入自适应虚拟电阻，按分布式电源DG容量成比例分配功率，定义其输出功率偏差，设置功率偏差为零时得出分布式电源DG输出电压的控制方程；步骤C、进一步引入“电流-电压”下垂控制：在步骤B中根据分布式电源DG输出功率偏差，在分布式电源DG输出电压的控制方程中引入自适应增补项，进一步减少控制量并提高了稳定时间；步骤D、根据步骤C中的控制方程建立分布式电源DG输出电压的控制信号：采用电压电流双闭环控制，再经PWM调制得到电压控制信号；步骤E、对母线电压偏差进行优化：对步骤D中电压控制信号进行跟踪，增加母线电压控制信号的上移量对母线电压曲线进行平移，减小母线电压偏差。优选地，所述步骤B还包括：步骤B1、根据直流母线电压、DG出口电压、DG输出功率和微电网线路阻抗之间关系，求出分布式电源DG实际输出功率；步骤B2、按分布式电源DG容量成比例分配功率，定义其输出功率偏差；步骤B3、为实现功率精确分配，令步骤B2中输出功率偏差为零，计算出自适应虚拟电阻；步骤B4、根据步骤B3所得的自适应虚拟电阻，求出分布式电源DG输出电压的控制方程。优选地，所述步骤B1中分布式电源DG实际输出功率PDGi为：其中Upcc为直流母线电压，为分布式电源DG额定输出电压，Rlinei为线路电阻，ki为下垂系数，mi为自适应虚拟电阻，xi为分布式电源DG实际输出电压与直流母线电压的比值。优选地，所述步骤B4中分布式电源DG输出电压的控制方程为：其中为分布式电源DG参考输出功率；PDGi为分布式电源DG实际输出功率。优选地，所述步骤C中引入的自适应增补项为miiDGi，其中mi为自适应增补系数，通过计算分布式电源DG实际输出功率偏差为零计算出mi的值。优选地，所述步骤C中分布式电源DG输出电压的控制方程为：其中iDGi为分布式电源DG输出电流。优选地，所述步骤D还包括：步骤D1、将步骤C中求出的分布式电源DG输出电压参考值与实际输出电压值作为电压外环的输入值；步骤D2、将电压外环的输出值作为电流内环的输入参考值，与分布式电源DG的输出电流作为电流内环的输入值；步骤D3、将电流内环的输出值经PWM调制得到分布式电源DG的电压控制信号。优选地，所述步骤D中电压环和电流环中采用PI控制器。优选地，所述步骤E中母线电压增加上移量的公式及上移量控制方法为：εUPCC＝∫(-τΔUPCC)dt其中，τ为收敛系数，选取合适的τ值可使得母线电压偏差减小，提高供电的质量。有益效果：(1)、本专利技术引入“功率-电压”下垂控制后，使得变换器输出功率按容量成比例提供负荷功率，不受线路电阻的影响；(2)、本专利技术引入“电流-电压”下垂控制后，使得变换器输出功率按容量成比例提供负荷功率同时提高了反应速度；(3)、本专利技术对“电流-电压”下垂曲线进行追踪后得到母线电压表达式，对母线电压表达式平移修改，引入上移量后，可在负荷突增的情况下，保证母线电压偏移减小；(4)、本专利技术采用电压电流双闭环控制，控制器均采用PI控制器，滤除了变换器输出电压电流的谐波分量，保证了供电电能质量。附图说明图1为本专利技术的DC-DC并联电路结构图；图2为本专利技术的“电流-电压”自适应下垂控制原理图；图3为本专利技术的电压电流双闭环控制结构框图；图4为本专利技术的母线电压优化控制原理图；图5为本专利技术的仿真应用拓扑结构图；图6为图5拓扑结构下采用传统下垂控制方法的DG输出功率仿真图；图7为图5拓扑结构下采用自适应下垂控制方法的DG输出功率仿真图；图8为图5拓扑结构下采用自适应下垂控制方法的变换器输出电流仿真图；图9为图5拓扑结构下母线电压仿真图。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述。如附图1所示，本专利技术公开了一种直流微电网功率精确分配和母线电压偏差优化控制方法，直流微电网包括若干并联分布式电源DG、若干DC/DC变换器和直流母线，分布式电源DG通过DC/DC变换器输出直流电压值，为直流母线供电；控制方法包括以下步骤：步骤A、对直流微电网使用传统下垂控制：在电路中引入虚拟电阻，对DC/DC变换器输出功率进行调整；根据附图1可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流微电网功率精确分配和母线电压偏差优化控制方法，其特征在于：所述直流微电网包括若干并联分布式电源DG、若干DC/DC变换器和直流母线，分布式电源DG通过DC/DC变换器输出直流电压值，为直流母线供电；所述控制方法包括以下步骤：/n步骤A、对直流微电网使用传统下垂控制：在电路中引入虚拟电阻，对DC/DC变换器输出功率进行调整；/n步骤B、引入“功率-电压”自适应下垂控制：在步骤A的控制方法的基础上，引入自适应虚拟电阻，按分布式电源DG容量成比例分配功率，定义其输出功率偏差，设置功率偏差为零时得出分布式电源DG输出电压的控制方程；/n步骤C、进一步引入“电流-电压”自适应下垂控制：在步骤B中根据分布式电源DG输出功率偏差，在分布式电源DG输出电压的控制方程中引入自适应增补项，进一步减少控制量并提高了稳定时间；/n步骤D、根据步骤C中的控制方程建立分布式电源DG输出电压的控制信号：采用电压电流双闭环控制，再经PWM调制得到电压控制信号；/n步骤E、对母线电压偏差进行优化：对步骤D中电压控制信号进行跟踪，增加母线电压控制信号的上移量对母线电压曲线进行平移，减小母线电压偏差。/n

【技术特征摘要】
1.一种直流微电网功率精确分配和母线电压偏差优化控制方法，其特征在于：所述直流微电网包括若干并联分布式电源DG、若干DC/DC变换器和直流母线，分布式电源DG通过DC/DC变换器输出直流电压值，为直流母线供电；所述控制方法包括以下步骤：
步骤A、对直流微电网使用传统下垂控制：在电路中引入虚拟电阻，对DC/DC变换器输出功率进行调整；
步骤B、引入“功率-电压”自适应下垂控制：在步骤A的控制方法的基础上，引入自适应虚拟电阻，按分布式电源DG容量成比例分配功率，定义其输出功率偏差，设置功率偏差为零时得出分布式电源DG输出电压的控制方程；
步骤C、进一步引入“电流-电压”自适应下垂控制：在步骤B中根据分布式电源DG输出功率偏差，在分布式电源DG输出电压的控制方程中引入自适应增补项，进一步减少控制量并提高了稳定时间；
步骤D、根据步骤C中的控制方程建立分布式电源DG输出电压的控制信号：采用电压电流双闭环控制，再经PWM调制得到电压控制信号；
步骤E、对母线电压偏差进行优化：对步骤D中电压控制信号进行跟踪，增加母线电压控制信号的上移量对母线电压曲线进行平移，减小母线电压偏差。


2.根据权利要求1所述的一种直流微电网功率精确分配和母线电压偏差优化控制方法，其特征在于：所述步骤B还包括：
步骤B1、根据直流母线电压、DG出口电压、DG输出功率和微电网线路阻抗之间关系，求出分布式电源DG实际输出功率；
步骤B2、按分布式电源DG容量成比例分配功率，定义其输出功率偏差；
步骤B3、为实现功率精确分配，令步骤B2中输出功率偏差为零，计算出自适应虚拟电阻；
步骤B4、根据步骤B3所得的自适应虚拟电阻，求出分布式电源DG输出电压的控制方程。


3.根据权利要求1所述的一种直流微电网功率精确分配和母线电压偏差优化控制方法，其特征在于：所述步骤B1中分布式电源DG实际输出功率PDGi为：



其中Upcc为直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军，刘小壮，张玉琼，张威，殷永杰，郝思鹏，吕干云，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32