考虑线路阻抗及本地负荷的直流微网功率与电压调节方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑线路阻抗及本地负荷的直流微网功率与电压调节方法，该方法用于直流微电网的孤岛运行模式，所述的直流微电网内含有多组DG和不同类型负荷，各DG通过相应的变换器并联连接于公共直流母线上，该方法采用改进的下垂控制策略，使各DG按照其额定容量分配负荷功率，消除线路阻抗和本地负荷对功率分配的影响，并维持母线电压稳定。与现有技术相比，本发明专利技术提出的孤岛直流微电网功率分配控制与电压恢复控制策略，能够有效的提高孤岛直流微电网内并联多分布式电源间的负荷功率分配精度，提高分布式电源的效率，充分发挥DG的“即插即用”特性。同时维持直流母线电压使得微电网系统能够稳定运行。

Power and voltage regulation of DC microgrid considering line impedance and local load

【技术实现步骤摘要】
考虑线路阻抗及本地负荷的直流微网功率与电压调节方法
本专利技术涉及一种并联连接于公共直流母线的直流微网的输出功率协调控制及母线电压稳定，尤其是涉及一种考虑线路阻抗及本地负荷的直流微网功率与电压调节方法。
技术介绍
考虑到当前环境污染和化石燃料短缺的问题，以可再生能源(renewableenergysource,RES)为基础的分布式发电技术被提出并得到广泛地应用。将分布式电源(distributedgeneration,DG)以微电网的形式接入配电网，被普遍认为是利用分布式电源有效的方式之一。传统意义上的微电网按照接入母线的种类不同分为直流微电网和交流微电网。相较于交流微网，直流微网没有相位和无功等问题，这使电压分布与线路的电感、电容参数无关，从而更有利于电压控制。实际的直流微电网系统中，各DG所接电力电子变换器与公共直流母线之间不可避免的存在线路阻抗，由于各变换器到母线距离存在差异，相应支路的线路阻抗必然存在不匹配的情况。因而各组DG将不能够按照传统下垂控制预设的下垂系数分配负荷功率，并且实际微电网系统还会存在本地负荷，其差异将进一步加深对功率分配的影响，造成功率分配偏差，各DG无法按照其额定容量出力，同时由下垂控制带来的固有母线电压偏差严重时会对整个微电网系统安全稳定运行带来隐患。针对上述问题，国内外学者广泛展开研究。文献“KhorsandiA,AshourlooM,MokhtariH.Adecentra-lizedcontrolmethodforalow-voltageDCmicrogrid[J].IEEETransactionsonEnergyConversion,2014,29(4):793-801”，以及“LuX,SunK,GuerreroJM,etal.State-of-ChargebalanceusingadaptivedroopcontrolfordistributedenergystoragesystemsinDCmicrogridapplications[J].IEEETransactionsonIndustrialElectronics,2013,61(6)：2804-2815”通过自适应修正下垂系数的方式降低线路阻抗不匹配对负荷分配的影响，但是母线电压均存在不同程度的偏差。文献Y.LinandW.Xiao,NovelPiecewiseLinearFormationofDroopStrategyforDCMicrogrid[J].IEEETransactionsonSmartGrid,2019,10(6):6747-6755提出一种分段线性化的下垂控制，但在该方法是在电流分配与电压恢复二者之间寻求平衡，同时多分段电气量的工程实现起来具有一定难度。文献“杨捷，金新民，吴学智，等.一种适用于直流微电网的改进型电流负荷分配控制策略[J].中国电机工程学报，2016，36(1)：59-67”提出了一种用电压变化率取代电压的下垂控制策略，实现负荷电流的精确分配，但是母线电压仍存在较大偏差。文献“蒋伟明,赵晋斌,高明明,等.具有电压自恢复特性的独立直流微电网控制策略研究[J].电网技术，2019.1315：1-9”通过单脉冲注入的方法获取线路阻抗信息，并将其以负补偿形式引入下垂系数中用以抑制线路阻抗不一致对电流分配造成的不利影响，但是该策略对脉冲注入后测量间隔时间的选取要求很高。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑线路阻抗及本地负荷的直流微网功率与电压调节方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种考虑线路阻抗及本地负荷的直流微网功率与电压调节方法，该方法用于直流微电网的孤岛运行模式，所述的直流微电网内含有多组DG和不同类型负荷，各DG通过相应的变换器并联连接于公共直流母线上，该方法采用改进的下垂控制策略，使各DG按照其额定容量分配负荷功率，消除线路阻抗和本地负荷对功率分配的影响，并维持母线电压稳定，具体采用下式：Vi＝V*+ui_p+ui_v-miPi式中，Vi和Pi分别为第i组DG相连的变换器的输出电压和输出功率，V*为输出电压额定参考值，ui_p为功率控制输入量，ui_v为母线电压控制输入量，mi为第i组DG的下垂系数。所述的功率控制输入量ui_p为变化量，当前采样周期的值根据上个采样周期的值计算，计算方法如下式：ui_p(n+1)＝ui_p(n)+Gi_n式中，ui_p(n+1)、ui_p(n)分别为第i组DG在第n+1次和第n次采样周期的功率控制输入量，Gi_n为第i组DG在第n次采样周期的功率分配调节项，α为功率调节系数，Pi_n为第i组DG在第n次采样周期的输出功率，P*i_n为各DG在n次采样周期的期望输出功率，Pratedi为第i组DG的额定功率，N为DG组数。所述的母线电压控制输入量ui_v为变化量，当前采样周期的值根据上个采样周期的值计算，计算方法如下式：式中，ui_v(n+1)、ui_v(n)分别为第i组DG在第n+1次和第n次采样周期的电压控制输入量，Hi_n为第i组DG在第n次采样周期的母线电压调节项，β为电压调节系数，ΔVi_n为电压偏差量，Vave为DG输出电压的均值，N为DG的组数，其中h为牵制系数，当h＝1时代表选择该组DG进行电压恢复控制，当h＝0时代表该组DG无需进行电压恢复控制，h’为补偿系数，当h’＝1时代表选择该组DG出现单点故障，此时与其相邻的备选DG接替工作，作为电压恢复控制单元。本方法选取两组DG，其中一组为备选DG，利用本地输出电压信息实现每组DG的输出电压稳定，同时保持系统母线电压的稳定。孤岛运行模式时，直流微电网内部功率平衡表达式为：式中，Pi为第i组DG的输出功率，Ppcc为公共负荷的功率，PLocali为第i组DG的本地负荷上的功率损耗，Plinei为相应DG变换器所连线路阻抗上的功率损耗，N为DG组数。通过引入采样保持器，根据实时输出结果自适应调节下垂控制的电压参考值来实现功率精确分配。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)通过引入局部输出功率与电压信息，利用同步信号触发采样保持器，其输出对下垂控制曲线的输出电压进行自适应纵截距补偿，消除线路阻抗和本地负荷对功率分配的影响。不需要额外测量全局信息，只需利用每组DG的输出本地信息通过相邻DG之间局部通信即可实现DG输出功率的精确分配，同时提出一种基于优化局部牵制的电压恢复策略，仅需选取两组DG(其中一组为备选DG)，利用本地输出电压信息即可实现每组DG的输出电压稳定，同时保持系统母线电压的稳定。(2)本专利技术提出的孤岛直流微电网功率分配控制与电压恢复控制策略，能够有效的提高孤岛直流微电网内并联多分布式电源间的负荷功率分配精度，提高分布式电源的效率，充分发挥DG的“即插即用”特性，同时维持直流母线电压使得微电网系统能够稳定运行。附图说明图1为典型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑线路阻抗及本地负荷的直流微网功率与电压调节方法，其特征在于，该方法用于直流微电网的孤岛运行模式，所述的直流微电网内含有多组DG和不同类型负荷，各DG通过相应的变换器并联连接于公共直流母线上，该方法采用改进的下垂控制策略，使各DG按照其额定容量分配负荷功率，消除线路阻抗和本地负荷对功率分配的影响，并维持母线电压稳定，具体采用下式：/nV

【技术特征摘要】
1.一种考虑线路阻抗及本地负荷的直流微网功率与电压调节方法，其特征在于，该方法用于直流微电网的孤岛运行模式，所述的直流微电网内含有多组DG和不同类型负荷，各DG通过相应的变换器并联连接于公共直流母线上，该方法采用改进的下垂控制策略，使各DG按照其额定容量分配负荷功率，消除线路阻抗和本地负荷对功率分配的影响，并维持母线电压稳定，具体采用下式：
Vi＝V*+ui_p+ui_v-miPi
式中，Vi和Pi分别为第i组DG相连的变换器的输出电压和输出功率，V*为输出电压额定参考值，ui_p为功率控制输入量，ui_v为母线电压控制输入量，mi为第i组DG的下垂系数。


2.根据权利要求1所述的一种考虑线路阻抗及本地负荷的直流微网功率与电压调节方法，其特征在于，所述的功率控制输入量ui_p为变化量，当前采样周期的值根据上个采样周期的值计算。


3.根据权利要求2所述的一种考虑线路阻抗及本地负荷的直流微网功率与电压调节方法，其特征在于，所述的功率控制输入量ui_p计算方法如下式：
ui_p(n+1)＝ui_p(n)+Gi_n






式中，ui_p(n+1)、ui_p(n)分别为第i组DG在第n+1次和第n次采样周期的功率控制输入量，Gi_n为第i组DG在第n次采样周期的功率分配调节项，α为功率调节系数，Pi_n为第i组DG在第n次采样周期的输出功率，P*i_n为各DG在n次采样周期的期望输出功率，Pratedi为第i组DG的额定功率，N为DG组数。


4.根据权利要求1所述的一种考虑线路阻抗及本地负荷的直流微网功率与电压调节方法，其特征在于，所述的母线电压控制输入量ui_v为变化量，当前采样周期的值根据上个采样周期的值计算。


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【专利技术属性】
技术研发人员：米阳，马宇辰，韩云昊，常俊飞，李振坤，姜恩宇，赵耀，王育飞，刘蓉晖，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：上海;31