多电压等级直流配电网储能下垂系数分布式控制方法技术

本发明专利技术涉及储能系统分布式控制技术，旨在提供一种多电压等级直流配电网储能下垂系数分布式控制方法。包括：在多电压等级下，直流配电网中的配电子网通过多个直流变压器相连，通过所选择的标幺化处理方法，各个子网中的储能单元通过分布式控制算法在实现电流的按比例均分，储能单元电荷状态均衡以及储能输出电压恢复。本发明专利技术将不同的子配网互联，将多电压等级的直流配电网等效为标幺化下单一电压等级的直流配电网。采用相邻储能节点分布式通信，减轻通信压力，提高了系统的安全性和灵活性。具有分布式储能在本地实现电流均分的功能，实现各个储能节点的输出电压平均值都能恢复到参考值。下垂系数只由负载分布决定，实现下垂系数稳定可控。

【技术实现步骤摘要】
多电压等级直流配电网储能下垂系数分布式控制方法
本专利技术涉及储能系统分布式控制技术，具体涉及多电压等级直流配电网储能下垂系数分布式控制方法，主要针对储能的输出电流均分控制、SOC均衡分配、输出电压的恢复以及储能系统下垂系数的分布式调节控制。
技术介绍
多个电压等级直流配电网可以将不同电压等级的直流母线通过直流变压器互相连接，每条母线上接入一个配电子网包含分布式电源、储能单元和负荷。直流变压器作为连接两个直流母线的设备，采用了相应的控制算法，能够实现相连的不同电压等级的配电子网形成单一电压等级，并通过分布式控制算法实现维持系统电压功率的稳定运行。为了保证直流配电网的稳定运行，需要综合考虑配电网中各单元的运行状况，制定有效的能量管理策略，以满足不同的系统需求。采用分布式控制是解决集中式控制和分散式控制缺点的有效途径，它具有对通信要求低、灵活性、可靠性等优点。但是由于在储能下垂控制过程中，实现电流均分和输出电压恢复的控制策略之间存在着耦合问题，并且控制的不同步会造成各个分布式控制器的下垂系数产生偏移和波动，从而会影响到系统整体的稳定性和电流的质量。针对这个问题，本专利技术针对下垂系数的不确定波动问题，提出了一种新的控制策略，能够实现在多个电压等级下各个直流子配网的储能电流均分，SOC均衡和输出电压恢复，并且保证下垂系数不会发生偏移或者波动，实现其稳定可控。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提出了一种多电压等级直流配电网储能的下垂系数分布式控制方法。该方法通过在不同电压等级下实现直流配电网各子网中储能的电流均分，保证下垂系数不会发生偏移或者波动，实现其稳定运行。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种多电压等级直流配电网储能下垂系数分布式控制系统，所述直流配电网包含N个配电子网，该N个配电子网具有多个电压等级；每个配电子网均包括直流母线、储能单元(ESU)、分布式电源(DG)、负载(Load)和电力电子变换器，储能单元通过电力电子变换器与直流母线相连；在所述N个配电子网的直流母线之间，通过N-1个直流变压器实现树状连接；所述各储能单元中设有控制器模块，控制器模块包括电流均分控制器SOC分布式控制器下垂系数恢复分布式控制器下垂控制器和内环控制器；控制器模块同时作为一个网络拓扑中的节点用于与至少一个相邻配电子网中的节点进行通信，每两个通信节点构成一条边进而连通整个直流配电网，即任意两个节点之间都存在连同路径。本专利技术进一步提供了利用前述系统实现多电压等级直流配电网的储能下垂系数分布式控制方法，具体包括以下步骤：(1)对任意直流变压器i连接的直流母线i和直流母线j作标幺化处理，得到简化的标幺值系统；将直流母线输出电压Vi除以其基准值Vi，base得到电压标幺值Vi，pu＝Vi/Vi，base；同理，得到输出电流Ii的标幺值为Ii，pu＝Ii/Ii，base；对多电压等级的直流配电网，通过该处理后得到一个标幺化电压等级的直流配电网；(2)对于连接在直流母线i上的储能单元ESUi：利用电流均分控制器计算输出电流标幺值Ii，pu与相邻节点的输出电流值Ij，pu的差值，并将差值输入比例积分(PI)控制模块中，得到下垂系数修正值δ1，pu；利用SOC分布式控制器计算储能单元ESUi的荷电状态值SOCi，pu与相邻节点的SOCj，pu的差值，并将差值输入比例积分(PI)控制模块中，得到下垂系数修正值δ2，pu；利用下垂系数恢复分布式控制器输入储能单元ESUi的下垂系数平均值相邻节点的下垂系数平均值和下垂系数额定值计算得到节点下垂系数平均值与额定值的差值；将该差值输入比例积分(PI)控制模块中，得到下垂系数修正值δ3，pu；通过下式计算得到储能单元ESUi的本地下垂系数值Ri，pu：(3)将本地下垂系数额定值与本地输出电流值Ii，pu相乘，计算得到电压修正值将电压修正值与输出电压额定值相加，得到本地的输出电压参考值(4)将本地下垂系数值Ri，pu和本地的输出电压参考值用于V-I下垂控制策略，实现对储能单元ESUi的输出电压的分布式二次控制，其计算公式如下：本专利技术中，将直流变压器i所连接直流母线的电压标幺值Vi，pu和Vj，pu作差后输入比例积分(PI)控制器将得到一个移相角，在稳态时Vi，pu＝Vj，pu恒成立，此时对于连接在直流母线#i上的储能单元ESUi进行Ii-Vi下垂控制，对输出电压和下垂系数进行二次修正。本专利技术中，通过选取合适的标幺值，将多个电压等级的N个配电子网等效为单一电压等级：对于标幺化后的系统，利用每个配电子网中的控制器模块与相邻节点交换如下信息：储能单元的输出电流Ii，pu、储能单元的荷电状态SOCi，pu、下垂系数平均值输出电压幅值参考值Vi，pu；通过分布式控制实现各配电子网中储能单元的电流按比例均分、储能单元电荷状态均衡以及储能输出电压恢复，同时消除由于电流均分和电压恢复过程中的耦合作用产生的下垂系数的波动和偏移。本专利技术中，所述直流变压器采用单相移相调制双有源桥变换器，各母线之间存在线路阻抗。与现有技术相比，本专利技术的优点有：(1)本专利技术提出了基于多电压等级直流配电网的储能控制，通过直流变压器将不同的子配网互联，将多电压等级的直流配电网等效为标幺化下单一电压等级的直流配电网。采用相邻储能节点分布式通信，减轻通信压力，提高了系统的安全性和灵活性。(2)本专利技术具有分布式储能在本地实现电流均分的功能；在下垂系数加权平均值恢复的过程中，实现了各个储能输出电流的均分且保证各个SOC达到均衡；实现了各个储能节点的输出电压平均值都能恢复到参考值。(3)本专利技术通过分布式控制器和本地的电压控制器，消除了各个控制器之间耦合对下垂系数造成的不稳定，防止了下垂系数在运行时的偏移，使下垂系数只由负载分布决定，不因系统的初始值发生偏移，实现了下垂系数的稳定可控。附图说明图1为多电压等级的多个储能单元分布式控制系统结构图；图2为多电压等级的四个储能单元分布式控制系统结构图；图3为各个储能单元的电流、SOC、下垂系数、电压控制器原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述：如图1所示的多电压等级的直流配电网，各个直流母线(DCBus)之间通过直流变压器相连接(DCTransformer)，提出了一种基于多电压等级直流配电网储能的下垂系数分布式控制方法。多电压等级直流配电网包括N个电压等级的直流配电子网，其主体包括N条直流母线；N-1个直流变压器；每条直流母线上连接有一个配电子网，通过N-1个直流变压器树状连接。直流母线连接的子网中包括三个部分：储能单元(ESU)，分布式电源(DG)和无源负荷。以图2中四个子网为例，其中的储能单元通过分布式控制，采用邻节点通信，每个储能节点的控制器通过与相邻分布式储能节点交换如下信息：储能单元的输出电流Ii，pu本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多电压等级直流配电网储能下垂系数分布式控制系统，所述直流配电网包含N个配电子网，该N个配电子网具有多个电压等级；其特征在于，/n每个配电子网均包括直流母线、储能单元、分布式电源、负载和电力电子变换器，储能单元通过电力电子变换器与直流母线相连；在所述N个配电子网的直流母线之间，通过N-1个直流变压器实现树状连接；/n所述各储能单元中设有控制器模块，控制器模块包括电流均分控制器

【技术特征摘要】
1.一种多电压等级直流配电网储能下垂系数分布式控制系统，所述直流配电网包含N个配电子网，该N个配电子网具有多个电压等级；其特征在于，
每个配电子网均包括直流母线、储能单元、分布式电源、负载和电力电子变换器，储能单元通过电力电子变换器与直流母线相连；在所述N个配电子网的直流母线之间，通过N-1个直流变压器实现树状连接；
所述各储能单元中设有控制器模块，控制器模块包括电流均分控制器SOC分布式控制器下垂系数恢复分布式控制器下垂控制器和内环控制器；控制器模块同时作为一个网络拓扑中的节点用于与至少一个相邻配电子网中的节点进行通信，每两个通信节点构成一条边进而连通整个直流配电网，即任意两个节点之间都存在连同路径。


2.利用权利要求1所述系统实现多电压等级直流配电网的储能下垂系数分布式控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)对任意直流变压器i连接的直流母线i和直流母线j作标幺化处理，得到简化的标幺值系统；
将直流母线输出电压Vi除以其基准值Vi，base得到电压标幺值Vi，pu＝Vi/Vi，base；同理，得到输出电流Ii的标幺值为Ii，pu＝Ii/Ii，base；对多电压等级的直流配电网，通过该处理后得到一个标幺化电压等级的直流配电网；
(2)对于连接在直流母线i上的储能单元ESUi：
利用电流均分控制器计算输出电流标幺值Ii，pu与相邻节点的输出电流值Ij，pu的差值，并将差值输入比例积分控制模块中，得到下垂系数修正值δ1，pu；
利用SOC分布式控制器计算储能单元ESUi的荷电状态值SOCi，pu与相邻节点的SOCj，pu的差值，并将差值输入比例积分控制模块中，得到下垂系数修正值δ2，pu；
利用下垂系数恢复分布式控制器输入储能单元ESUi的下垂系数平均值相邻节点的下垂系数平均值和下垂系数额定值计算得到节点下垂系数平均值与额定值的差值；将该差值输入比例积分控制模块中，得到下垂系数修正值δ3，pu；
通过下式计算得到储能单元ESUi的本地下垂系数值Ri，pu：



(3)将本地下垂系数额定值与本地输出电流值Ii，pu相乘，计算得到电压修正值将电压修正值与输出电压额定值相加，得到本地的输出电压参考值



(4)将本地下垂系数值Ri，pu和本地的输出电压参考值用于V-I下垂控制策略，实现对储能单元ESU...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡丹尔，彭勇刚，韦巍，宋文龙，施璐，田庆山，罗秋月，黄德云，许月刚，刘红杰，曹龙泉，
申请(专利权)人：浙江大学，浙江天能动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33