一种直流微电网以及微电网分布式均衡控制方法技术

本发明专利技术涉及一种直流微电网以及微电网分布式均衡控制方法。一种分布式直流微电网，包括多个并联的变换器；每个所述变换器具有处理器、电压观测器、电流传感器、电压传感器和输出控制器；所述电压观测器、所述电流传感器、所述输出控制器分别与所述处理器连接；所述电压传感器与所述电压观测器连接；多个所述处理器根据预定通信拓扑结构通信连接；多个所述电压观测器依照所述预定通信拓扑结构通信连接。本发明专利技术提供的分布式协同控制方法，有别于传统的智能体彼此孤立的一致性方法，通过分布式的均衡控制方法，每个变换器只需要知道自身及邻居的状态信息，通过局部数据的交互，即可实现输出电流的均衡输出。

【技术实现步骤摘要】
一种直流微电网以及微电网分布式均衡控制方法
本专利技术涉及微电网领域，尤其涉及一种直流微电网以及微电网分布式均衡控制方法。
技术介绍
微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。由于各种可再生能源(太阳能)、储能元件(电池、超级电容)、负载(电子元件、马达、LED照明设备、充电机)等具有直流特性，于是直流微电网相对于交流微电网越来越在电动汽车、舰船、航天飞机、潜艇等领域得到广泛应用。针对微电网，现有包括主控制、从控制、第三级控制等层的分层控制方案，在主控制层，主控制器主要是来实现微电网内部各种能源的负载均衡，如电流比例均衡，其中的控制方法包括下垂控制等。同时，实现输出电流均衡方法主要可以分为两类：被动均流方法和主动均流方法。主动均流方法使用主动型器件和相关控制电路构成电流调节器和并联电路，调节各个电路分支的输出电流。被动均流方法使用耗能型元器件比如电阻来均衡电路的输出电流。在大功率场合，由于被动均流方法所需电阻等耗能元器件过多，导致电路复杂而且昂贵。下垂法是被动均流控制方法中的一种，其基本出发点是利用输出电压随输出电流的增加而下降的特性，通过控制和改变输出阻抗，达到均流目的。该方法实现简单，被广泛应用于小容量并联充电系统、以及低电压直流微电网中。然而，下垂控制法不适合大功率并联电源，特别负载差时均流效果不好，而且电压调节性能差。主从控制法是一种典型的主动均流控制方法，其是在并联的n个电源模块中，人为指定其中一个为主模块，而其余各从模块跟随主模块分配电流。适用于具有电压外环，电流内环的双闭环控制系统。然而，主从控制法与集中控制法存在相同的弊端，即主模块的故障会导致整个系统崩溃，而且，各电源模块与主模块之间的通信连接非常关键，一旦发生故障，将降低整个系统的可靠性和性能。由于主模块无法被系统剔除，使得主从控制法不具有模块化和可重构的优势。除了集中式的均流控制方案外，还有分散的均流控制方案，活跃的智能体决定所有并联模块总的参考电流，每个并联模块共享这个参考电流同时使得设定的功率损耗效用函数尽可能小，由于唯一的消费者智能体的存在，使得在这种方案中容易出现单点故障。基于显式模型预测控制，出现了分散式均流控制方案，这种方法一定程度上解决了电流不均衡问题，然而，所提出的方法是一种离线式的，并且每个并联模块之间没有信息交互。申请号为CN201610516573.9的专利文献公开了一种基于有限时间一致性的直流微电网分布式协同控制方法，包括：步骤10)进行一次控制，自动维持直流微电网系统功率平衡；步骤20)进行二次控制，实现电压调节和负荷功率分配。该控制方法是一种分布式控制方法，消除了中央控制器的需求和复杂的通信拓扑，多代理系统通过有限时间控制，以分布式的方式实现电流比例分配。但还是没有解决上述问题，因而现有的直流微电网领域存在不足，还有待改进和提高。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足之处，本专利技术的目的在于提供一种直流微电网以及微电网分布式均衡控制方法，在线路设计简单的基础上，能够实现微电网系统快速动态调整输出电流。为了达到上述目的，本专利技术采取了以下技术方案：一种分布式直流微电网，包括多个并联的变换器；每个所述变换器包括处理器、电压观测器、电流传感器、电压传感器和输出控制器；所述电压观测器、所述电流传感器、所述输出控制器分别与所述处理器连接；所述电压传感器与所述电压观测器连接；多个所述处理器根据预定通信拓扑结构通信连接；多个所述电压观测器依照所述预定通信拓扑结构通信连接。优选的所述的分布式直流微电网，所述变换器还包括检波器、变换电容、变换二极管、变换电感和变换电阻；所述变换电容装设在所述检波器的两个输出端之间；所述输出控制器、所述变换电感、所述变换电阻串联；所述检波器的一个输出端与所述输出控制器连接，另一端与所述变换二极管连接；所述变换二级管的输出端连接在所述输出控制器与所述变换电感之间的线路上。优选的所述的分布式直流微电网，多个所述处理器之间的通信连接为单向通信连接；多个所述观测器之间的通信连接为无向通信连接。优选的所述的分布式直流微电网，还包括负载电流传感器和负载电容；所述负载电流传感器，用于检测负载的电流测量值，并输送到所述处理器中作为参考电流，与拓扑结构中处于根节点的所述处理器连接；所述负载电容，由三路超级电容和漏检电阻并联组成；所述负载电容的输入端与所述变换器的输出端连接。一种用于所述的直流微电网的分布式均衡控制方法，包括步骤：S1、所述电流传感器检测所述变换器的输出电流，并将所述输出电流传输到所述处理器中，同时，所述处理器接收邻居变换器的邻居输出电流，结合参考电流得到局部电流跟踪误差；S2、将所述局部电流跟踪误差经过比例积分控制处理，得到虚拟控制输入值；S3、所述电压传感器将检测到的负载的电压检测值传输到所述电压观测器中，同时所述电压观测器接收邻居变换器的邻居电压估计值，得到本电压观测器的电压估计值，再进行动态一致性处理得到负载电压值，并将所述负载电压值传输到所述处理器中；S4、所述处理器结合虚拟控制输入值以及所述负载电压值，根据反馈机制，得到最终的控制输入值；使用所述控制输入值驱动所述输出控制器，实现对多个所述变换器的均衡控制。优选的所述的分布式均衡控制方法，所述步骤S1中，所述局部电流跟踪误差的计算公式为：其中，ek为局部电流跟踪误差；yk为输出电流；ym为邻居输出电流；y0为参考电流；akm为通信拓扑有向图对应的邻接矩阵中的元素；gk为牵制增益；Nk＝{vm∈ν:(vm,vk)∈ε}为所述变换器的邻居集。优选的所述的分布式均衡控制方法，所述步骤S2中，所述比例积分控制处理为：其中，υk为虚拟控制输入值；kp为比例控制增益；ki为积分控制增益；ek为局部电流跟踪误差。优选的所述的分布式均衡控制方法，所述步骤S3中，具体包括：S31、根据所述电压检测值和所述邻居电压估计值，利用动态一致性滤波算法得到本电压观测器的电压估计值；所述动态一致性滤波算法公式为：其中，为电压估计值；为电压检测值；为邻居电压估计值；S32、所有所述电压观测器均利用所述动态一致性滤波算法，进行一致性处理，使所有所述电压观测器的电压估计值趋于一致，作为所述负载电压值。优选的所述的分布式均衡控制方法，所述步骤S4中，所述反馈机制为：其中，uk为控制输入值；vc为负载电压值；yk为输出电流；υk为虚拟控制输入值；Lk为储能式电感的磁通量；Vdk为三相桥式整流电路获得的DC输入电压；rk为变换器电路等效内阻。优选的所述的分布式均衡控制方法，使用中的所述负载电流传感器实时检测负载电流测量值，并传送到所述处理器中用于获取所述参考电流。相较于现有技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式直流微电网，其特征在于，包括多个并联的变换器；每个所述变换器包括处理器、电压观测器、电流传感器、电压传感器和输出控制器；所述电压观测器、所述电流传感器、所述输出控制器分别与所述处理器连接；所述电压传感器与所述电压观测器连接；/n多个所述处理器根据预定通信拓扑结构通信连接；多个所述电压观测器依照所述预定通信拓扑结构通信连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种分布式直流微电网，其特征在于，包括多个并联的变换器；每个所述变换器包括处理器、电压观测器、电流传感器、电压传感器和输出控制器；所述电压观测器、所述电流传感器、所述输出控制器分别与所述处理器连接；所述电压传感器与所述电压观测器连接；
多个所述处理器根据预定通信拓扑结构通信连接；多个所述电压观测器依照所述预定通信拓扑结构通信连接。


2.根据权利要求1所述的分布式直流微电网，其特征在于，所述变换器还包括检波器、变换电容、变换二极管、变换电感和变换电阻；
所述变换电容装设在所述检波器的两个输出端之间；所述输出控制器、所述变换电感、所述变换电阻串联；所述检波器的一个输出端与所述输出控制器连接，另一端与所述变换二极管连接；所述变换二级管的输出端连接在所述输出控制器与所述变换电感之间的线路上。


3.根据权利要求1所述的分布式直流微电网，其特征在于，多个所述处理器之间的通信连接为单向通信连接；多个所述观测器之间的通信连接为无向通信连接。


4.根据权利要求1所述的分布式直流微电网，其特征在于，还包括负载电流传感器和负载电容；
所述负载电流传感器，用于检测负载的电流测量值，并输送到所述处理器中作为参考电流，与拓扑结构中处于根节点的所述处理器连接；
所述负载电容，由三路超级电容和漏检电阻并联组成；所述负载电容的输入端与所述变换器的输出端连接。


5.一种用于权利要求1-4任一所述的直流微电网的分布式均衡控制方法，其特征在于，包括步骤：
S1、所述电流传感器检测所述变换器的输出电流，并将所述输出电流传输到所述处理器中，同时，所述处理器接收邻居变换器的邻居输出电流，结合参考电流得到局部电流跟踪误差；
S2、将所述局部电流跟踪误差经过比例积分控制处理，得到虚拟控制输入值；
S3、所述电压传感器将检测到的负载的电压检测值传输到所述电压观测器中，同时所述电压观测器接收邻居变换器的邻居电压估计值，得到本电压观测器的电压估计值，再进行动态一致性处理得到负载电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘建刚，杨胜杰，
申请(专利权)人：湖南工商大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43