一种双极直流微电网系统技术方案

本发明专利技术涉及双极直流微电网技术领域，公开了一种双极直流微电网系统，包括电网拓扑结构、通信系统与不平衡电压控制系统；采用DC/DC直流变换器将分布式直流电源接入母线，通过控制DC/DC直流变换器，使分布式直流电源参与到不平衡电压调控中；不平衡电压控制系统通过一次控制系统与二次控制系统协调配合完成不平衡电压调控，一次控制系统直接作用于直流变换器，调节其输出电压；二次控制系统为一次控制提供修正参考电压，同时调整一次控制产生的偏差，如电压、功率偏差；基于直流变换器的稀疏通信网络使得相邻节点间能够进行信息交互，从而形成分布式协调控制，双极直流微电网中正、负极间多节点的不平衡电压得到协调控制，提高电网运行的可靠性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种双极直流微电网系统
本专利技术涉及双极直流微电网

技术介绍
直流微电网具有结构简单、控制容易、供电容量大、电能质量高等优点，其中相比于单极直流微电网，双极直流微电网提供更多电压等级接口，电压等级可灵活变换，同时其对AC/DC变换器的利用率高。此外，当某一极发生故障时，另一极可继续保持运行，系统具有更高的可靠性和安全性。但正、负极的电源、负荷和线路参数等不平衡会在中线产生不平衡电流，进而增加线路损耗，同时使正、负极母线电压偏离额定值。当某一节点的负荷严重不平衡时，不平衡度可能超标，甚至触发中线的不平衡电压保护。为灵活调节双极直流微网的电压不平衡度，同时使母线电压运行在合理范围内，须设计一种不平衡电压控制系统，保证直流负荷的正常运行现阶段双极直流微电网的不平衡电压的抑制可从源侧和网侧出发，通过增加不平衡补偿控制环节减小不平衡电流引起的线路损耗和电压偏差，主要采用可抑制不平衡电压的AC/DC变换器、在AC/DC变换器的出口安装电压平衡器等方法，但均只考虑单个变换器的不平衡电压抑制，而未考虑不同节点变换器间分布式电源参与不平衡度调节的协调能力，针对双极直流微电网中多节点间的不平衡电压协调控制，现阶段还没有较为成熟的设计方案，阻碍着双极直流微电网的发展。
技术实现思路
针对上述技术的不足，本专利技术提供了一种双极直流微电网系统，解决如何提高双极直流微电网的不平衡电压调节能力的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术一种双极直流微电网，包括电网拓扑结构、通信系统与不平衡电压控制系统；所述电网拓扑结构包括三条直流母线：正极直流母线、零线与负极直流母线；低压直流负载正极端、负极端分别接在正极直流母线、负极直流母线上，形成正、负极节点，低压直流负载的中性点接在零线上，形成中性节点；各个低压直流负载均由相应的一对正、负极分布式直流电源供电；所述正极分布式直流电源通过正极直流变换器与正极节点连接，所述负极分布式直流电源通过负极直流变换器与负极节点连接，正极直流变换器与负极直流变换器均通过中性节点回流，从而实现对低压直流负载供电；所述通信系统包括由电网拓扑结构中的各直流变换器组成的稀疏通信网络，使得各相邻直流变换器之间能够对电能数据进行交互；所述电能数据包括正极节点的正极母线电压、负极节点的负极母线电压、正极节点的负载电流与负极节点的负载电流；所述不平衡电压控制系统包括用于一次控制系统以及用于为一次控制系统提供修正参考电压的二次控制系统；所述一次控制系统能够产生使母线电压满足修正参考电压的用于控制直流变换器的控制信号，从而通过调节直流变换器的输出电压来调节母线电压；所述二次控制系统包括电压不平衡度控制器；所述电压不平衡度控制器包括电压不平衡度计算单元、期望电压不平衡度计算单元、期望电压计算单元、不平衡度修正项计算单元以及修正参考电压计算单元；所述电压不平衡度计算单元用于根据同一单元节点的正、负极母线电压计算该单元节点的电压不平衡度；所述同一单元节点是由对应于同一低压直流负载的正、负极节点组成；所述期望电压不平衡度计算单元用于根据单元节点与其相邻单元节点的电压不平衡度，基于一致性算法计算单元节点与其相邻单元节点的电压不平衡度趋于一致时的单元节点的期望电压不平衡度；所述期望电压计算单元用于根据期望电压不平衡度计算单元节点中正、负极节点的正、负极期望母线电压；所述不平衡度修正项计算单元用于计算出使正、负极节点的正、负极母线电压分别满足正、负极期望母线电压的正、负极不平衡度修正项；所述修正参考电压计算单元包括正、负极修正参考电压计算单元，并且分别用于在正、负极母线额定参考电压的基础上增加相应的包括正、负极不平衡度修正项在内的修正项，以生成正、负极修正参考电压。进一步的，所述二次控制系统还包括不平衡电压观测器；所述不平衡电压观测器包括正极不平衡电压观测器与负极不平衡电压观测器；所述不平衡电压观测器包括正极母线平均电压预测单元与正极稳压修正项计算单元；所述正极母线平均电压预测单元用于根据正极节点与其相邻正极节点的正极母线电压，基于一致性算法计算下一时刻的正极节点的正极平均母线电压；所述正极稳压修正项计算单元用于计算出使正极平均母线电压满足正极母线额定参考电压的正极稳压修正项；所述负极母线平均电压预测单元用于根据负极节点与其相邻负极节点的负极母线电压，基于一致性算法计算下一时刻的负极节点的负极平均母线电压；所述负极稳压修正项计算单元用于计算出使负极平均母线电压满足负极母线额定参考电压的负极稳压修正项；正极修正参考电压计算单元用于在正极母线额定参考电压的基础上增加相应的正极不平衡度修正项与正极稳压修正项，以生成正极修正参考电压；负极修正参考电压计算单元用于在负极母线额定参考电压的基础上增加相应的负极不平衡度修正项与负极稳压修正项，以生成负极修正参考电压。与现有技术相比，本专利技术具有的优点包括：1、本专利技术的电网拓扑结构中采用DC/DC直流变换器将分布式直流电源接入母线，通过对DC/DC直流变换器进行控制，使得分布式直流电源能够参与到不平衡电压调控中。与现有技术中只能采用AC/DC变换器进行不平衡电压抑制不同，本专利技术中分布式直流电源能通过DC/DC直流变换器能够对不平衡电压进行双向调节，而不局限于单向抑制。2、基于直流变换器的稀疏通信网络使得相邻节点间能够进行信息交互，从而形成分布式协调控制，双极直流微电网中正、负极间多节点的不平衡电压得到协调控制，克服了现有技术中单个节点孤立控制带来的一致性较差的缺陷。3、不平衡电压控制系统通过一次控制系统与二次控制系统协调配合完成不平衡电压调控，一次控制系统直接作用于直流变换器，调节直流变换器的输出电压；二次控制系统为一次控制提供参照基准(修正参考电压)，同时也相当于调整一次控制产生的偏差，如电压、功率偏差。4、本专利技术通过不平衡度修正项调节单元节点中正、负极节点的母线电压，从而调节单元节点的电压不平衡度，同时由于不平衡度修正项是基于电压不平衡度趋于一致时的单元节点的期望电压不平衡度，因此能够使得相邻单元节点之间的电压不平衡度趋于一致，提高电网运行的可靠性。5、本专利技术通过稳压修正项调节正、负极节点的平均母线电压，使相邻节点的平均母线电压趋于一致的同时，满足母线额定参考电压，提高电网运行的稳定性。附图说明图1为本具体实施方式中双极直流微电网的网络结构示意图；图2为本具体实施方式中双极直流微电网的简化模型；图3为不平衡电压控制系统总体架构图。图4为一次控制系统的原理框图；图5为二次控制系统的原理框图；具体实施方式建立双极直流微电网，参见图1所示，包含电网拓扑结构(物理层)、通信系统(网络层)与不平衡电压控制系统。所述电网拓扑结构包括三条直流母线：正极直流母线、零线与负极直流母线；低压直流负载正极端、负极端分别接在正极直流母线、负极直流母线上，形成正、负极节点，低压直流负载的中性点接在零线上，形成中性节点；各个低压直流负载均由相应的一对正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双极直流微电网系统，其特征在于：包括电网拓扑结构、通信系统与不平衡电压控制系统；/n所述电网拓扑结构包括三条直流母线：正极直流母线、零线与负极直流母线；低压直流负载正极端、负极端分别接在正极直流母线、负极直流母线上，形成正、负极节点，低压直流负载的中性点接在零线上，形成中性节点；各个低压直流负载均由相应的一对正、负极分布式直流电源供电；所述正极分布式直流电源通过正极直流变换器与正极节点连接，所述负极分布式直流电源通过负极直流变换器与负极节点连接，正极直流变换器与负极直流变换器均通过中性节点回流，从而实现对低压直流负载供电；/n所述通信系统包括由电网拓扑结构中的各直流变换器组成的稀疏通信网络，使得各相邻直流变换器之间能够对电能数据进行交互；所述电能数据包括正极节点的正极母线电压、负极节点的负极母线电压、正极节点的负载电流与负极节点的负载电流；/n所述不平衡电压控制系统包括用于一次控制系统以及用于为一次控制系统提供修正参考电压的二次控制系统；所述一次控制系统能够产生使母线电压满足修正参考电压的用于控制直流变换器的控制信号，从而通过调节直流变换器的输出电压来调节母线电压；/n所述二次控制系统包括电压不平衡度控制器；所述电压不平衡度控制器包括电压不平衡度计算单元、期望电压不平衡度计算单元、期望电压计算单元、不平衡度修正项计算单元以及修正参考电压计算单元；/n所述电压不平衡度计算单元用于根据同一单元节点的正、负极母线电压计算该单元节点的电压不平衡度；所述同一单元节点是由对应于同一低压直流负载的正、负极节点组成；所述期望电压不平衡度计算单元用于根据单元节点与其相邻单元节点的电压不平衡度，基于一致性算法计算单元节点与其相邻单元节点的电压不平衡度趋于一致时的单元节点的期望电压不平衡度；所述期望电压计算单元用于根据期望电压不平衡度计算单元节点中正、负极节点的正、负极期望母线电压；所述不平衡度修正项计算单元用于计算出使正、负极节点的正、负极母线电压分别满足正、负极期望母线电压的正、负极不平衡度修正项；所述修正参考电压计算单元包括正、负极修正参考电压计算单元，并且分别用于在正、负极母线额定参考电压的基础上增加相应的包括正、负极不平衡度修正项在内的修正项，以生成正、负极修正参考电压。/n...

【技术特征摘要】
1.一种双极直流微电网系统，其特征在于：包括电网拓扑结构、通信系统与不平衡电压控制系统；
所述电网拓扑结构包括三条直流母线：正极直流母线、零线与负极直流母线；低压直流负载正极端、负极端分别接在正极直流母线、负极直流母线上，形成正、负极节点，低压直流负载的中性点接在零线上，形成中性节点；各个低压直流负载均由相应的一对正、负极分布式直流电源供电；所述正极分布式直流电源通过正极直流变换器与正极节点连接，所述负极分布式直流电源通过负极直流变换器与负极节点连接，正极直流变换器与负极直流变换器均通过中性节点回流，从而实现对低压直流负载供电；
所述通信系统包括由电网拓扑结构中的各直流变换器组成的稀疏通信网络，使得各相邻直流变换器之间能够对电能数据进行交互；所述电能数据包括正极节点的正极母线电压、负极节点的负极母线电压、正极节点的负载电流与负极节点的负载电流；
所述不平衡电压控制系统包括用于一次控制系统以及用于为一次控制系统提供修正参考电压的二次控制系统；所述一次控制系统能够产生使母线电压满足修正参考电压的用于控制直流变换器的控制信号，从而通过调节直流变换器的输出电压来调节母线电压；
所述二次控制系统包括电压不平衡度控制器；所述电压不平衡度控制器包括电压不平衡度计算单元、期望电压不平衡度计算单元、期望电压计算单元、不平衡度修正项计算单元以及修正参考电压计算单元；
所述电压不平衡度计算单元用于根据同一单元节点的正、负极母线电压计算该单元节点的电压不平衡度；所述同一单元节点是由对应于同一低压直流负载的正、负极节点组成；所述期望电压不平衡度计算单元用于根据单元节点与其相邻单元节点的电压不平衡度，基于一致性算法计算单元节点与其相邻单元节点的电压不平衡度趋于一致时的单元节点的期望电压不平衡度；所述期望电压计算单元用于根据期望电压不平衡度计算单元节点中正、负极节点的正、负极期望母线电压；所述不平衡度修正项计算单元用于计算出使正、负极节点的正、负极母线电压分别满足正、负极期望母线电压的正、负极不平衡度修正项；所述修正参考电压计算单元包括正、负极修正参考电压计算单元，并且分别用于在正、负极母线额定参考电压的基础上增加相应的包括正、负极不平衡度修正项在内的修正项，以生成正、负极修正参考电压。


2.根据权利要求1所述的双极直流微电网系统，其特征在于：所述一次控制系统包括电压下垂控制器与虚拟阻抗环，虚拟阻抗环用于获取节点的负载电流，并产生相应的虚拟阻抗输出电压给电压下垂控制器；电压下垂控制器用于根据二次控制系统提供的修正参考电压、虚拟阻抗输出电压以及节点的母线电压，生成用于满足修正参考电压的控制信号以调节直流变换器的输出电压；对应于各正、负极节点均配置有相应的正、负极电压下垂控制器以及正、负极虚拟阻抗环；
所述虚拟阻抗输出电压包括正极虚拟阻抗输出电压与负极虚拟阻抗输出电压，计算公式如下：



其中，vdpi表示正极虚拟阻抗输出电压，vdni表示负极虚拟阻抗输出电压，Rdpi表示正极虚拟阻抗，Rdni表示负极虚拟阻抗，ipi表示正极负载电流，ini表示负极负载电流。


3.根据权利要求1所述的双极直流微电网系统，其特征在于：所述二次控制系统还包括不平衡电压观测器；所述不平衡电压观测器包括正极不平衡电压观测器与负极不平衡电压观测器；所述不平衡电压观测器包括正极母线平均电压预测单元与正极稳压修正项计算单元；
所述正极母线平均电压预测单元用于根据正极节点与其相邻正极节点的正极母线电压，基于一致性算法计算下一时刻的正极节点的正极平均母线电压；所述正极稳压修正项计算单元用于计算出使正极平均母线电压满足正极母线额定参考电压的正极稳压修正项；

【专利技术属性】
技术研发人员：周念成，杨美辉，王强钢，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50