一种直流微电网的分层协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种直流微电网的分层协调控制方法，根据控制目标以及时间尺度的不同，对直流微电网进行分层控制包括，底层控制和上层控制；在底层控制中由储能单元主导调节，采用基于母线电压信号的下垂控制实现对系统各单元变换器的功率分配以及维持母线电压稳定；上层控制中引入二次控制，将输出电压平均值与母线电压额定值进行比较，其作差得到的误差量经过电压调节器输出获得电压补偿量信息。本发明专利技术基于利用二次控制方法对传统下垂控制带来的直流母线电压跌落进行补偿，使得母线电压恢复到额定值；相对于集中控制，本发明专利技术所提出的分布式二次控制策略性能更好，在不忽略线路阻抗的情况下，系统能够稳定运行以及负荷功率分配精度较高。配精度较高。配精度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种直流微电网的分层协调控制方法


[0001]本专利技术涉及智能电网
，尤其涉及一种直流微电网的分层协调控制方法。

技术介绍

[0002]分布式发电具有发电形式灵活，对环境污染小且能源利用率高，但是受环境的制约较大，输出具有随机性，大规模分布式电源接入电网对电力系统安全运行造成冲击，为了减小冲击，提高供电可靠性，微电网的概念应运而生，即是一种由分布式发电单元、负荷单元、储能单元、电力电子变换器等设备集成在一起的小型供用电系统，通过功率控制平抑分布式电源的功率波动，提高新能源的利用率，既可以并入大电网中运行，也可以工作在孤岛模式下。
[0003]相比于交流微电网，直流微电网的控制只需要维持直流母线电压的稳定，不需要考虑频率、相位和无功等因素的影响，因此直流微电网具有更高的可靠性。
[0004]直流母线电压是反映直流微电网系统内功率平衡的重要指标，系统控制的主要目标是保证直流母线电压的稳定，维持系统源与荷的能量平衡。对于具有多源多负荷特性的直流微电网协调控制策略，主要可以分为集中式控制、分布式控制和分层控制三种，集中式控制对通信的依赖性比较强，一旦出现故障就很可能导致整个系统无法运行；分层控制可以将系统按不同的控制目标分层进行控制，有利于实现系统的稳定运行和优化控制。
[0005]正常情况下，直流微电网微源侧和负荷侧的功率是相对稳定的，直流母线电压保持在恒定状态。当系统出现功率波动(如光照引起的光伏输出功率波动和各类直流负载投切引起的功率变化等)时，母线电容上会有电流流过，此电流值增大到一定程度就会击穿电容，对系统设备产生危害，不利于系统正常工作和稳定运行。
[0006]传统下垂控制实现负载功率均分时，下垂系数是固定的，且易受线路阻抗的影响，为了提高均流精度需要增大下垂系数，这又会引起直流母线电压的跌落。

技术实现思路

[0007]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0008]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0009]因此，本专利技术提供了一种直流微电网的分层协调控制方法解决在包含多源多负荷的直流微电网系统中，直流微电网电源、负荷之间功率不平衡以及系统不能稳定运行的问题。
[0010]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0011]作为本专利技术所述的直流微电网的分层协调控制方法的一种优选方案，其中：
[0012]根据控制目标以及时间尺度的不同，对直流微电网进行分层控制，直流微电网系统包括，底层变换器的设备级控制和上层能量管理的系统级控制；
[0013]在底层变换器的设备级控制中由储能单元主导调节，采用基于母线电压信号的下垂控制根据下垂系数实现对系统各单元变换器的功率分配以及维持母线电压稳定。
[0014]上层能量管理的系统级控制中引入二次控制，所述二次控制为将输出电压平均值u
avg
与母线电压额定值u
ref
进行比较，输出电压平均值u
avg
与母线电压额定值u
ref
作差得到的误差量经过一阶LADRC电压调节器输出获得电压补偿量信息Δu
i
。
[0015]作为本专利技术所述的直流微电网的分层协调控制方法的一种优选方案，其中：所述在底层变换器的设备级控制中由储能单元主导调节，采用基于母线电压信号的下垂控制根据下垂系数实现对系统各单元变换器的功率分配以及维持母线电压稳定，引入下垂控制后变换器的输出电压会有一个压降，电压变化量应该满足：
[0016]Δu
dci
＝(R
di
+R
linei
)i
i
≤Δu
max
[0017]式中，u
dci
、i
i
分别为变换器i的输出电压和输出电流，u
ref
为直流母线电压的额定值，R
di
为第i个变换器的下垂系数，R
linei
为线路阻抗的大小；i＝1，2；
[0018]作为本专利技术所述的直流微电网的分层协调控制方法的一种优选方案，其中：在下垂控制维持母线电压稳定后分析传统下垂控制在直流微电网内存在的缺陷以及预设直流微电网系统内母线电压的额定值。
[0019]作为本专利技术所述的直流微电网的分层协调控制方法的一种优选方案，其中：在分析出传统下垂控制在直流微电网内存在的缺陷之后系统检测到各变换器的输出电压信息，并对输出电压信息作平均值处理，得到的输出电压平均值u
avg
。
[0020]作为本专利技术所述的直流微电网的分层协调控制方法的一种优选方案，其中：所述的直流微电网底层变换器的设备级控制由储能单元主导调节，具体形式为：系统独立运行情况下，在光伏输出功率充足时，系统内多余的能量由储能单元进行吸收存储；而当光伏输出功率不能满足负载所需部分时，就需要由储能单元进行放电，给负载端进行供电，以平抑功率波动与维持系统的能量平衡。
[0021]作为本专利技术所述的直流微电网的分层协调控制方法的一种优选方案，其中：根据所述电压给定值采用基于下垂控制的底层变换器的设备级控制，生成控制DC
‑
DC变换器的PWM信号。
[0022]作为本专利技术所述的直流微电网的分层协调控制方法的一种优选方案，其中：上层采用基于低带宽通信的二次控制，检测母线电压值u
dc
并与额定电压值u
ref
比较，经过基于LADRC的电压调节器输出得到电压补偿量信息，根据该电压补偿量对下垂控制曲线进行平移调节，从而使母线电压恢复至额定值。
[0023]作为本专利技术所述的直流微电网的分层协调控制方法的一种优选方案，其中：所述直流微电网系统运行在孤岛状态下，分布式单元包括光伏发电单元、储能单元、负荷单元以及DC
‑
DC变换器、DC
‑
AC变换器。
[0024]作为本专利技术所述的直流微电网的分层协调控制方法的一种优选方案，其中：底层变换器的设备级控制下，储能单元根据预先设定的下垂系数来确定各单元出力的比例，选取的下垂系数应与储能单元自身的功率容量成反比，通过V
‑
I下垂控制与变换器电压闭环控制结合，令直流母线电压稳定在额定值允许波动的范围内。
[0025]作为本专利技术所述的直流微电网的分层协调控制方法的一种优选方案，其中：所述在分析出传统下垂控制在直流微电网内存在的缺陷之后系统检测到各变换器的输出电压
信息，并对输出电压信息作平均值处理，得到的输出电压平均值u
avg
，得到的输出电压平均值会再次与母线电压额定值进行比较，输出电压平均值与母线电压额定值间的误差最终经过电压调节器输出获得电压补偿量，表示为：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流微电网的分层协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：根据控制目标以及时间尺度的不同，对直流微电网进行分层控制，直流微电网系统包括，底层变换器的设备级控制和上层能量管理的系统级控制；在底层变换器的设备级控制中由储能单元主导调节，采用基于母线电压信号的下垂控制根据下垂系数实现对系统各单元变换器的功率分配以及维持母线电压稳定；上层能量管理的系统级控制中引入二次控制，所述二次控制为将输出电压平均值u
avg
与母线电压额定值u
ref
进行比较，输出电压平均值u
avg
与母线电压额定值u
ref
作差得到的误差量经过一阶LADRC电压调节器输出获得电压补偿量信息Δu
i
。2.如权利要求1所述的直流微电网的分层协调控制方法，其特征在于：所述在底层变换器的设备级控制中由储能单元主导调节，采用基于母线电压信号的下垂控制根据下垂系数实现对系统各单元变换器的功率分配以及维持母线电压稳定，引入下垂控制后变换器的输出电压会有一个压降，电压变化量应该满足：Δu
dci
＝(R
di
+R
linei
)i
i
≤Δu
max
式中，u
dci
、i
i
分别为变换器i的输出电压和输出电流，u
ref
为直流母线电压的额定值，R
di
为第i个变换器的下垂系数，R
linei
为线路阻抗的大小；i＝1，2；3.如权利要求1或2所述的直流微电网的分层协调控制方法，其特征在于：还包括如下步骤，在下垂控制维持母线电压稳定后分析传统下垂控制在直流微电网内存在的缺陷以及预设直流微电网系统内母线电压的额定值。4.如权利要求3所述的直流微电网的分层协调控制方法，其特征在于：还包括如下步骤，在分析出传统下垂控制在直流微电网内存在的缺陷之后系统检测到各变换器的输出电压信息，并对输出电压信息作平均值处理，得到的输出电压平均值u
avg
。5.如权利要求4所述的直流微电网的分层协调控制方法，其特征在于：所述的直流微电网底层变换器的设备级控制由储能单元主导调节，具体形式为：系统独立运行情况下，在光伏输出功率充足时，系统内多余的能量由储能单元进行吸收存储；而当光伏输出功率不能满足负载所需部分时，由...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，吴颖，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：