双极性直流微电网分布式级联二次控制方法技术

本发明专利技术提出双极性直流微电网分布式级联二次控制方法。本发明专利技术针对并行式方案结构复杂、鲁棒性较差的缺陷，为进一步减少控制器使用数量，降低系统运行成本，提出了简化级联式二次控制方法，该方法通过使用单一电流调节器和本地电压补偿便能够同时实现电压恢复和电流均流，且在信息交换存在可变延时的情况下仍能确保稳态电压电流调节精度。尤其是在变换器数目庞大的双极性直流微电网中，本发明专利技术所提出的方法具有更加显著的实用性，能够在固定时间范围内补偿双极性直流微电网中下垂控制带来的电压跌落和电流分配不均。的电压跌落和电流分配不均。的电压跌落和电流分配不均。

【技术实现步骤摘要】
双极性直流微电网分布式级联二次控制方法


[0001]本专利技术属于直流微电网
，特别是涉及双极性直流微电网分布式级联二次控制方法。本专利技术具体是从提升系统运行可靠性的角度出发，提出对等结构双极性直流微电网分布式级联二次控制方案。

技术介绍

[0002]直流微电网可利用太阳能、生物质等可再生能源高效汇集分布式发电与储能，是实现“热、电、冷、气”多能互补、“源、网、荷、储”一体化运行的有效载体，也是大电网的有益补充，并具有控制简单、能效高等优点。直流微电网根据母线架构，又可以划分为两类：单极性直流微电网和双极性直流微电网，其中双极性供电系统可为分布式电源、负载提供更多电压等级的接口，在母线间电压应力相同的前提下，双极性供电系统具有两倍于单极性供电系统的传输容量，适合应用于高压、大功率场合，且双极性供电系统可靠性和安全性较高，即使其中一条母线出现故障，负载的电源仍可使用其他两条母线提供。
[0003]总体来看，双极性直流微电网是一种高效利用可再生能源的供电结构。然而，这种供电结构需要应用较多电力电子变换器，使得系统更加庞大、复杂。此外，任何电源、负载或正负极线路参数不对称均会在中性线中产生不平衡电流，额外增加了线损，导致母线电压偏离额定值。为缓解不平衡电流带来的极间电压不均，补偿母线电压的跌落，协调网内各类微源的运行，有必要在双极性直流微电网中引入合适的运行控制方法以提高微电网的统筹调度能力，提高终端用户的供电质量。
[0004]虽然单极性直流微电网的运行控制已经积累了丰富经验，但由于配置结构存在较大差异，使得现有单极性系统的运行控制方法与经验很难直接在双极性系统中应用。基于上述需求，本专利技术提出针对双极性直流微电网的分布式级联二次控制方案，与现有并行式二次控制方案相比，在不失收敛快速性的情况下，节约了半数的调节器，具有设计简单、实用性强的优点。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的是为了解决双极性直流微电网下垂控制带来的母线电压跌落和均流精度有限的问题，提出了双极性直流微电网分布式级联二次控制方法。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术提出双极性直流微电网分布式级联二次控制方法，所述方法具体为：二次控制层通过修改电压参考值或者下垂系数补偿下垂控制误差；二次控制补偿原理表示为：
[0007][0008][0009]以上原理在V
‑
I曲线中可被分别视为下垂平移法和阻抗调节法；其中，基于下垂平移法的分布式二次控制表达式为：
[0010][0011]式中，分别表示二次控制产生的电压、电流修正项；
[0012]基于电压跌落值，即虚拟压降已知这一条件，可直接设置二次控制电压修正项：
[0013][0014]将电压修正项代入式(8)解得电压参考值、电流修正项和输出电压的关系为：
[0015][0016]考虑到电压控制目标为则式(10)中的电流修正项需满足：
[0017][0018]借鉴式设计电流控制输入如下：
[0019][0020]将电流控制输入引入积分控制器获得中间状态变量δ
polei
，其数学表达式如下：
[0021]δ
polei
＝∫ε
polei
dt (13)
[0022]对于N阶无向连通图G＝(ν,ε)，其对应的拉普拉斯矩阵必然为半正定矩阵，且该拉普拉斯矩阵具有唯一的零特征值λ1(L)＝0，分别对应左特征向量和右特征向量1
N
；由拉普拉斯矩阵左特征值与特征向量关系可知：
[0023][0024]基于式(14)，设计电流修正项预测器表达式：
[0025][0026]定义式(15)的矢量表达形式为：
[0027]u
Ipole
＝Lδ
pole (16)
[0028]对式(16)左乘单位行向量计算电流修正项之和：
[0029][0030]电流修正项之和满足式(11)中的要求，自此，由固定时间一致性控制器、积分控制器和预测器组成的简化固定时间一致性二次控制方法完成。
[0031]进一步地，为消除简化级联结构存在的控制滞后性，选择将原有结构与关于误差信号的比例控制结合起来，形成比例前馈——固定时间一致性二次控制系统；
[0032]分布式比例前馈——固定时间一致性二次控制方法数学表达式为：
[0033][0034]式中，k
polei
表示前馈系数。
[0035]进一步地，所述双极性直流微电网采用电压源型双向Buck
‑
Boost变换器进行控制，各区域内的主控变换器均采用下垂控制，再经过电压电流双闭环输出PWM信号控制变换器的输出电压和电流。
[0036]进一步地，所述下垂控制的基本原理是在电压外环中引入一个与电流呈线性比例关系的虚拟电压反馈量，以令电压给定值能够根据负载状况做出调整；下垂控制原理的数学表达式为：
[0037][0038]进一步地，所述积分控制器用于消除误差快速变化引入的抖振现象，同时产生预测器的输入信号δ
polei
；最终的电流修正项经预测器产生，并与本地实时测量获取的电压修正项叠加，实现电流均衡控制和电压补偿。
[0039]本专利技术的有益效果为：
[0040]本专利技术涉及直流微电网领域，具体是从提升系统运行可靠性的角度出发，提出对等结构双极性直流微电网分布式级联二次控制方案。本专利技术解决了双极性直流微电网下垂控制带来的母线电压跌落和均流精度有限的问题。针对并行式方案结构复杂、鲁棒性较差的缺陷，为进一步减少控制器使用数量，降低系统运行成本，提出了简化级联式二次控制方案，该方案通过使用单一电流调节器和本地电压补偿便能够同时实现电压恢复和电流均流，且在信息交换存在可变延时的情况下仍能确保稳态电压电流调节精度。尤其是在变换器数目庞大的双极性直流微电网中，本专利技术所提出的方案具有更加显著的实用性，能够在固定时间范围内补偿双极性直流微电网中下垂控制带来的电压跌落和电流分配不均。
附图说明
[0041]图1为双极性直流微电网组成结构图。
[0042]图2为双极性直流微电网下垂控制原理框图。
[0043]图3为下垂控制变换器并联等效电路图。
[0044]图4为基于固定时间一致性协议的级联二次控制框图。
具体实施方式
[0045]下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0046]结合图1
‑
图4，本专利技术以
±
100V直流母线为核心的双极性直流微电网为研究对象，系统具体组成结构如图1所示。
[0047]其中，六个双向Buck
‑
Boost变换器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.双极性直流微电网分布式级联二次控制方法，其特征在于：所述方法具体为：二次控制层通过修改电压参考值或者下垂系数补偿下垂控制误差；二次控制补偿原理表示为：制层通过修改电压参考值或者下垂系数补偿下垂控制误差；二次控制补偿原理表示为：以上原理在V
‑
I曲线中可被分别视为下垂平移法和阻抗调节法；其中，基于下垂平移法的分布式二次控制表达式为：式中，分别表示二次控制产生的电压、电流修正项；基于电压跌落值，即虚拟压降已知这一条件，可直接设置二次控制电压修正项：将电压修正项代入式(8)解得电压参考值、电流修正项和输出电压的关系为：考虑到电压控制目标为则式(10)中的电流修正项需满足：借鉴式设计电流控制输入如下：将电流控制输入引入积分控制器获得中间状态变量δ
polei
，其数学表达式如下：δ
polei
＝∫ε
polei
dt(13)对于N阶无向连通图G＝(ν,ε)，其对应的拉普拉斯矩阵必然为半正定矩阵，且该拉普拉斯矩阵具有唯一的零特征值λ1(L)＝0，分别对应左特征向量和右特征向量1
N
；由拉普拉斯矩阵左特征值与特征向量关系可知：基于式(14)，设计电流修正项预测器表达式：定义δ
pole
＝[δ
pole1
,δ
pole2
,
…
,δ

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽一，李德鑫，吕项羽，王佳蕊，张家郡，王国友，王盼宝，徐伟进，张炜华，李成钢，王伟，姜栋潇，孟祥东，张海锋，庄冠群，陈璟毅，刘畅，蔡丽霞，高松，冷俊，刘宸，付宇泽，于非桐，
申请(专利权)人：国网吉林省电力有限公司电力科学研究院哈尔滨工业大学吉林省电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：