CN104795810A - 直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制方法，该控制方法分三层，底层采用基于本地信息的功率控制，第二层采用一种直流侧的电流分布式二次控制策略，第三层通过接收每台双向变换器直流母线电流，经过直流母线电流估计，求出直流母线电流的实时平均值，作为电流二次控制器的参考电流值。相比于混合微网双向变换器传统控制策略，该控制策略在保障混合微网扩展性的基础上，可以避免系统控制器通信失败后无法进行混合微网并网控制的问题，保障了混合微网的可控性，增加了局部电网的供电可靠性，对混合微网的研究具有重要的理论和应用价值。

Description

直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制方法

技术领域

本发明涉及一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制方法。

背景技术

在能源和环境双重危机的背景下，可再生清洁能源分布式发电成为人类谋求发展的重要出路。为了解决分布式发电并网的诸多难题，微网技术应运而生。但无论是单纯交流微网或者是直流微网，对于吸纳这部分可再生能源都将面临频繁功率变换带来的效率与可靠性低下的问题。此外，单纯交流或者直流微网对于交流负荷以及新兴直流负荷也有类似的缺陷。考虑到可再生能源分布式发电运行的经济性，将它们合理分配到不同母线，与储能装置和负载组成AC/DC混合微网成为一种必然选择。

作为微电网的一种类型，混合微网同时具有孤岛和并网运行模式。在孤岛模式下，微网与大电网电气隔离，分布式发电单元一方面为内部负载提供功率，另一方面需要维持微网电能质量；在并网模式下，分布式发电单元可以为大电网提供功率，若微网功率不足，大电网可以为其内负载供电。混合微网的并网运行一方面可以减轻大电网负荷负担，另一方面可以作为馈线末端电压支撑，对于提高局部电网可靠性，保证科学、医疗、生活生产等方面的正常运行意义重大。

随着未来电网的容量和规模的进一步扩大，发电装置将以可再生能源为主，而其间歇性不稳定性的特征，对以交流为主的大型电力系统带来巨大的挑战。采用直流输配电，不仅可以提高电力系统容量，满足未来电网中的负荷对直流供电的需求，提高整体效率，而且可以免除因交流而造成的系统稳定性问题，从而有助于提高输电网的安全可靠性。因此，未来的输配电网和分布式电网将逐步向以直流为主的运行模式方向发展。考虑到直流微源及负载在整个电网环境中的重要作用，研究混合微网直流并网运行下的控制策略至关重要。

目前已有的混合微网双向变换器直流并网运行控制策略主要有：集中控制、分散控制、分层控制。集中控制，主要是指通过分布于混合微网内的传感器网络实时监测微网运行状态，根据能量管理系统由统一的中央控制器协调混合微网内各微源运行。混合微网以及各微源的运行模式切换均由中央控制器统一处理，各微源只与中央控制器通信，微源之间没有通信。混合微网的分散控制，是相对于集中控制而言的，各个微源之间通过检测本地信息来调整运行状态，不需要中央控制器统一调度即可以自治运行，具有“即插即用”的特性。混合微网的分层控制，底层是基于本地信息的功率控制，上两层是基于系统信息低带宽通信的集中控制。

三种控制策略均有各自的缺陷。集中控制无法保证混合微网的扩展性，无法解决中央控制器的通信依赖问题；分散控制无法保证系统的优化运行和混合微网的可控性；分层控制综合了集中控制与分散控制的优点，但是并没有从根本上解决上层集中控制对于中央控制器的通信依赖问题，无法保证弱通信条件及系统故障下的稳定运行，对于混合微网系统复杂问题的解决能力不足。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制方法，该方法分三层，底层采用基于本地信息的功率控制，第二层采用一种直流侧的电流分布式二次控制策略，第三层通过接收每台双向变换器直流母线电流，经过直流母线电流估计，求出直流母线电流的实时平均值，作为电流二次控制器的参考电流值。该方法可以实现多台双向变换器并网运行时的分布式控制，理论上可以克服传统分层控制策略在上层中央控制器通信失败时导致的混合微网并网不可控问题。相比于混合微网双向变换器传统控制策略，该控制策略在保障混合微网扩展性的基础上，可以避免系统控制器通信失败后无法进行混合微网并网控制的问题，保障了混合微网的可控性，增加了局部电网的供电可靠性，对混合微网的研究具有重要的理论和应用价值。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布分层控制系统，包括多台并联的双向变换器、交流侧和控制器，双向变换器均为LCL滤波的两电平变换器，包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括两个串联的IGBT管，各相桥臂的中点经LCL滤波器与交流电压源连接；每台双向变换器的输入端并联有一个电容；在N台双向变换器直流端通过线路阻抗接入直流电网，每台双向变换器的各个IGBT管均由控制电路驱动。

所述LCL滤波电路的阻尼电阻具有一附加阻值，以抑制LCL滤波器固有的谐振问题。

所述控制电路包括保护电路、驱动电路、采样调理电路，采样调理电路连接DSP模块，DSP模块与保护电路双向通信，DSP模块连接驱动电路，驱动电路输出PWM信号驱动桥臂中IGBT管的开通与关断。

所述采样调理电路采集输入电压源的直流电压、直流电流、滤波器输出的三相电压值大小。

所述采样调理电路的采样与转换由DSP进行控制，将调理好的模拟信号转换为数字量；数字信号的处理以及SPWM控制、PWM产生均由DSP实现，最终生成的PWM信号送给驱动电路去控制IGBT管的开通与关断。

所述双向变换器均包含有直流电压闭环、交流电流内环和LCL滤波器电容电流反馈的闭环控制；直流电压外环采集上位机传输的功率值，除以本地直流母线电流实时值，得到直流电压参考值，与电压实时值相比较，通过PI控制器控制，用于稳定直流电压；交流电流内环采用基于αβ坐标系的闭环控制器，采用PR控制器实时跟踪给定值，控制变换器输出功率跟踪给定值。

一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制方法，包括：

(1)对每台双向变换器设置三层控制，分别为第一控制层、第二控制层和第三控制层，其中第三控制层则属于信息交换层，通过低带宽通信与第二控制层交换信息；

(2)第一控制层的直流电压外环采集双向变换器直流母线电压信号，经过PI控制器输出一个直流电压偏差值，送到直流电压外环，用于跟踪参考直流电压；交流电流内环采用基于αβ坐标系的闭环控制器，采用PR控制器实时跟踪给定值，控制变换器输出功率跟踪给定值；

(3)第二控制层为电流二次控制，通过实时检测本地变换器直流母线电流，与参考值的误差经过PI控制器输出一个直流电压校正值，送到直流电压外环，作为参考电压的修正量，使直流母线电压跟踪参考电压值，在大电网和混合微网之间形成稳定的电压差，实现混合微网并网功率的稳定传输；

(4)第三控制层通过接收并网端母线总电流以及每台双向变换器直流母线电流，经过直流母线电流估计，求出每台双向变换器直流母线电流的参考值，通过低带宽通信送至第二层控制，作为电流二次控制器的参考电流值。

所述步骤(2)中，第一控制层包含有直流电压外环、交流电流内环和LCL滤波器电容电流反馈的闭环控制，直流电压外环采集双向变换器直流母线电压信号，经过PI控制器输出一个直流电压偏差值，送到直流电压外环，用于跟踪参考直流电压；交流电流内环采用基于αβ坐标系的闭环控制器，采用PR控制器实时跟踪给定值，控制变换器输出功率跟踪给定值；LCL滤波器电容电流反馈环通过反馈滤波器电容电流，乘以反馈系数，抑制LCL滤波器固有的谐振问题。

所述步骤(4)中，并网电流参考值估计公式为：

$I_{\mathrm{dcrefi}}=\frac{I_{\mathrm{gref}}{Y}_{\mathrm{dci}}}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_{\mathrm{dcj}}}$

其中，I_dcrefi是第i台双向变换器的并网电流参考值；I_g是并网端直流母线总电流；N为双向变换器台数；Y_dci为第i台双向变换器的等效导纳，对于N台配置一样的双向变换器并联系统，值为1/N。

所述步骤(4)中，直流母线电流估计公式：

$I_{\mathrm{dcavri}}=\frac{K_i}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{K}_j}*\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{dcj}}{K}_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{K}_j}$

其中，I_dcavri是第i台双向变换器的直流母线电流估计值；I_dcj是第j台直流母线电流；N为双向变换器台数；K_i为第i台双向变换器的加权系数，对于N台配置一样的双向变换器并联系统，K_i值可设为1。

本发明的有益效果为：

1、相比于并网运行混合微网双向变换器传统控制策略，该控制策略在保障混合微网扩展性的基础上，可以避免系统控制器通信失败后无法保证混合微网并网控制的问题。

2、相比于并网运行混合微网双向变换器传统控制策略，该控制策略可以稳定并网电流，即传输并网功率，减少并网功率波动，保证大电网末端的功率支撑。

3、相比于并网运行混合微网双向变换器传统控制策略，该控制策略增加了局部电网的供电可靠性，对混合微网的研究具有重要的理论和应用价值。

4、相比于混合微网双向变换器传统分层控制策略，该控制策略不增加硬件成本，但具有如上优势，且应用前景广阔。

附图说明

图1为混合微网并联双向变换器系统结构图；

图2为混合微网并联双向变换器并网运行传统集中控制框图；

图3为混合微网并联双向变换器并网运行传统分散控制框图；

图4为混合微网并联双向变换器并网运行传统分层控制框图；

图5为本发明方法的控制框图；

图6为采用传统集中控制的混合微网并网端直流母线电压、总电流，以及各台并联双向变换器直流侧电流波形图；

图7(a)为采用分散控制的混合微网并网端直流母线电压、总电流，以及各台并联双向变换器直流侧电流波形图(Z_dc取1)；

图7(b)为采用分散控制的混合微网并网端直流母线电压、总电流，以及各台并联双向变换器直流侧电流波形图(Z_dc取3)；

图7(c)为采用分散控制的混合微网并网端直流母线电压、总电流，以及各台并联双向变换器直流侧电流波形图(Z_dc取5)；

图8(a)为1/500秒通信延迟下采用传统分层控制的混合微网并网端直流母线电压、总电流，以及各台并联双向变换器直流侧电流波形图；

图8(b)为1/500秒通信延迟下采用本发明控制的混合微网并网端直流母线电压、总电流，以及各台并联双向变换器直流侧电流波形图；

图9(a)为1/100秒通信延迟下采用传统分层控制的混合微网并网端直流母线电压、总电流，以及各台并联双向变换器直流侧电流波形图；

图9(b)为1/100秒通信延迟下分别采用本发明控制的混合微网并网端直流母线电压、总电流，以及各台并联双向变换器直流侧电流波形图；

图10(a)为1/10秒通信延迟下采用传统分层控制的混合微网并网端直流母线电压、总电流，以及各台并联双向变换器直流侧电流波形图；

图10(b)为1/10秒通信延迟下采用本发明控制的混合微网并网端直流母线电压、总电流，以及各台并联双向变换器直流侧电流波形图；

图11为采用本发明方法的混合微网系统中第i台并联双向变换器控制电路图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

混合微网N台并联的双向变换器，每台均为一种LCL滤波的两电平变换器，包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括两个串联的IGBT管，各相桥臂的中点一侧经滤波器与交流电压源连接；在并联的各桥臂输入端并联有一个电容；在N台双向变换器直流端通过线路阻抗接入直流电网；各个IGBT管均由控制电路驱动。

滤波器为LCL滤波电路，增加阻尼电阻0.1欧姆，以抑制LCL滤波器固有的谐振问题。

控制电路包括保护电路、驱动电路、采样调理电路，采样调理电路连接DSP模块，DSP模块与保护电路双向通信，DSP模块连接驱动电路，驱动电路输出PWM信号驱动桥臂中IGBT管的开通与关断。

采样调理电路采集输入电压源的直流电压、直流电流、滤波器输出的三相电压值大小。

基于上述并联双向变换器的控制方法，具体为：

对于每台双向变换器均包含有第一层控制和第二层控制，第三层控制则属于信息交换层，通过低带宽通信与第二层交换信息。第一层包含有直流电压外环、交流电流内环和LCL滤波器电容电流反馈的闭环控制，直流电压外环采集双向变换器直流母线电压信号，经过PI控制器输出一个直流电压偏差值，送到直流电压外环，用于跟踪参考直流电压；交流电流内环采用基于αβ坐标系的闭环控制器，采用PR控制器实时跟踪给定值，控制变换器输出功率跟踪给定值；LCL滤波器电容电流反馈环通过反馈滤波器电容电流，乘以反馈系数，抑制LCL滤波器固有的谐振问题。第二层为电流二次控制，通过实时检测本地变换器直流母线电流，与参考值的误差经过PI控制器输出一个直流电压校正值，送到直流电压外环，作为参考电压的修正量，使直流母线电压跟踪参考电压值，在大电网和混合微网之间形成稳定的电压差，实现混合微网并网功率的稳定传输。第三层通过接收并网端母线总电流以及每台双向变换器直流母线电流，经过直流母线电流估计，求出每台双向变换器直流母线电流的参考值，通过低带宽通信送至第二层控制，作为电流二次控制器的参考电流值。

图1为混合微网并联双向变换器系统结构图，双向变换器主电路为两电平DC/AC变换器，直流侧电容连接各项桥臂的两个IGBT管的一端，滤波器为LCL滤波器。直流侧与直流大电网相并联，交流输出端与模拟交流微源相连。相同拓扑结构的N台双向变换器的直流侧并联在一起，滤波器交流输出端并联在一起。N台双向变换器可同时向直流大电网提供功率。

信号调理电路将霍尔传感器测得的相关信号进行调理，得到采样电路可以接收的模拟信号。AD转换器的采样与转换由DSP进行控制，将调理好的模拟信号转换为数字量。数字信号的处理以及SPWM控制、PWM产生均由DSP实现，最终生成的PWM信号送给驱动电路去控制IGBT管的开通与关断。

图2为混合微网并联双向变换器并网运行传统集中控制框图，上位机能量管理系统接收并处理系统信息，得出各个双向变换器的输出功率值。每个双向变换器均包含有直流电压闭环、交流电流内环和LCL滤波器电容电流反馈的闭环控制。直流电压外环采集上位机传输的功率值，除以本地直流母线电流实时值，得到直流电压参考值，与电压实时值相比较，通过PI控制器控制，用于稳定直流电压。交流电流内环采用基于αβ坐标系的闭环控制器，采用PR控制器实时跟踪给定值，控制变换器输出功率跟踪给定值。LCL滤波器电容电流反馈环通过反馈滤波器电容电流，乘以反馈系数，抑制LCL滤波器固有的谐振问题。采用该方法一旦上位机与双向变换器本地控制器通信发生故障，双向变换器无法及时接收参考信号，并网功率将无法实现平稳输出，严重时系统崩溃。

图3为混合微网并联双向变换器并网运行分散控制框图，每台双向变换器均包含一个直流电流转换环节和一个直流电压外环、交流电流内环和LCL滤波器电容电流反馈的闭环控制环节。直流电流转换环节首先对并网端直流总电流参考值并求其平均，结果与本地直流母线电流实时信号相减，再乘以双向变换器等效阻抗，输出一个直流电压偏差值，送到直流电压外环，作为参考电压。直流电压外环采用PI控制器，用于稳定直流电压；交流电流内环采用基于αβ坐标系的闭环控制器，采用PR控制器实时跟踪给定值，控制变换器输出功率跟踪给定值；LCL滤波器电容电流反馈环通过反馈滤波器电容电流，乘以反馈系数，抑制LCL滤波器固有的谐振问题。采用该方法，虽然可以避免上述集中控制的缺陷，但仅适用于N台规格相同双向变换器并联的混合微网系统，且电流转换环节相当于在电压闭环之外增加一个电流比例控制环节，无法克服其固有的稳态误差缺陷，将导致系统的控制精度下降，并网电流跟踪产生误差，即并网功率误差，影响并网运行。

图4为混合微网并联双向变换器并网运行传统分层控制框图，包含有两层控制结构，其中每台双向变换器均包含有第一层控制，第二层控制则属于集中控制，通过低带宽通信与第一层交换信息。第一层具体又包含有直流电压外环和交流电流内环的闭环控制，直流电压外环采集上位机传输的电压参考值，与电压实时值相比较，通过PI控制器控制，用于稳定直流电压，交流内环和LCL滤波器电容电流反馈环则与集中控制一致。第二层为电流二次控制，通过实时检测并网端直流母线总电流，与参考值的误差经过PI控制器输出一个直流电压校正值，送到每台双向变换器的直流电压外环，作为参考电压的修正量，使直流母线电压跟踪参考电压值，在大电网和混合微网之间形成稳定的电压差，实现混合微网并网功率的稳定传输。采用该方法虽然可以采用电流二次控制实现混合微网并网电流控制，且第一层控制可以保证系统在上层控制通信失败时依然能自治运行，但是在故障下系统直流母线电流将无法跟踪给定值，混合微网系统无法进行并网控制，即出现失控现象，没有从根本上解决上层集中控制对于通信的依赖问题。

图5为本发明混合微网并联双向变换器并网运行分布式分层方法的控制框图，包含有三层控制结构，其中每台双向变换器均包含有第一层控制和第二层控制，第三层控制则属于集中控制，通过低带宽通信与第二层交换信息。第一层包含有直流电压外环和交流电流内环的闭环控制，直流电压外环采集双向变换器直流母线电压信号，经过PI控制器输出一个直流电压偏差值，送到直流电压外环，用于跟踪参考直流电压；交流电流内环采用基于αβ坐标系的闭环控制器，采用PR控制器实时跟踪给定值，控制变换器输出功率跟踪给定值；LCL滤波器电容电流反馈环通过反馈滤波器电容电流，乘以反馈系数k_α、k_β(分别取0.2)，抑制LCL滤波器固有的谐振问题。第二层为电流二次控制，通过实时检测本地变换器直流母线电流，与参考值的误差经过PI控制器输出一个直流电压校正值，送到直流电压外环，作为参考电压的修正量，使直流母线电压跟踪参考电压值，在大电网和混合微网之间形成稳定的电压差，实现混合微网并网功率的稳定传输。第三层通过接收并网端母线总电流以及每台双向变换器直流母线电流，经过直流母线电流估计，求出每台双向变换器直流母线电流的参考值，通过低带宽通信送至第二层控制，作为电流二次控制器的参考电流值。

并网电流参考值估计公式为：

$I_{\mathrm{dcrefi}}=\frac{I_{\mathrm{gref}}{Y}_{\mathrm{dci}}}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_{\mathrm{dcj}}}$

其中，I_dcrefi是第i台双向变换器的并网电流参考值；I_g是并网端直流母线总电流；N为双向变换器台数；Y_dci为第i台双向变换器的等效导纳，对于N台配置一样的双向变换器并联系统，值为1/N。

直流母线电流估计公式：

$I_{\mathrm{dcavri}}=\frac{K_i}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{K}_j}*\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{dcj}}{K}_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{K}_j}$

其中，I_dcavri是第i台双向变换器的直流母线电流估计值；I_dcj是第j台直流母线电流；N为双向变换器台数；K_i为第i台双向变换器的加权系数，对于N台配置一样的双向变换器并联系统，K_i值可设为1。

不失一般性，同时考虑双向变换器并联最小系统，以下波形均为考虑两台相同配置双向变换器并联运行所得。开关频率，及闭环控制器参数均一致，混合微网直流初始参考电压及直流电网电压均为700伏，并网线阻1欧姆，并网总电流参考值10安培。波形图从上到下依次是并网端直流母线电压，并网端直流母线总电流，第一台双向变换器直流侧电流，第二台双向变换器直流侧电流。其中集中控制运行时间为0.2秒，其余运行时间为1秒。

图6为采用传统集中控制的并网端直流母线电压，并网端直流母线总电流，第一台双向变换器直流侧电流，第二台双向变换器直流侧电流波形图。可以看出，系统开始运行阶段略有超调与波动，但经过0.1秒调整很快跟踪上参考值，系统稳定运行。

图7(a)(b)(c)为采用分散控制时分别设置Z_dc参数取1、3、5时的并网端直流母线电压，并网端直流母线总电流，第一台双向变换器直流侧电流，第二台双向变换器直流侧电流波形图。可以看出，(a)图中系统响应快速且运行平稳，但是存在约2安培的并网电流跟踪误差；(b)图中系统开始运行阶段明显振荡，后期运行电压及电流虽然稳定但依然存在波动，且存在约2A的并网电流跟踪误差；(c)图中系统明显失控，已无法跟踪并网电流参考值。

图8(a)为1/500秒通信延迟下采用传统分层控制的并网端直流母线电压，并网端直流母线总电流，第一台双向变换器直流侧电流，第二台双向变换器直流侧电流波形图。可以看出，双向变换器并联系统开始运行阶段经过短暂调整，并网总电流平稳上升，经过0.3秒达到稳态参考值。各双向变换器电流维持稳定。由于并网电流二次控制产生的底层直流电压闭环参考修正作用，并网端电压维持在710伏左右，与直流电网的700伏电压产生10伏稳定电压差，经过并网线阻折合为并网电流为10安培。

为模拟工业应用中实际通信情况，假设混合微网并网运行双向变换器并联系统的通信延迟分别为1/500、1/100、1/10秒。其中1/10秒延迟等效为通信故障。

图8(b)为1/500秒通信延迟下采用本发明控制的并网端直流母线电压，并网端直流母线总电流，第一台双向变换器直流侧电流，第二台双向变换器直流侧电流波形图。可以看出，双向变换器并联系统开始运行阶段经过短暂调整，并网总电流平稳上升，经过0.6秒达到稳态参考值。各双向变换器电流维持稳定。由于并网电流二次控制产生的底层直流电压闭环参考修正作用，并网端电压维持在710伏左右，与直流电网的700伏电压产生10伏稳定电压差，经过并网线阻折合为并网电流为10安培。考虑稳态运行情况，在1/500秒通信延迟下分布式分层控制可以实现与传统分层控制同样的控制效果。

图9(a)为1/100秒通信延迟下采用传统分层控制的并网端直流母线电压，并网端直流母线总电流，第一台双向变换器直流侧电流，第二台双向变换器直流侧电流波形图。可以看出，双向变换器在1/100秒延迟下，开始运行阶段波动稍大，但仍可以稳定运行。图9(b)为1/100秒通信延迟下分别采用本发明控制的并网端直流母线电压，并网端直流母线总电流，第一台双向变换器直流侧电流，第二台双向变换器直流侧电流波形图。可以看出，考虑稳态运行情况，在1/100秒通信延迟下分布式分层控制可以实现与传统分层控制同样的控制效果。

图10(a)为1/10秒通信延迟下采用传统分层控制的并网端直流母线电压，并网端直流母线总电流，第一台双向变换器直流侧电流，第二台双向变换器直流侧电流波形图。可以看出，双向变换器在1/10秒延迟下并网直流电流波形波动剧烈，系统已无法稳定运行。图10(b)为1/10秒通信延迟下采用本发明控制的并网端直流母线电压，并网端直流母线总电流，第一台双向变换器直流侧电流，第二台双向变换器直流侧电流波形图。可以看出，在1/10秒通信延迟下分布式分层控制仍可以稳定并网端直流母线电流，保证混合微网功率稳定输出，实现较好控制效果。

图11为采用本发明方法的混合微网系统中第i台并联双向变换器控制电路图。控制电路包括保护电路、驱动电路和采样调理电路，采样调理电路包括直流电压V_dci、直流电流I_dci、滤波器输出的三相电压v_ai、v_bi、v_ci以及滤波器输出的三相电流i_ai、i_bi、i_ci，信号调理电路和控制电压具有过/欠压保护和过流保护；驱动电路输出PWM信号驱动桥臂中IGBT管的开通与关断。

因此，采用本发明方法可以实现多台双向变换器并网运行时的分布式控制，理论上可以克服传统分层控制策略在上层中央控制器通信失败时导致的混合微网并网不可控问题。相比于混合微网双向变换器传统控制策略，该控制策略在保障混合微网扩展性的基础上，可以避免系统控制器通信失败后无法进行混合微网并网控制的问题，保障了混合微网的可控性，增加了局部电网的供电可靠性，对混合微网的研究具有重要的理论和应用价值。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制系统，其特征是：包括多台并联的双向变换器、交流侧和控制器，双向变换器均为LCL滤波的两电平变换器，包括并联的三相桥臂，每相桥臂包括两个串联的IGBT管，各相桥臂的中点经LCL滤波器与交流电压源连接；每台双向变换器的输入端并联有一个电容；在N台双向变换器直流端通过线路阻抗接入直流电网，每台双向变换器的各个IGBT管均由控制电路驱动。

2.如权利要求1所述的一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制系统，其特征是：所述LCL滤波电路的阻尼电阻具有一附加阻值，以抑制LCL滤波器固有的谐振问题。

3.如权利要求1所述的一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制系统，其特征是：所述控制电路包括保护电路、驱动电路、采样调理电路，采样调理电路连接DSP模块，DSP模块与保护电路双向通信，DSP模块连接驱动电路，驱动电路输出PWM信号驱动桥臂中IGBT管的开通与关断。

4.如权利要求3所述的一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制系统，其特征是：所述采样调理电路采集输入电压源的直流电压、直流电流、滤波器输出的三相电压值大小。

5.如权利要求3所述的一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制系统，其特征是：所述采样调理电路的采样与转换由DSP进行控制，将调理好的模拟信号转换为数字量；数字信号的处理以及SPWM控制、PWM产生均由DSP实现，最终生成的PWM信号送给驱动电路去控制IGBT管的开通与关断。

6.如权利要求1所述的一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制系统，其特征是：所述双向变换器均包含有直流电压闭环、交流电流内环和LCL滤波器电容电流反馈的闭环控制；直流电压外环采集上位机传输的功率值，除以本地直流母线电流实时值，得到直流电压参考值，与电压实时值相比较，通过PI控制器控制，用于稳定直流电压；交流电流内环采用基于αβ坐标系的闭环控制器，采用PR控制器实时跟踪给定值，控制变换器输出功率跟踪给定值。

7.一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制方法，其特征是：包括：

(1)对每台双向变换器设置三层控制，分别为第一控制层、第二控制层和第三控制层，其中第三控制层则属于信息交换层，通过低带宽通信与第二控制层交换信息；

(2)第一控制层的直流电压外环采集双向变换器直流母线电压信号，经过PI控制器输出一个直流电压偏差值，送到直流电压外环，用于跟踪参考直流电压；交流电流内环采用基于αβ坐标系的闭环控制器，采用PR控制器实时跟踪给定值，控制变换器输出功率跟踪给定值；

(3)第二控制层为电流二次控制，通过实时检测本地变换器直流母线电流，与参考值的误差经过PI控制器输出一个直流电压校正值，送到直流电压外环，作为参考电压的修正量，使直流母线电压跟踪参考电压值，在大电网和混合微网之间形成稳定的电压差，实现混合微网并网功率的稳定传输；

(4)第三控制层通过接收并网端母线总电流以及每台双向变换器直流母线电流，经过直流母线电流估计，求出每台双向变换器直流母线电流的参考值，通过低带宽通信送至第二层控制，作为电流二次控制器的参考电流值。

8.如权利要求1所述的一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制方法，其特征是：所述步骤(2)中，第一控制层包含有直流电压外环、交流电流内环和LCL滤波器电容电流反馈的闭环控制，直流电压外环采集双向变换器直流母线电压信号，经过PI控制器输出一个直流电压偏差值，送到直流电压外环，用于跟踪参考直流电压；交流电流内环采用基于αβ坐标系的闭环控制器，采用PR控制器实时跟踪给定值，控制变换器输出功率跟踪给定值；LCL滤波器电容电流反馈环通过反馈滤波器电容电流，乘以反馈系数，抑制LCL滤波器固有的谐振问题。

9.如权利要求1所述的一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制方法，其特征是：所述步骤(4)中，并网电流参考值估计公式为：

$I_{\mathrm{dcrefi}}=\frac{I_{\mathrm{gref}}{Y}_{\mathrm{dci}}}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{Y}_{\mathrm{dcj}}}$

其中，I_dcrefi是第i台双向变换器的并网电流参考值；I_g是并网端直流母线总电流；N为双向变换器台数；Y_dci为第i台双向变换器的等效导纳，对于N台配置一样的双向变换器并联系统，值为1/N。

10.如权利要求1所述的一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制方法，其特征是：所述步骤(4)中，直流母线电流估计公式：

$I_{\mathrm{dcavri}}=\frac{K_i}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{K}_j}*\frac{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{dcj}}{K}_j}{\underset{j=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{K}_j}$

其中，I_dcavri是第i台双向变换器的直流母线电流估计值；I_dcj是第j台直流母线电流；N为双向变换器台数；K_i为第i台双向变换器的加权系数，对于N台配置一样的双向变换器并联系统，K_i值可设为1。