CN107196288B - 一种用于直流配电网的储能系统下垂控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于直流配电网的储能系统下垂控制方法，包括稳态下垂控制和暂态惯性控制，步骤为：计算稳态下垂控制的稳态参考电流偏离值△I0REF1，暂态惯性控制的暂态参考电流偏离值△I0REF2、参考电流偏离值△I0REF和实际电流参考值I* 0REF；将实际电流参考值I* 0REF减去实际电流值I0，得到电流偏差△I0，经过PI控制策略产生调节信号△I'0；调节信号△I'0经过PWM调制，产生驱动信号驱动储能双向变换器。

Description

一种用于直流配电网的储能系统下垂控制方法
技术领域
本发明涉及一种储能系统下垂控制方法，尤其是一种用于直流配电网的储能系统下垂控制方法。
背景技术
近年来，随着新能源和电力电子技术的快速发展，分布式电源和直流用电负荷急剧增加，传统交流配电网面临分布式能源接入，负荷多样化，负荷调度及潮流均衡协调控制复杂化等一系列问题。相比于交流配电网，直流配电网在提升电能输送容量、增加系统可控性以及提高供电质量等方面具有更加优越的性能。直流配电网接入储能系统可以显著减小新能源对电网的冲击，提高新能源利用率，同时，储能系统还可以起到消峰填谷、提高电能质量和供电可靠性等多方面作用。
目前直流配电网中储能的控制策略主要有主从控制策略、电压下垂控制策略等。主从控制策略主要用于分布式储能系统并联控制。该方法均流效果较好，但是由于互联线的存在，增加了控制难度，当并联系统中主模块发生故障时，整个系统无法正常工作，可靠性低。电压下垂控制策略通过设置下垂系数，使得每个电源有各自独立的下垂关系曲线，使系统具有良好的冗余性和可扩展性，但当线路阻抗较大而不能忽略时，会影响功率分配的准确性。
中国专利201510056732.7公布了一种直流微网的下垂控制改进方法，针对连线电阻影响功率分配的准确性的问题，将公共母线电压作为反馈信号，直流微电网中各微电源设置相同的电压参考值，实现了比较理想的各微源间功率分配效果。
中国专利201410858305.6公布了一种直流电网的电压下垂控制方法，该方法将任意结构的直流电网变成只有辐射状连接的拓扑结构；对直流电网的潮流分布进行分析，计算系统电压发生波动时各支路的功率变化；根据系统电压发生波动时各支路的功率维持不变，从而达到减小系统电压波动的效果。
发明内容
本发明的目的在于解决储能系统对直流配电网的适应性问题同时增加直流配电网惯性，提出一种用于直流配电网的下垂控制方法。稳态时，本发明能够提高储能系统对直流配电系统的适应性，根据电网电压实时调整蓄电池充放电电流，实现储能系统“友好”地接入电网。暂态时，本发明可以增加直流配电网的惯性，提高直流配电网的稳定性。
本发明用于直流配电网的储能系统下垂控制方法包括稳态下垂控制和暂态惯性控制两部分，步骤如下：
1、计算稳态下垂控制的稳态参考电流偏离值△I0REF1，暂态惯性控制的暂态参考电流偏离值△I0REF2、参考电流偏离值△I0REF和实际电流参考值I* 0REF；
1)计算电网电压偏离值△V和储能双向变换器的稳态参考电流偏离值△I0REF1；
将直流配电网额定电压VREF与检测得到的直流配电网实际电压值V1相减得到电网电压偏离值△V，电网电压偏离值△V乘以给定的稳态下垂系数K1得到储能双向变换器的稳态参考电流偏离值△I0REF1，如下式：
△I0REF1＝K1*△V；
2)计算暂态参考电流偏离值△I0REF2；
对电网电压偏离值△V进行判断，当△V>0时，给定暂态参考电流偏离系数K3＝1,当△V<0时，给定暂态参考电流偏离系数K3＝-1。给定暂态惯性系数K2乘以△V的绝对值，得到暂态参考电流绝对值暂态参考电流偏离系数K3乘以暂态参考电流绝对值可得暂态参考电流偏离值△I0REF2,如下式：
3)、计算参考电流偏离值△I0REF和实际电流参考值I* 0REF；
将稳态参考电流偏离值△I0REF1与暂态参考电流偏离值△I0REF2相加得到参考电流偏离值△I0REF，给定电流参考值I0REF与参考电流偏离值△I0REF相加得到实际电流参考值I* 0REF,如下式：
实际电流参考值I* 0REF不能大于给定最大电流参考值IMAX或者不能小于给定最小电流参考值IMIN，如下式：
IMAX≤I* 0REF≤IMIN；
2、将实际电流参考值I* 0REF减去检测得到的实际电流值I0，得到电流偏差△I0，经过PI控制策略产生调节信号△I'0；
调节信号△I'0经过PWM调制，产生驱动信号驱动储能双向变换器，控制储能系统按实际电流参考值I* 0REF输出电流。
附图说明
图1基于本发明的储能双向变换器控制原理图；
图2稳态下垂控制特性原理图；
图3未采用下垂控制直流电压仿真波形；
图4未采用下垂控制储能双向变换器输出电流仿真波形；
图5采用本发明稳态下垂控制直流电压仿真波形；
图6采用本发明稳态下垂控制储能双向变换器输出电流波形；
图7采用本发明的直流电压仿真波形；
图8采用本发明的储能双向变换器输出电流波形。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明用于直流配电网的储能系统下垂控制方法包括稳态下垂控制和暂态惯性控制两部分，具体为：
将直流配电网额定电压VREF与直流配电网实际电压值V1相减得到电网电压偏离值△V，电网电压偏离值△V乘以给定稳态下垂系数K1，得到储能双向变换器的稳态参考电流偏离值△I0REF1。对电网电压偏离值△V进行判断，当△V>0时，给定暂态参考电流偏离系数K3＝1,当△V<0时，给定暂态参考电流偏离系数K3＝-1。给定暂态惯性系数K2乘以电网电压偏离值△V的绝对值，得到电网电压偏离值给定暂态参考电流偏离系数K3乘以电网电压偏离值可得暂态参考电流偏离值△I0REF2。稳态参考电流偏离值△I0REF1与暂态参考电流偏离值△I0REF2相加得到参考电流偏离值△I0REF，电流参考值I0REF与参考电流偏离值△I0REF相加得到实际电流参考值I* 0REF。实际电流参考值I* 0REF不能大于给定最大电流参考值IMAX或者不能小于给定最小电流参考值IMIN。实际电流参考值I* 0REF减去检测得到的实际电流值I0生成电流偏差△I0，电流偏差△I0经过PI控制策略产生调节信号△I'0。调节信号△I'0经过PWM调制，产生驱动信号驱动储能双向变换器。
稳态下垂控制特性原理如图2所示，当直流电压低于额定电压时，如果储能双向变换器工作在放电状态，则增加储能系统放电电流，如果双向变换器工作在充电状态时，则减小储能系统充电电流。当直流电压高于额定电压时，如果双向变换器工作在放电状态，则减小放电电流，如果双向变换器工作在充电状态时，则增加充电电流。
以储能双向变换器采用Buck/Boost双向变换器为例，在MATLAB/Simulink中搭建基于用于直流配电网的下垂控制方法的仿真实验平台对本发明进行实验验证。如图3与图4所示，Buck/Boost未采用下垂控制，Buck/Boost双向变换器处于恒流放电工况，负荷突变时，直流电压下降当700V以下，蓄电池通过Buck/Boost双向变换器依然恒流放电。如图5与图6所示，当Buck/Boost双向变换器仅采用本发明的稳态下垂控制方法时，负荷突变时，相应地增加放电电流，直流电压跌落幅度明显变小。如图7与图8所示，当双向变换器采用本发明时，稳态下垂控制与暂态惯性控制同时起作用，负荷突变时，Buck/Boost双向变换器输出电流相应的增加，直流电压跌落进一步减小，当暂态转入稳态时，暂态惯性控制不起作用，不影响稳态下垂控制的控制效果。由仿真波形可知，本发明可显著改善电网的稳态与暂态特性，增加直流配电网的惯性，提高直流配电网稳定性。

Claims (1)

1.一种用于直流配电网的储能系统下垂控制方法，其特征在于：该方法包括稳态下垂控制和暂态惯性控制，步骤如下：
1)计算稳态下垂控制的稳态参考电流偏离值ΔI0REF1、暂态惯性控制的暂态参考电流偏离值ΔI0REF2、参考电流偏离值ΔI0REF和实际电流参考值I* 0REF；
2)将实际电流参考值I* 0REF减去实际电流值I0，得到电流偏差ΔI0，经过PI控制策略产生调节信号ΔI'0；调节信号ΔI'0经过PWM调制，产生驱动信号驱动储能双向变换器；
所述的步骤1)中：
将稳态参考电流偏离值ΔI0REF1与暂态参考电流偏离值ΔI0REF2相加得到参考电流偏离值ΔI0REF，给定电流参考值I0REF与参考电流偏离值ΔI0REF相加得到实际电流参考值I* 0REF,如下式：
将直流配电网额定电压VREF与直流配电网实际电压值V1相减得到电网电压偏离值ΔV，电网电压偏离值ΔV乘以给定稳态下垂系数K1，得到储能双向变换器的稳态参考电流偏离值ΔI0REF1，如下式：
ΔI0REF1＝K1*ΔV
对电网电压偏离值ΔV进行判断，当ΔV＞0时，给定暂态参考电流偏离系数K3＝1,当电网电压偏离值ΔV＜0时，给定暂态参考电流偏离系数K3＝-1；给定暂态惯性系数K2乘以电网电压偏离值ΔV的绝对值，得到暂态参考电流绝对值暂态参考电流偏离系数K3乘以暂态参考电流绝对值得到暂态参考电流偏离值ΔI0REF2：
将稳态参考电流偏离值ΔI0REF1与暂态参考电流偏离值ΔI0REF2相加，生成参考电流偏离值ΔI0REF，给定电流参考值I0REF与参考电流偏离值ΔI0REF相加，得到实际电流参考值I* 0REF,实际电流参考值I* 0REF不能大于给定最大电流参考值IMAX或者不能小于给定最小电流参考值IMIN，如下式：
IMAX≤I* 0REF≤IMIN。
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