CN108123450A - 一种孤立直流微网自适应下垂控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种孤立直流微网自适应下垂控制方法，包括三节点直流微电网、下垂控制和离散式分布算法三部分。本发明提出的方法在各控制节点在同步时钟的作用下与邻居节点交换电压、电流信息，通过本地的分布式算法迭代评估全网平均电压，并动态寻找满足均流及调压要求的目标虚拟电阻，实现变虚拟电阻的自适应下垂控制。由于没有中心控制器，增加了控制的鲁棒性及灵活性。同时，从通信介质、通信协议、系统采样间隔、网络矩阵优化等方面提出了减少或消除通信延时影响的措施，提高了策略的可靠性。

Description

一种孤立直流微网自适应下垂控制方法
技术领域
本发明涉及一种孤立直流微网，尤其涉及一种孤立直流微网自适应下垂控制方法。
背景技术
微电网是由分布式电源、储能设备及负荷等单元组成的新型电网形式，是分布式电源接入配电网的有效方法。为了提高微电网的供电可靠性及容量，常采用多个分布式发电单元并联运行方式承担负荷功率。与交流微电网相比，直流微电网更适合光伏电池、燃料电池、超级电容、蓄电池等直流电源及直流负荷的接入，由于减少了逆变器的使用，增加了系统的效率和可控程度。
由分布式发电单元并联的直流微电网也存在负荷功率分配等问题。为了实现功率的自动分配，如基于虚拟电阻的下垂控制方法，该方法无需通信环节，即插即用，因而得到了广泛的研究。但是，由于存在分布不均的线路阻抗，无互联线下垂控制无法同时满足均流精度及母线电压要求。二次调节的方式，由中心控制器采集全网电压、电流信息，经计算后将控制量的指令值下发至本地控制器以调节输出，该方法实现简单，调节精度高，但由于存在中心节点，系统可靠性、可扩展性差。基于全数字网络的反馈控制系统，该方法将传统的均流线改为数字通信网络，补偿了由于下垂特性引起的电压跌落，但由于线路阻抗分布不对称，下垂系数难以确定，无法实现自适应均流，且通信链路的故障会对系统的控制效果及稳定性产生影响，缺少即插即用的特性。
与点对多点的集中式通信网络相比，点对点(peer-to-peer)的分布式通信网络更加适合微电网分布式的特点，因此，基于稀疏网络的分布式协调优化控制方法受到越来越多的关注，但在电力系统中的应用尚不多见。如基于分布式算法的直流微电网自适应下垂控制策略，实现了均流及调压目的，但采用了简单的多机并联模型，未考虑可再生能源接入的影响，并且使用连续时间模型分析系统性能，忽略了实际采样时间间隔及通信延时的影响，信息交互未涉及具体的通信过程、通信协议，缺乏实际应用的支撑。
发明内容
为了克服功率均分即电压调节方面存在的难题，本发明提出一种孤立直流微网自适应下垂控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
孤立直流微网自适应下垂控制方法，包括三节点直流微电网、下垂控制和离散式分布算法三部分。
所述三节点直流微电网包含三个节点，各节点由电压源、电压内阻、线路阻抗和虚拟电阻组成。
所述下垂控制采用双闭环控制，内环为电流控制环，外环采用直流电压下垂控制。
所述离散式分布式算法包括电压一致性迭代和电流指令计算两个部分。
本发明的有益效果是：本发明提出的方法在各控制节点在同步时钟的作用下与邻居节点交换电压、电流信息，通过本地的分布式算法迭代评估全网平均电压，并动态寻找满足均流及调压要求的目标虚拟电阻，实现变虚拟电阻的自适应下垂控制。由于没有中心控制器，增加了控制的鲁棒性及灵活性。同时，从通信介质、通信协议、系统采样间隔、网络矩阵优化等方面提出了减少或消除通信延时影响的措施，提高了策略的可靠性。
附图说明
图1 三节点直流微电网结构。
图2 下垂控制框图。
图3 系统总体控制框图。
图4 分布式计算流程。
具体实施方案
如图1所示，若要使变流器输出功率按各自的额定功率成比例分配，各节点的输出电压、电流关系应满足：
一致性算法在群体控制、队形控制、复杂动态网络、拥塞控制及小世界网络等应用方面取得了较多成果。一致性算法的形式多样，为了方便设计及满足应用要求，本文选择较为简单的一阶离散一致性算法作为目标虚拟电阻需找的方法，具有收敛条件简单，收敛速度快等优点。
令代表节点i的状态变量，节点只与其邻居节点通信，节点的状态变量可以代表实际系统的电压、电流等物理量。当且仅当所有节点的状态变量相同时，系统达到一致收敛。连续的一阶一致性算法：
在实际控制系统中，一致性算法的收敛速度及模式也是系统重要的性能指标，一致性收敛的过程取决于D矩阵的本质谱半径。本质谱半径的大小及结构决定了收敛的模式及速度，半径越小，收敛越快。因此，合适的D矩阵对系统控制的性能至关重要，构建时不仅要求具有快速收敛的性能，还必须具有自适应网络结构的功能，且对延时有较强的鲁棒性。
如图2所示，下垂控制根据虚拟电阻大小进行负荷分配，分布式算法迭代计算并更新虚拟电阻以寻找满足目标的虚拟电阻，最终实现高精度负荷分配及电压调节。
离散的分布式算法又分为电压一致性迭代及电流指令计算两步骤，电压信息迭代是为了获得全网平均电压差，迭代收敛后，进行电流指令计算用以更新虚拟电阻。考虑到所提的控制策略既包含节点间相互通信，又包含根据本地信息计算控制的过程，这与多代理系统的特性相符，都是将复杂的问题(例如本文的寻找多节点微电网的目标虚拟电阻)分解成多个简单任务(本地计算及邻居通信)的方法。
如图3所示，将每个下垂控制单元分配Agent，由Agent实现下垂控制的离散的分布式算法。为了同步恢复由虚拟电阻带来的全网平均电压的下跌，首先应该让各代理获得全网平均电压差，为此，在各代理中设置同步时钟，时钟产生周期脉冲以驱动本地电压差计算及电压信息一致迭代，本地电压差由下式计算：
如图4所示，电压一致性收敛后，下一时钟脉冲启动电流指令计算，同时将收敛值作为反馈参数参与计算以调节输出电流，实现功率与电压的同步调节。下一时钟脉冲继续启动电压采样及电压一致性迭代，并重复上述步骤，每完成一次循环就更新一次虚拟电阻，直至各变流器输出电流标幺值一致收敛于。

Claims (4)

1.一种孤立直流微网自适应下垂控制方法，其特征在于：包括三节点直流微电网、下垂控制和离散式分布算法三部分。
2.如权利要求1所述的孤立直流微网自适应下垂控制方法，其特征在于所述三节点直流微电网包含三个节点，各节点由电压源、电压内阻、线路阻抗和虚拟电阻组成。
3.如权利要求1所述的孤立直流微网自适应下垂控制方法，其特征在于所述下垂控制采用双闭环控制，内环为电流控制环，外环采用直流电压下垂控制。
4.如权利要求1所述的孤立直流微网自适应下垂控制方法，其特征在于所述离散式分布式算法包括电压一致性迭代和电流指令计算两个部分。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112152268A (zh) * 2020-10-12 2020-12-29 华中科技大学 一种交、直流子微网控制方法及子微网群间控制方法
CN113300409A (zh) * 2021-06-21 2021-08-24 华北电力大学 基于母线电压相角跟踪的多换流器均流控制方法

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CN112152268A (zh) * 2020-10-12 2020-12-29 华中科技大学 一种交、直流子微网控制方法及子微网群间控制方法
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