CN108565887B - 储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及直流微电网的储能系统下垂控制技术领域，具体涉及储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，包括将储能环节划分为系统稳定不工作区、储能充、放电控制盲区，储能充、放电动态下垂控制区；对于储能充、放电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制；对于储能充、放电控制盲区按照储能充、放电控制盲区与储能充、放电动态下垂控制区交点坐标和函数可导性确定指数函数的曲线下垂控制。该控制方法结合两个特性工作区域进行设计判断储能环节的控制流程，扩大了储能环节控制范围，从根本上解决了储能环节功率分配，最终输出功率趋于相等，同时也弥补了因下垂控制带来的电压跌落差值，使得系统能够更加稳定运行。

Description

储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法
技术领域
本发明属于直流微电网的储能系统下垂控制技术领域，尤其涉及储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法。
背景技术
随着可再生能源在现代电力系统中的比重不断提升，学者们提出了微电网的概念，以实现在区域内对多种可再生能源形式的高效控制。目前有直流微电网、交流微电网和交直流混合微电网，以光伏和风力发电运用最广。新型可再生绿色能源运用可以缓解目前的能源危机，如光伏发电等可再生能源越来越受到人们的关注，而储能技术在光伏发电中是不可或缺的部分，所以先进的储能技术在电力系统中是关键环节。
目前微电网直流侧母线电压，因下垂控制实现直流侧的负荷功率分配而带来的母线电压跌落、负荷投切和并离网使得母线电压受到冲击。直流侧母线电压是反映微电网直流侧系统源荷功率平衡和系统稳定的关键指标，为了稳定直流侧，储能环节起到了关键性作用。但是已有的方法大多在基于下垂控制方法解决功率分配而导致电压下降，常采用折衷的办法对电压偏差不超过接受范围的情况下选取下垂系数，这样发方法会造成下垂控制的局限性，在一定程度上不仅影响到母线电压的性能，而且在一定程度上降低负荷功率分配的准确性。
为了解决上述微电网下垂控制所存在的问题，研究人员提出了各种改进型下垂控制方法。有学者提出直流分层控制系统，通过下垂控制对直流侧的负荷功率进行分配，因下垂控制带来的母线电压跌落，而在第二层控制中对电压跌落进行补偿提高母线电压质量。但是对功率缺额过大时不能够很好的进行功率分配，不适用于双向逆变器和储能环节控制功率缺额过大盲区上维持系统稳定。因此，存在很多种处理并联变换器输出控制的方法，不能够很好的解决维持母线电压稳定的问题，也存在不能确保储能环节工作时避免“过充过放”和按照比例进行输出功率问题。
针对微电网运用储能环节维持直流侧母线电压稳定技术，传统下垂控制存在提高储能装置功率分配性能与稳定直流母线电压的矛盾，并且在该微电网中稳定直流母线电压和维持系统稳定设定两级控制，首先，在功率及直流母线电压调节由双向DC/AC逆变器进行系统稳定性粗调，之后再由直流侧储能环节进行微调，将直流母线电压稳定在确定范围内，同时满足功率分配均衡。但是当电压变化值相对双向DC/AC逆变器调节范围较小，不在双向DC/AC逆变器调节控制范围内；相对储能环节调节范围较大，不在储能环节调节范围内时，存在控制盲区，不能满足在各种情况下平滑控制直流侧母线电压的稳定。
发明内容
本发明的目的是提供一种储能环节的下垂控制分工作区域进行控制，将储能环节稳定直流侧母线额定电压的范围扩大，使得储能环节控制能够覆盖控制盲区的方法。该方法以曲线下垂方法对盲区进行控制，首先保证有功功率尽快趋近所需值，使得系统暂态稳定；储能环节控制区采用动态下垂控制和虚拟阻抗法，确保储能装置功率分配和减少母线电压跌落。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，包括将储能环节划分为系统稳定不工作区、储能充、放电控制盲区，储能充、放电动态下垂控制区；对于储能充、放电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制；对于储能充、放电控制盲区按照储能充、放电控制盲区与储能充、放电动态下垂控制区交点坐标和函数可导性确定指数函数的曲线下垂控制。
在上述的储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法中，所述控制方法的实现包括以下步骤：
步骤1、设定直流微电网直流母线电压偏差约束条件，确定初始下垂系数mo，对直流微电网系统中运用双向DC/AC逆变器和储能环节维持电压稳定工作区间进行分区，确定二者的优先级别；设定Uo为母线额定电压，(U0(1-a)，Uo(1+a))为系统稳定不工作区，(U0(1+a)，Uo(1+b))、(U0(1-b)，Uo(1-a))分别为储能充、放电动态下垂控制区；(U0(1+b，Uo(1+c))、(U0(1-c)，Uo(1-b))分别为储能充、放电控制盲区；其它区域为双向DC/AC逆变器的控制区；a、b、c均为电压偏差百分比，取值按照直流微电网系统的电压偏差限制要求，满足a＜b＜c；
步骤2、根据步骤1储能环节各个工作区域的特性，分别设定下垂控制方法，储能充、放电控制盲区采用曲线下垂控制法，储能充、放电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制法；再根据直流母线电压偏差ΔUdc的限制条件，求出微电网直流母线电压Udc；
步骤3、通过采样所得母线电压和蓄电池电流值，以及双向DC/DC变换器的输出电流，计算所需信号参数判断工作区间，选择对应工作区域所对应的下垂控制法；
步骤4、通过步骤3所选择对应工作区域所对应的下垂控制法；计算出对应工作区域的下垂系数，将下垂系数引入到对应工作区间的下垂控制器，经过下垂控制器输出调制信号与直流母线电压反馈信号相减，再与二次补偿信号相加，之后经过电压外环控制器和电流内环控制器，最后通过PWM调节器输出PWM控制信号改变开关管状态，实现系统的稳定性控制。
在上述的储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法中，步骤1所述初始下垂系数mo根据直流母线电压偏差的约束条件来选定，取值为：
Figure BDA0001565546420000041
式中：ioi为第i个逆变器的输出电流，ΔUdcmax允许的最大母线电压偏差、ΔUdcmin为允许的最小母线电压偏差，idcmax为母线电流最大值、idcmin为母线电流最小值。
在上述的储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法中，步骤2所述微电网直流母线电压Udc计算式为；
Figure BDA0001565546420000042
式中，Udc为微电网直流母线电压；
Figure BDA0001565546420000043
为微电网系统母线参考电压。
在上述的储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法中，步骤3所述选择对应工作区域所对应的下垂控制法之后，分别利用充、放电下垂控制的电压-功率下垂算法和下垂控制器的设定确定其特性式；包括以下步骤：
步骤3.1、储能放电动态下垂控制区的下垂控制采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制法，其特性式为：
Figure BDA0001565546420000044
式中，Udci为母线电压实际值，
Figure BDA0001565546420000045
为母线电压额定值，mo为初始下垂系数，ηi为第i个蓄电池的充放电效率，gi为第i个储能模块设计的虚拟阻抗，SOCi为第i个蓄电池的荷电状态，Pi为第i个储能模块输出的功率；
ΔUdc＇为参考电压补偿信号，其取值为：
Figure BDA0001565546420000051
式中，R为负载电阻值，β为转化损耗系数；
代入(2)计算得微电网直流母线电压；
步骤3.2、储能放电控制盲区采用曲线下垂控制法，其特性式为：
Udc＝e(A-BP)+C (5)
(5)式约束条件为：
Figure BDA0001565546420000052
(6)式中，Pdcmax为直流微电网负荷功率在储能环节控制中所允许的最大缺额功率，Pdc为负荷实际功率值，Uo为负荷精准的额定电压，d、f、k分别为系统稳定不工作区允许的电压波动百分比，储能充、放电动态下垂控制区允许的电压最大波动百分比，储能充、放电控制盲区允许的电压最大波动百分比；
(5)式中A、B、C的求取为：
Figure BDA0001565546420000053
步骤3.3、储能充电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制法，其特性式为：
Figure BDA0001565546420000061
(8)式中，Udci为直流母线电压实际值，
Figure BDA0001565546420000062
为直流母线电压额定值，mo为初始下垂系数，ηi为第i个蓄电池的充放电效率，gi为第i个储能模块设计的虚拟阻抗，SOCi为第i个蓄电池的荷电状态，Pi为第i个储能模块输出的功率；
步骤3.4、储能充电控制盲区采用曲线下垂控制法，其特性式为：
Udc＝Bln(-P+A)+C (9)
(9)式约束条件为：
Figure BDA0001565546420000063
式中，Pdcmax为直流微电网负荷功率在储能环节控制中所允许的最大过剩功率，Pdc为负荷实际功率值，Uo为负荷的额定电压，d、f、k分别为系统稳定不工作区允许的电压波动百分比、储能充、放电动态下垂控制区允许的电压最大波动百分比、储能充、放电控制盲区允许的电压最大波动百分比；
(9)式中A、B、C通过(11)式求取：
Figure BDA0001565546420000064
本发明的有益效果是：(1)本发明将储能环节的下垂控制分工作区域进行控制，将储能环节稳定直流侧母线额定电压的范围扩大，使得储能环节控制能够覆盖控制盲区。以曲线下垂方法对盲区进行控制，先保证有功功率尽快趋近所需值，使得系统暂态稳定，并且能够使得控制平滑过渡。
(2)本发明在储能充放电动态下垂控制区，考虑储能模块功率分配最终达到均流效果，引入SOC信号量，建立动态下垂，并考虑每个电池组容量是否相等的情况，在不等的情况下结合虚拟阻抗法，推导出了蓄电池的SOC的动态下垂控制，实现蓄电池按照电池容量比例充放电，能够动态调节达到均流，解决了改善母线电压偏差与提升均流性能的矛盾。从根本上解决储能装置功率分配，最终输出功率趋于相等，同时也弥补了因下垂控制带来的电压跌落差值。
(3)本发明可以在直流母线电压失稳时，提升蓄电池维持母线电压稳定的范围，同时在两种控制区域内很好的实现功率分配，防止蓄电池“过充过放”，提升蓄电池的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一个实施例储能环节分区域下垂控制特性曲线；
其中，将储能环节分为系统稳定储能环节不工作区，储能充、放电控制盲区，储能充、放电动态下垂控制区；
图2是本发明一个实施例每个区域下垂特性曲线公式示意图；
其中，母线电压在(1-a)Uo＜Udc＜(1+a)Uo区间为允许电压波动范围，此时储能环节不工作；在
Figure BDA0001565546420000071
两点为储能充电控制盲区与储能充电动态下垂控制区交点和储能放电控制盲区与储能放电动态下垂控制交点，由于控制盲区曲线方程由储能环节控制区内的动态下垂控制曲线推导决定的，而且动态下垂控制的下垂系数是随着蓄电池的SOC随时变化的，所以边界点也是随时变动，图2选取的是某个时刻静止的控制曲线图；
图3是本发明一个实施例的判断储能环节的工作区域流程图；
图4是本发明一个实施例的直流微电网控制框图；
图5是本发明一个实施例直流微电网系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本实施例从解决储能环节维持直流侧母线电压稳定入手，微电网直流侧母线电压是系统稳定的关键参数，因此，着重考虑维持直流侧母线电压稳定。而影响母线电压稳定因素主要有光伏电池输出功率、负荷投切、AC/DC变换器小信号扰动等三种。从而确定储能装置的下垂控制策略：考虑储能装置使用寿命及“过充过放”问题，以实现储能环节功率分配的母线有阻性虚拟阻抗法和基于SOC(State of Charge,剩余容量)动态下垂法等，同时还要保证负荷所需功率。对于因运用下垂控制带来母线电压的跌落，采用补偿虚拟阻抗与SOC信号量相结合的动态下垂控制，弥补电压跌落问题。综上，由于储能环节与双向DC/AC变换器存在控制盲区，所以引入储能环节分区域曲线动态下垂控制，运用分区域平滑解决控制盲区的问题。
本实施例的直流微电网如图5所示，包括光伏发电、多组储能环节、双向DC/AC逆变器、直流负载、大电网等。储能环节包括蓄电池、双向DC/DC变换器、改进型分区域曲线动态下垂控制系统组成。
下垂控制器用于分区域曲线动态下垂控制的运算，储能环节工作区域的判断采用电压-功率下垂算法。
如图4所示，本实施例储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，直流微电网储能环节控制系统中根据系统干扰因素和控制盲区，对储能环节进行分区域控制，分别分为系统稳定不工作区、储能充、放电控制盲区、储能充、放电动态下垂控制区，其中储能充、放电动态下垂控制区按照蓄电池SOC与虚拟阻抗信号来确定动态下垂系数，而储能充、放电控制盲区按照储能充、放电控制盲区与储能充、放电动态下垂控制区交点坐标和函数可导性确定指数函数的曲线下垂控制。其步骤为：
一、根据直流微电网直流母线电压偏差的影响因素，设定母线电压偏差约束条件，确定初始下垂系数mo，然后对微电网系统中运用双向DC/AC逆变器和储能环节维持电压稳定的工作区间进行分区，确定二者的优先级。设定Uo为母线额定电压，(U0(1-a)，Uo(1+a))为系统稳定不工作区，(U0(1+a)，Uo(1+b))、(U0(1-b)，Uo(1-a))分别为储能充、放电动态下垂控制区；(U0(1+b，Uo(1+c))、(U0(1-c)，Uo(1-b))分别为储能充、放电控制盲区；其它区域为双向DC/AC逆变器的控制区。其中，a、b、c分别为电压偏差百分比，取值按照系统的电压偏差限制要求，满足a＜b＜c。根据储能环节所分的每个工作区域特性分别进行设定下垂控制方法，包括储能充、放电控制盲区的曲线下垂控制法和储能充、放电动态下垂控制区的基于SOC动态下垂控制法；根据直流母线电压偏差ΔUdc的限制条件，求出微电网直流母线电压Udc。
二、确定步骤一所述的分区域以及各项取值后，根据采样所得母线电压和蓄电池电流值，以及DC/DC变换器的输出电流，计算各项所需信号参数进行条件判断，选择对应的控制工作区域，并在该对应的工作区间内采用改进的下垂控制算法。
三、经步骤二所采样的母线电压、蓄电池电流等信号，判断出该时刻储能环节工作对应的工作区间，经过对应工作区间的电压-功率下垂算法计算出该区域的下垂系数，再将下垂系数引入到对应工作区间的下垂控制器，经过下垂控制器输出调制信号与直流母线电压反馈信号相减，再由二次补偿信号与之相加，之后经过电压外环控制器和电流内环控制器，最后经过PWM调节器输出PWM控制信号给驱动器改变开关管状态，实现系统的稳定性控制。
并且，步骤一根据直流母线电压偏差的约束条件，选定初始下垂系数mo，下垂系数的取值需满足：
Figure BDA0001565546420000101
式中：ioi为第i个变换器的输出电流，ΔUdcmax、ΔUdcmin为允许的最大、最小母线电压偏差，idcmax、idcmin为对应的母线电流最大值、最小值。
并且，步骤一中根据图1改进型下垂控制图进行划分系统稳定不工作区，储能充、放电控制盲区，储能充、放电动态下垂控制区；。
并且，步骤一根据直流微电网系统中由于下垂控制带来母线电压跌落，系统的母线电压：
Figure BDA0001565546420000102
式中，Udc为母线电压；
Figure BDA0001565546420000103
为系统母线参考电压。
以下根据步骤二中所分的工作区域进行对应充放电的下垂控制的电压-功率下垂算法和下垂控制器设定。将储能环节的充放电分开说明：
(1)放电过程
引入蓄电池SOC(State of Charge,剩余容量)与输出功率的关系为：
Figure BDA0001565546420000104
式中，SOCi为第i(i＝1、2...n)个蓄电池的荷电状态，SOCit＝0为第i个蓄电池初始的荷电状态，Ci为第i个蓄电池的容量，Uini为变换器输入电流，ηi为第i个蓄电池的充放电效率，Pini为第i个变换器的输入功率。
假设不考虑双向DC/DC变换器的功率损耗，则，Pini≈Pouti。经求导变换得到：
Figure BDA0001565546420000111
因为
Figure BDA0001565546420000112
的值随着SOCi变化基本恒定，违背了引入SOC信号量带来的动态下垂系数。所以将引入SOC的幂指数信号量，可以有效的弥补上述问题。
而且，分析两台储能环节的功率分配情况，双向变换器的输出电流如下：
Figure BDA0001565546420000113
Figure BDA0001565546420000114
式中，Kup1、Kup2、Kui1、Kui2为第1、2个变换的控制的电压环的比例和积分系数。
并且双向DC/DC变换器的输出功率为Pouti＝Udc·i0i，则可得：
Figure BDA0001565546420000115
传统的直流微电网的下垂控制式为：
Figure BDA0001565546420000116
将SOC引入可得：
Figure BDA0001565546420000117
而且，步骤二中考虑到每个蓄电池的容量相同或者不同情况，希望蓄电池容量越多的放电越快，并按蓄电池容量比例进行放电，所以考虑虚拟阻抗的问题，当C1：C2＝K1:K2,则设计上按照K1:K2的比例进行放电，虚拟阻抗的设计为：
Figure BDA0001565546420000121
式中，gi为第i个蓄能环节的虚拟阻抗，iLbatmax为蓄电池部分对应的变换器电感侧最大电流值，
Figure BDA0001565546420000122
为母线电压正常波动的百分比。
①联立上述公式可以得出储能放电动态下垂控制区的下垂控制为：
Figure BDA0001565546420000123
式中，Udci为母线电压实际值，
Figure BDA0001565546420000124
为母线电压额定值，mo为初始下垂系数，ηi为第i个蓄电池的充放电效率，gi为第i个储能模块设计的虚拟阻抗，SOCi为第i个蓄电池的荷电状态，Pi为第i个储能模块输出的功率；
当采用改进的下垂控制策略时，系统的直流母线电压计算公式为：
Figure BDA0001565546420000125
ΔUdc＇表示为参考电压补偿信号，其取值为：
Figure BDA0001565546420000126
式中，R为负载电阻值，β为转化损耗系数；
根据步骤二中储能充、放电控制盲区的曲线下垂控制算法的设计，根据图2给出的下垂曲线的特征点坐标，计算得到
②储能放电控制盲区的曲线下垂控制为：
Udc＝e(A-BP)+C
其上式约束条件为：
Figure BDA0001565546420000131
式中，Pdcmax为直流微电网负荷功率在储能环节控制中所允许的最大缺额功率，Pdc为负荷实际功率值，Uo为负荷精准的额定电压，d、f、k分别为系统稳定不工作区允许的电压波动百分比，储能充、放电动态下垂控制区允许的电压最大波动百分比，储能充、放电控制盲区允许的电压最大波动百分比。
其中A、B、C的求取为：
Figure BDA0001565546420000132
(2)充电过程
③储能充电动态下垂控制区的下垂控制为：
Figure BDA0001565546420000133
④储能充电控制盲区的曲线下垂控制为：
Udc＝Bln(-P+A)+C
上式约束条件为：
Figure BDA0001565546420000134
式中，Pdcmax为直流微电网负荷功率在储能环节控制中所允许的最大过剩功率，Pdc为负荷实际功率值，Uo为负荷精准的额定电压，d、f、k分别为不工作区允许的电压波动百分比、储能环节控制区允许的电压最大波动百分比、储能充电控制盲区允许的电压最大波动百分比。
其中A、B、C的求取为：
Figure BDA0001565546420000141
本实施例所有的储能环节均由本地通信线路进行信号传输。各储能环节中的蓄电池输出电流信号和双向DC/DC变换器输出电压信号，送入到各自本地的分区域曲线动态下垂控制器中，本地的下垂控制器和判断储能环节工作区域的电压-功率下垂算法借助数字控制器中的编程实现控制算法。先经过判断储能环节工作区域的电压-功率算法得到储能环节的工作区域，然后将工作区域信号传给下垂控制器，最后下垂控制器根据对应工作区域输出调节信号与直流母线电压反馈信号相减，并和二次控制补偿信号相加，再经过电压、电流双环控制器，最终经过PWM调节器输出驱动信号，改变开关管状态，实现系统的分区域曲线动态下垂控制。
具体实施时，为了从根本上解决储能模块在维持母线电压稳定的同时，实现各储能装置功率分配。同时考虑双向DC/AC逆变器和储能环节维持直流母线电压稳定存在优先级，而出现控制盲区的问题，结合蓄电池的充放电特性，在储能环节采用分区域曲线动态下垂控制策略，在控制盲区能够很好的控制平滑过渡，保证有功功率尽快趋近所需值，使得系统暂态稳定。并且在储能充、放电动态下垂控制区内，以SOC信号量为基准引出下垂系数实时动态变化，灵活改变各储能环节变换器的输出特性曲线；并且考虑蓄电池的容量与线路阻抗和充放电速率存在比例关系，引入虚拟阻抗与动态下垂控制相结合，解决功率分配的同时能够改善由下垂导致的母线电压偏差。改进型下垂控制方法的母线电压控制单元输出特性曲线区别于传统恒定下垂输出特性曲线，可以实现更宽的储能环节维持电压稳定区间。
本实施例以直流微电网中两台储能模块维持母线电压稳定为例。
(1)根据直流微电网直流母线电压偏差的影响因素，设定母线电压偏差约束条件，确定初始下垂系数mo，然后对微电网系统中运用双向DC/AC逆变器和储能环节维持电压稳定工作区间进行分区，确定二者的优先级。设定Uo为母线额定电压，(U0(1-a)，Uo(1+a))为系统稳定不工作区，(U0(1+a)，Uo(1+b))、(U0(1-b)，Uo(1-a))为储能充、放电动态下垂控制区；(U0(1+b，Uo(1+c))、(U0(1-c)，Uo(1-b))为储能充、放电控制盲区；其它区域为双向DC/AC逆变器的控制区(a、b、c分别为电压偏差百分比，满足a＜b＜c)。
根据直流母线电压偏差的约束条件，选定初始下垂系数mo，下垂系数的取值需满足：
Figure BDA0001565546420000151
式中：ioi为第i个变换器的输出电流，ΔUdcmax、ΔUdcmin为允许的最大、最小母线电压偏差，取值为6％、3％，idcmax、idcmin为对应的母线电流最大、最小值。
直流微电网系统中由于下垂控制带来母线电压跌落，系统的母线电压：
Figure BDA0001565546420000152
式中，Udc为母线电压；
Figure BDA0001565546420000153
为系统母线参考电压。
如图1所示，储能环节划分系统稳定不工作区，储能充、放电控制盲区；储能充、放电动态下垂控制区。
步骤二：确定系统中步骤一所述取值后，再根据步骤一种划分的工作区域对每个区域的控制进行设计，针对储能环节的放电和充电分别说明。
(1)放电过程
设计两台储能双向DC/DC变换器的蓄电池SOC(State of Charge,剩余容量)与输出功率的关系为：
Figure BDA0001565546420000161
Figure BDA0001565546420000162
式中，SOC1、SOC2分别为第1、2个蓄电池的荷电状态，SOC1t＝0、SOC2t＝0为第1、2个蓄电池初始的荷电状态，C1、C2为第1、2个蓄电池的容量，Uin1、Uin2为第1、2个变换器输入电流，η1、η2为第1、2个蓄电池的充放电效率，Pin1、Pin2为第1、2个变换器的输入功率。
假设不考虑双向DC/DC变换器的功率损耗，则，Pini≈Pouti(i＝1、2)。经求导变换得到：
Figure BDA0001565546420000163
式中Pini、Pouti为储能双向DC/DC变换器的输入、输出功率。
因为
Figure BDA0001565546420000164
的值随着SOCi变化基本恒定，违背了引入SOC信号量带来的动态下垂系数。所以将引入SOC的幂指数信号量，可以有效的弥补上述问题。
针对上述情况分析两台储能环节的功率分配情况，双向变换器的输出电流如下：
Figure BDA0001565546420000165
Figure BDA0001565546420000166
式中，Kup1、Kup2、Kui1、Kui2为第1、2个变换的控制的电压环的比例和积分系数。
并且双向DC/DC变换器的输出功率为Pouti＝Udc·i0i，则可得：
Figure BDA0001565546420000171
传统的直流微电网的下垂控制式为：
Figure BDA0001565546420000172
将SOC引入可得：
Figure BDA0001565546420000173
考虑到每个蓄电池的容量相同或者不同情况，希望蓄电池容量越多的放电越快，并按蓄电池容量比例进行放电，所以考虑虚拟阻抗的问题，当C1：C2＝K1:K2,则设计上按照K1:K2的比例进行放电，虚拟阻抗的设计为：
Figure BDA0001565546420000174
式中，gi为第i个蓄能环节的虚拟阻抗，iLbatmax为电池部分对应的变换器电感侧最大电流值，
Figure BDA0001565546420000175
为母线电压正常波动的百分比。
a联立上述所示可以得出储能放电动态下垂控制区改进型的下垂控制为：
Figure BDA0001565546420000176
当采用改进的下垂控制方法时，直流微电网系统的直流母线电压计算公式为：
Figure BDA0001565546420000177
Figure BDA0001565546420000184
表示为参考电压补偿信号，其取值为：
Figure BDA0001565546420000181
而且，根据步骤二中的储能充、放电控制盲区的曲线下垂控制算法的设计，及如图2所示的下垂曲线特征点坐标，计算得到：
b储能放电控制盲区改进型的曲线下垂控制为：
Udc＝e(A-BP)+C
其上式约束条件为：
Figure BDA0001565546420000182
式中，Pdcmax为直流微电网负荷功率在储能环节控制中所允许的最大缺额功率，Pdc为负荷实际功率值，Uo为负荷精准的额定电压，d、f、k分别为系统稳定不工作区允许的电压波动百分比，储能充、放电动态下垂控制区允许的电压最大波动百分比，储能充、放电控制盲区允许的电压最大波动百分比。
其中A、B、C的求取为：
Figure BDA0001565546420000183
(2)充电过程
由于充电过程的曲线下垂控制采用与放电过程的控制思想一致，同理可以得出：
c储能充电动态下垂控制区的下垂控制为：
Figure BDA0001565546420000191
d储能充电控制盲区的曲线下垂控制为：
Udc＝Bln(-P+A)+C
上式约束条件为：
Figure BDA0001565546420000192
式中，Pdcmax为直流微电网负荷功率在储能环节控制中所允许的最大过剩功率，Pdc为负荷实际功率值，Uo为负荷精准的额定电压，d、f、k分别为不工作区允许的电压波动百分比、储能环节控制区允许的电压最大波动百分比、储能充电控制盲区允许的电压最大波动百分比。
其中A、B、C的求取为：
Figure BDA0001565546420000193
步骤三：经过前面步骤所采样的电压、电流等信号，根据图3所示的的流程图，判断直流微电网系统每个时刻系统工作的区间。所有储能环节均由本地通信线路进行信号传输。各储能环节中的蓄电池输出电流信号和双向DC/DC变换器输出电压信号，送入到各自本地的改进型分区域曲线动态下垂控制系统中。本地的下垂控制器和判断储能环节工作区域的电压-功率下垂算法借助数字控制器中的编程实现控制算法。先经过判断储能环节工作区域的电压-功率算法得到储能环节的工作区域，然后将工作区域信号传给下垂控制器，最后下垂控制器根据对应工作区域输出调节信号与直流母线电压反馈信号相减，并和二次控制补偿信号相加，再经过电压、电流双环控制器，最终经过PWM调节器输出驱动信号，改变开关管状态，实现系统的分区域曲线动态下垂控制。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (4)

1.储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，包括多组储能环节，每组储能环节包括蓄电池，与之连接的双向DC/DC变换器，双向DC/DC变换器接入直流母线；其特征是，该方法包括将储能环节划分为系统稳定不工作区、储能充、放电控制盲区，储能充、放电动态下垂控制区；对于储能充、放电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制；对于储能充、放电控制盲区按照储能充、放电控制盲区与储能充、放电动态下垂控制区交点坐标和函数可导性确定指数函数的曲线下垂控制；
所述控制方法的实现包括以下步骤：
步骤1、设定直流微电网直流母线电压偏差约束条件，确定初始下垂系数mo，对直流微电网系统中运用双向DC/AC逆变器和储能环节维持电压稳定工作区间进行分区，确定二者的优先级别；设定Uo为母线额定电压，(U0(1-a)，Uo(1+a))为系统稳定不工作区，(U0(1+a)，Uo(1+b))、(U0(1-b)，Uo(1-a))分别为储能充、放电动态下垂控制区；(U0(1+b)，Uo(1+c))、(U0(1-c)，Uo(1-b))分别为储能充、放电控制盲区；其它区域为双向DC/AC逆变器的控制区；a、b、c均为电压偏差百分比，取值按照直流微电网系统的电压偏差限制要求，满足a＜b＜c；
步骤2、根据步骤1储能环节各个工作区间的特性，分别设定下垂控制方法，储能充、放电控制盲区采用曲线下垂控制法，储能充、放电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制法；再根据直流母线电压偏差ΔUdc的限制条件，求出直流微电网直流母线电压Udc；
步骤3、通过采样所得母线电压和蓄电池电流值，以及双向DC/DC变换器的输出电流，计算所需信号参数判断工作区间，选择对应工作区间所对应的下垂控制法；
步骤4、通过步骤3所选择对应工作区间所对应的下垂控制法；计算出对应工作区间的下垂系数，将下垂系数引入到对应工作区间的下垂控制器，经过下垂控制器输出调制信号与直流母线电压反馈信号相减，再与二次补偿信号相加，之后经过电压外环控制器和电流内环控制器，最后通过PWM调节器输出PWM控制信号改变开关管状态，实现系统的稳定性控制。
2.如权利要求1所述的储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，其特征是，步骤1所述初始下垂系数mo根据直流母线电压偏差的约束条件来选定，取值为：
Figure FDA0003069089210000021
式中：ioi为第i个逆变器的输出电流，ΔUdcmax允许的最大母线电压偏差、ΔUdcmin为允许的最小母线电压偏差，idcmax为母线电流最大值、idcmin为母线电流最小值。
3.如权利要求2所述的储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，其特征是，步骤2所述微电网直流母线电压Udc计算式为；
Figure FDA0003069089210000022
式中，Udc为微电网直流母线电压；
Figure FDA0003069089210000023
为微电网系统母线参考电压。
4.如权利要求3所述的储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，其特征是，步骤3所述选择对应工作区间所对应的下垂控制法之后，分别利用充、放电下垂控制的电压-功率下垂算法和下垂控制器的设定确定其特性式；包括以下步骤：
步骤3.1、储能放电动态下垂控制区的下垂控制采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制法，其特性式为：
Figure FDA0003069089210000031
式中，Udci为直流母线电压实际值，mo为初始下垂系数，ηi为第i个蓄电池的充放电效率，gi为第i个储能环节设计的虚拟阻抗，SOCi为第i个蓄电池的荷电状态，Pi为第i个储能环节输出的功率；
ΔUdc＇为参考电压补偿信号，其取值为：
Figure FDA0003069089210000032
式中，R为负载电阻值，β为转化损耗系数，n为蓄电池的总数；
将公式(4)代入(2)计算得直流微电网直流母线电压；
步骤3.2、储能放电控制盲区采用曲线下垂控制法，其特性式为：
Udc＝e(A-BP)+C (5)
其中，A、B、C为待定系数，P为功率；
(5)式约束条件为：
Figure FDA0003069089210000033
(6)式中，Pdcmax为直流微电网负荷功率在储能环节控制中所允许的最大缺额功率，Pdc为负荷实际功率值，Uo为母线额定电压，d、f、k分别为系统稳定不工作区允许的电压波动百分比，储能充、放电动态下垂控制区允许的电压最大波动百分比，储能充、放电控制盲区允许的电压最大波动百分比；
(5)式中A、B、C的求取为：
Figure FDA0003069089210000041
步骤3.3、储能充电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制法，其特性式为：
Figure FDA0003069089210000042
(8)式中，Udci为直流母线电压实际值，mo为初始下垂系数，ηi为第i个蓄电池的充放电效率，gi为第i个储能环节设计的虚拟阻抗，SOCi为第i个蓄电池的荷电状态，Pi为第i个储能环节输出的功率；
步骤3.4、储能充电控制盲区采用曲线下垂控制法，其特性式为：
Udc＝B ln(-P+A)+C (9)
(9)式约束条件为：
Figure FDA0003069089210000043
式中，Pdcmax为直流微电网负荷功率在储能环节控制中所允许的最大过剩功率，Pdc为负荷实际功率值，Uo为母线额定电压，d、f、k分别为系统稳定不工作区允许的电压波动百分比、储能充、放电动态下垂控制区允许的电压最大波动百分比、储能充、放电控制盲区允许的电压最大波动百分比；
(9)式中A、B、C通过(11)式求取：
Figure FDA0003069089210000051
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