CN108695840A - 一种直流配电网电压控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流配电网电压控制方法及系统，所述方法包括：根据组合式谐振变换器的配置策略确定所述组合式谐振变换器中各模块的开关频率，进而根据所述组合式谐振变换器中各模块的开关频率确定所述组合式谐振变换器各模块的输出侧直流母线电压增益，并利用各模块的输出侧直流母线电压增益调节所述组合式谐振变换器的输出侧直流母线电压；本申请采用组合式谐振变换器，在降低功率器件电压应力的基础上通过简单的操作实现对不同电压等级直流配电网的电压稳定控制和功率灵活分配。
Description
技术领域
本发明涉及电网电压控制技术领域，具体涉及一种直流配电网电压控制方法及系统。
背景技术
近年来，由于环境污染和化石能源短缺，可再生能源的应用日益广泛；其中，风电、太阳能等可再生能源都具有间接性、随机性和波动性的特点，传统的交流电力系统在可再生能源大量接入时面临着诸多问题，新的能源格局形成之际，直流配电网在多个领域取得了优势，相对于交流配电网，直流配电网能够充分协调分布式电源、多样性负荷以及配电网之间的矛盾，发挥分布式能源的价值，还具有输电损耗小、线路成本低、供电可靠性高、比较环保等特点；目前研究探索过程中，直流配电网的关键技术有电压等级选取、控制策略、关键设备以及保护与故障诊断；直流配电网现有的协调控制方法都是基于电压源型换流器(VSC)或模块化多电平变换器(MMC)实现的，电力电子变换器主要包括接口变换器和不同电压等级母线间的电压变换器，接口变换器多是基于可再生能源并入低压直流微微网，不能满足大规模的可再生能源并网的功率需求；基于工频变换的整流器技术和低压小功率的DC/DC变换器技术已经相当成熟，中高压大功率的变换器受电力电子器件发展水平的制约。
在中高压大功率场合，一般采用器件串联、直流多电平变换器和多模块串并联组合变换器来解决电压电流应力问题；基于器件串联的DC/DC变换器可用于高电压场合，但存在串联器件驱动一致性和均压问题，因此需要额外的辅助电路或控制来实现均压，电路拓扑复杂和难以控制，且成本和损耗较高；直流多电平变换器电平数的增加使得功率开关管数量增加，目前关于直流配电网用模块串并联组合DC/DC变换器而言，着重应用于中低压直流母线间的接口变换器，缺乏对于高压直流母线到中压直流母线间的接口变换器以及大规模可再生能源的并网接口变换器的研究。
发明内容
本发明提供一种直流配电网电压控制方法及系统，其目的是通过配置各电压等级直流母线间的组合式谐振变换器，并根据所述组合式谐振变换器中各模块的配置策略确定组合式谐振变换器各模块的开关频率，进而利用各模块的输出侧直流母线电压增益实现对直流配电网的电压稳定控制，保证直流配电网系统的稳定运行。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种直流配电网电压控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：
根据各电压等级直流母线间组合式谐振变换器的配置策略确定各配置策略下组合式谐振变换器中各模块的开关频率；
根据所述组合式谐振变换器中各模块的开关频率确定所述组合式谐振变换器各模块的输出侧直流母线电压增益；
利用所述组合式谐振变换器各模块的输出侧直流母线电压增益调节所述组合式谐振变换器的输出侧直流母线电压。
优选地，所述各电压等级直流母线间组合式谐振变换器的配置策略包括：
高压直流母线到中压直流母线之间配置输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器；
大规模可再生能源发电单元到中压直流母线之间配置输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器；
中压直流母线到低压直流母线之间配置输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器。
优选地，所述根据各电压等级直流母线间组合式谐振变换器的配置策略确定各配置策略下组合式谐振变换器中各模块的开关频率，包括：
根据各配置策略下组合式谐振变换器的电压和各模块的电压确定组合式谐振变换器中各模块的电压均衡开关频率；
根据各配置策略下组合式谐振变换器的电流和各模块的电压确定组合式谐振变换器中各模块的功率均衡开关频率。
进一步地，所述根据各配置策略下组合式谐振变换器的电压和各模块的电压确定组合式谐振变换器中各模块的电压均衡开关频率，包括：
根据组合式谐振变换器的输出电压与输出电压参考值的差值获取电压控制基础开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器或输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器，则根据组合式谐振变换器的输入电压平均值与组合式谐振变换器中各模块的输入电压的差值确定相应模块的频率矫正量，并将所述频率矫正量与电压控制基础开关频率进行叠加，获取相应模块的电压均衡开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器，则根据组合式谐振变换器的输出电压平均值与组合式谐振变换器中各模块的输出电压确定相应模块的频率矫正量，并将所述频率矫正量与电压控制基础开关频率相减，获取相应模块的电压均衡开关频率。
进一步地，所述根据各配置策略下组合式谐振变换器的电流和各模块的电压确定组合式谐振变换器中各模块的功率均衡开关频率，包括：
根据组合式谐振变换器的输出电流与输出电流参考值的差值获取功率控制基础开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器或输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器，则根据组合式谐振变换器的输入电压平均值与其模块输入电压的电压差值确定模块的频率矫正量，并将所述频率矫正量与功率控制基础开关频率进行叠加，获取该模块的功率均衡开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器，则根据组合式谐振变换器的输出电压平均值与其模块输出电压的差值确定模块的频率矫正量，并将所述频率矫正量与功率控制基础开关频率相减，获取该模块的功率均衡开关频率。
优选地，根据所述组合式谐振变换器中各模块的开关频率确定所述组合式谐振变换器各模块的输出侧直流母线电压增益，包括：
按下式确定所述组合式谐振变换器第j个模块输出侧直流母线电压增益H(k,Q,fn)j：
其中，k为电感系数，Q为品质因数，fnj为组合式谐振变换器第j个模块的归一化频率，j∈(1,m)，m为组合式谐振变换器内模块的数量，Lm为变压器励磁电感，Lr为变压器谐振电感，Cr为变压器谐振电容，Req为谐振变换器耦合到一次侧的等效交流负载，n为变压器变比，fsj为组合式谐振变换器的第j个模块的开关频率，fr为组合式谐振变换器的谐振频率。
一种直流配电网电压控制系统，其改进之处在于，所述系统包括：
第一确定模块，用于根据各电压等级直流母线间组合式谐振变换器的配置策略确定各配置策略下组合式谐振变换器中各模块的开关频率；
第二确定模块，用于根据所述组合式谐振变换器中各模块的开关频率确定所述组合式谐振变换器输出侧直流母线电压增益；
执行模块，用于利用所述组合式谐振变换器输出侧直流母线电压增益调节所述组合式谐振变换器输出侧直流母线电压。
优选地，所述各电压等级直流母线间组合式谐振变换器的配置策略包括：
高压直流母线到中压直流母线之间配置输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器；
大规模可再生能源发电单元到中压直流母线之间配置输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器；
中压直流母线到低压直流母线之间配置输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器。
优选地，
所述第一确定模块，包括：
第一确定单元，用于根据各配置策略下组合式谐振变换器的电压和各模块的电压确定组合式谐振变换器中各模块的电压均衡开关频率；
第二确定单元，用于根据各配置策略下组合式谐振变换器的电流和各模块的电压确定组合式谐振变换器中各模块的功率均衡开关频率。
进一步地，所述第一确定单元，用于：
根据组合式谐振变换器的输出电压与输出电压参考值的差值获取电压控制基础开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器或输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器，则根据组合式谐振变换器的输入电压平均值与组合式谐振变换器中各模块的输入电压的差值确定相应模块的频率矫正量，并将所述频率矫正量与电压控制基础开关频率进行叠加，获取相应模块的电压均衡开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器，则根据组合式谐振变换器的输出电压平均值与组合式谐振变换器中各模块的输出电压确定相应模块的频率矫正量，并将所述频率矫正量与电压控制基础开关频率相减，获取相应模块的电压均衡开关频率。
进一步地，所述根据各配置策略下组合式谐振变换器的电流和各模块的电压确定组合式谐振变换器中各模块的功率均衡开关频率，包括：
根据组合式谐振变换器的输出电流与输出电流参考值的差值获取功率控制基础开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器或输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器，则根据组合式谐振变换器的输入电压平均值与其模块输入电压的电压差值确定模块的频率矫正量，并将所述频率矫正量与功率控制基础开关频率进行叠加，获取该模块的功率均衡开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器，则根据组合式谐振变换器的输出电压平均值与其模块输出电压的差值确定模块的频率矫正量，并将所述频率矫正量与功率控制基础开关频率相减，获取该模块的功率均衡开关频率。
优选地，所述第二确定模块，用于：
按下式确定所述组合式谐振变换器对应模块输出侧直流母线电压增益H(k,Q,fn)j：
其中，k为组合式谐振变换器的电感系数，Q为组合式谐振变换器的品质因数，fnj为组合式谐振变换器第j个模块的归一化频率，j∈(1,m)，m为组合式谐振变换器内模块的数量，Lm为变压器励磁电感，Lr为变压器谐振电感，Cr为变压器谐振电容，Req为谐振变换器耦合到一次侧的等效交流负载，n为变压器变比，fsj为组合式谐振变换器的第j个模块的开关频率，fr为组合式谐振变换器的谐振频率。
与最接近的现有技术相比，本发明还具有如下有益效果：
本发明采用的技术方案根据不同电压等级适合的组合式谐振变换器的配置策略配置对应的组合式谐振变换器，满足了直流配电网不同电压等级的电压稳定需求；进而根据组合式谐振变换器中各模块的频率矫正量确定各模块对应的开关频率，并确定所述组合式谐振变换器各模块的输出侧直流母线电压增益，从而实现调节所述组合式谐振变换器的输出侧直流母线电压的功能；本申请采用组合式谐振变换器，在降低功率器件电压应力的基础上克服了现有技术中操作复杂，电路损耗率高和成本高的问题，电路成本低，可靠性高，通过简单的操作实现对不同电压等级直流配电网的电压稳定控制，不依赖于上层通信，在并联设备发生变化时依旧能够保证直流配电网系统的稳定运行，有助于直流配电网的稳定运行和发展。
附图说明
图1是本发明实施例直流配电网电压控制方法的流程图；
图2(a)是本发明实施例直流配电网电压控制方法输入串联输出串联结构的组合式变换器配置结构图；
图2(b)是本发明实施例直流配电网电压控制方法输入并联输出串联结构的组合式变换器配置结构图；
图2(c)是本发明实施例直流配电网电压控制方法输入串联输出并联结构的组合式变换器配置结构图；
图3(a)是本发明实施例直流配电网电压控制方法的组合式谐振变换器的电压控制策略框图；
图3(b)是本发明实施例直流配电网电压控制方法的组合式谐振变换器的功率控制策略框图；
图4是本发明实施例直流配电网电压控制方法的直流配电网的直流电压下垂控制示意图；
图5是本发明实施例直流配电网电压控制方法的环状柔性直流配电网络拓扑结构图；
图6是本发明实施例直流配电网电压控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
针对直流配电网的关键技术，本申请设计了适合直流配电网中不同电压等级直流母线的组合式LLC谐振变换器配置策略，满足未来直流配电网全直流互联发展的需要，给出了相应的基本控制策略，能够简单有效控制直流配电网的电压和功率，同时基于模块组合式LLC谐振变换器给出了直流配电网的多源协调控制策略—电压下垂控制来维持系统功率平衡和直流侧电压稳定；此外，将多个变换器模块串并联组合也是一种有效地降低功率器件电压应力的方法，该方法具有降低了功率器件电压电流应力，可实现故障冗余，提高系统可靠性和模块化易于实现系统容量扩展等优势，其中，本发明采用全桥LLC谐振变换器作为标准模块，通过不同串并联组合形式，使之适合直流配电网多电压等级，根据其输出特性，并结合直流配电网多源和多负荷特性，给出合适的基本控制策略。
本发明提供了一种直流配电网电压控制方法及系统，下面进行说明。
实施例1：
图1示出了本发明实施例中本发明实施例直流配电网电压控制方法的流程图，如图1所示，所述方法可以包括：
101.根据各电压等级直流母线间组合式谐振变换器的配置策略确定各配置策略下组合式谐振变换器中各模块的开关频率；
102.根据所述组合式谐振变换器中各模块的开关频率确定所述组合式谐振变换器各模块的输出侧直流母线电压增益；
103.利用所述组合式谐振变换器各模块的输出侧直流母线电压增益调节所述组合式谐振变换器的输出侧直流母线电压。
具体地，所述根据组合式谐振变换器的配置策略配置各电压等级直流母线间的组合式谐振变换器之前，可以包括：
分析直流配电网的电压等级序列，根据直流配电网的电压等级确定适合不同电压等级的直流母线的接口变换器配置策略；
根据直流配电电压等级序列制定的基本原则与主要约束条件，在分析各电压等级直流配电能力基础上，以负荷需求为基本出发点，综合考虑相关设备制造水平、电网结构优化需要等方面，提出了一套高压、中压、低压以及超低压相互配合的直流配电网电压等级序列如表1所示。
表1直流配电网电压等级序列表
| 高压 | 中压 | 低压 |
| ±320kV、±150kV | ±30kV、±10kV | ±750V、400V(±200V) |
在中高压大功率应用场合，为减小电压电流应力，避免器件串联带来的驱动一致性和均压问题以及直流多电平变换器存在的高成本和低可靠性的缺点，本发明采用模块串并联组合的形式。在中高压母线端，模块进行串联；在低压端，模块进行并联。本发明则选择具有高功率密度、高效率且软开关性能更优异的全桥LLC谐振型DC/DC变换器；图2(a)示出了本发明实施例直流配电网电压控制方法输入串联输出串联结构的组合式变换器配置结构图，如图2(a)所示，高压直流母线到中压直流母线的接口变换器采用输入串联输出串联(Input-Series Output-Series,ISOS)结构LLC谐振变换器；图2(b)示出了本发明实施例直流配电网电压控制方法输入并联输出串联结构的组合式变换器配置结构图，如图2(b)所示，大规模可再生能源发电单元到中压直流母线的接口变换器选取输入并联输出串联(Input-Parallel Output-Series,IPOS)结构的LLC谐振变换器；图2(c)示出了本发明实施例直流配电网电压控制方法输入串联输出并联结构的组合式变换器配置结构图，如图2(c)所示，中压直流母线到低压直流母线的接口变换器即中低压直流固态变压器采用输入串联输出并联(Input-Series Output-Parallel,ISOP)结构的LLC谐振变换器。
所述根据所述组合式谐振变换器中各模块的频率矫正量确定所述组合式谐振变换器中各模块的开关频率之前，根据直流配电网不同的系统控制目标和系统级控制方法，单元级设备的控制策略有电压控制策略和功率调节控制策略；对于模块组合式结构而言，不仅需要保证其输出电压或传输功率满足要求，还应当保证各模块间功率均衡。假设设备每个模块的变换效率为100％，根据功率守恒可得
Pinj＝VinjIinj＝VojIoj＝Poj (1)
式中：Pinj为组合式谐振变换器第j个模块的输入功率，Vinj为第j个模块的输入电压，Iinj为第j个模块的输入电流，Voj为第j个模块的输出电压，Ioj为第j个模块的输出电流，Poj为第j个模块的输出功率。
对于ISOS组合结构系统，在系统进入稳态时，有
结合式(1)和式(2)可以得到，只要保证子模块输入电压相等或者输出电压相等就能实现模块间功率均衡。
对于IPOS组合结构系统，并联系统自身有
Vinj＝Vin (3)
在系统进入稳态时有
Ioj＝Io(4)
式中，j∈(1,m)，m为组合式谐振变换器内模块的数量，结合式(1)、(3)和式(4)可以得到，只要保证各模块输入电流或输出电压相等即可实现模块间功率均衡。
对于ISOP组合结构系统，并联系统自身有
Voj＝Vo (5)
在系统进入稳态时有
Iinj＝Iin (6)
结合式(1)、(5)和式(6)可以得到，只要保证各模块输入电压或输出电流相等即可实现模块间功率均衡。
从以上的讨论中可以看到，均可以通过控制设备串联端端口电压相等实现各模块的功率均衡控制。
进一步地，根据所述组合式谐振变换器中各模块的频率矫正量确定所述组合式谐振变换器中各模块的开关频率，可以包括：
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器或输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器，则以组合式谐振变换器的输入电压平均值与其模块的输入电压的差值作为第一调节器的输入，并由所述第一调节器确定模块的频率矫正量，将所述频率矫正量与电压控制基础开关频率进行叠加，获取该模块的电压均衡开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器，则以组合式谐振变换器的输出电压平均值与其模块的输出电压的差值作为第一调节器的输入，并由所述第一调节器确定模块的频率矫正量，将所述频率矫正量与电压控制基础开关频率相减，获取该模块的电压均衡开关频率；
其中，所述电压控制基础开关频率由组合式谐振变换器的输出电压与输出电压参考值的差值经第二调节器获取；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器或输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器，则以组合式谐振变换器的输入电压平均值与其模块输入电压的电压差值作为第一调节器的输入，并由所述第一电压调节器确定模块的频率矫正量，将所述频率矫正量与功率控制基础开关频率进行叠加，获取该模块的功率均衡开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器，则以组合式谐振变换器的输出电压平均值与其模块输出电压的差值作为第一电压调节器的输入，并由所述第一调节器确定模块的频率矫正量，将所述频率矫正量与功率控制基础开关频率相减，获取该模块的功率均衡开关频率；
其中，所述电压控制基础开关频率由组合式谐振变换器的输出电流与输出电流参考值的差值经第二调节器获取。
由基波分析法可以得到全桥LLC谐振变换器的输入电压到输出电压的传递函数为
式中：Vo(s)为输出电压的拉普拉斯变换，Vin(s)为输入电压的拉普拉斯变换，s为复变量，Lm为LLC谐振变换器变压器励磁电感，Lr为LLC谐振变换器变压器谐振电感，Cr为LLC谐振变换器变压器谐振电容，Req为LLC谐振变换器耦合到一次侧的等效交流负载，n变为压器变比。
结合公式(7)根据所述组合式谐振变换器中各模块的开关频率确定所述组合式谐振变换器各模块的输出侧直流母线电压增益，可以包括：
按下式确定所述组合式谐振变换器第j个模块输出侧直流母线电压增益H(k,Q,fn)j：
其中，k为电感系数，Q为品质因数，fnj为组合式谐振变换器第j个模块的归一化频率，j∈(1,m)，m为组合式谐振变换器内模块的数量，Lm为变压器励磁电感，Lr为变压器谐振电感，Cr为变压器谐振电容，Req为谐振变换器耦合到一次侧的等效交流负载，n为变压器变比，fsj为组合式谐振变换器第j个模块的开关频率，fr为组合式谐振变换器的谐振频率；
图3(a)示出了本发明实施例直流配电网电压控制方法的组合式谐振变换器的电压控制策略框图，电压均衡控制如图3(a)所示，输出稳压环稳定模块组合式LLC谐振变换器的输出直流电压，将采集得到的模块组合式LLC谐振变换器的输出电压减去输出电压参考值，得到输出电压偏差信号，将输出电压偏差信号经第二调节器电压调节器(Gsv(s))调节后得到基础开关频率。
功率均衡控制则实现模块组合式LLC谐振变换器中各模块的功率均衡，对于ISOS和ISOP组合式LLC谐振变换器，将各模块输入电压参考值(由变换器的输入电压除以变换器中串联模块数量得到)减去采集得到的各模块的输入电压得到各模块输入电压偏差信号，将各模块输入电压偏差信号经第一调节器电压调节器(Gev(s))调节后得到各模块的频率矫正量，基础开关频率和各模块的频率矫正量相加得到ISOS和ISOP组合式LLC谐振变换器中各模块最终的开关频率；对于IPOS组合式LLC谐振变换器，将各模块输出电压参考值(由变换器的输入电压除以变换器中串联模块数量得到)减去采集得到的各模块的输出电压得到各模块输出电压偏差信号，将各模块输出电压偏差信号经第一调节器电压调节器(Gev(s))调节后得到各模块的频率矫正量，基础开关频率减去各模块的频率矫正量得到IPOS组合式LLC谐振变换器中各模块最终的开关频率。
图3(b)示出了本发明实施例直流配电网电压控制方法的组合式谐振变换器的功率控制策略框图；功率调节控制策略也分为两部分，如图3(b)所示，该控制模式下，两侧直流母线电压保持稳定，输出功率环稳定模块组合式LLC谐振变换器的输出直流功率，将采集得到的模块组合式LLC谐振变换器的输出电流减去输出电流参考值，得到输出电流偏差信号，将输出电流偏差信号经电流调节器(Gsv(s))调节后得到基础开关频率。与电压控制策略相同，功率均衡控制也是实现模块组合式LLC谐振变换器中各模块的功率均衡，各模块的频率矫正量的获取方法也与电压控制策略中相同。基础开关频率和各模块的频率矫正量相加得到ISOS和ISOP组合式LLC谐振变换器中各模块最终的开关频率；基础开关频率和各模块的频率矫正量相减得到IPOS组合式LLC谐振变换器中各模块最终的开关频率。
图4示出了本发明实施例直流配电网电压控制方法的环状柔性直流配电网络拓扑结构图；如图4所示，提出基于模块组合式LLC谐振变换器的直流配电网的系统级控制方法；由图中U-I特性曲线可以得到与外部有源系统连接的换流器的输出直流电压Udc与直流电流Idc关系
Udc＝Udcref-K(Idcref-Idc)
式中：Udcref参考电压指令，Idcref参考电流指令，K为U-I特性曲线斜率，下垂系数为
多端直流配电网的直流电压控制和功率分配特性取决于下垂系数ki。设计良好的下垂系数不仅能够使多端直流配电网稳定运行，并且当传输功率变化或某一换流站检修或故障停运时，系统能够从当前运行点平稳过渡于新的稳态运行点。
实施例2：
图5示出了本发明实施例直流配电网电压控制方法的环状柔性直流配电网络拓扑结构图，如图5所示，以环网式中压直流配电系统为研究对象，直流配电网系统包括直流换流站(P1端)、牵引供电系统(P2端)、风机(P3端)、由DC/DC换流站连接的居民区(P4端)、充换电站(P5端)、光伏电站(P6端)、工业园区数据中心(P7端)和AC/DC并网换流站(P8端)。
该配电系统由于供电电源较多，运行方式较多，本例仅针对典型四端混合供电运行模式进行说明。四端混合供电是指在该运行模式下，直流换流站(P1)、AC/DC并网换流站(P8)、风机(P3)以及光伏电站(P6)均处于正常工作状态。P1和P8由于容量较大可以作为平衡节点采用直流电压下垂控制共同维持直流配电网的电压稳定，P3、P6作为可再生能源发电单元与中压直流母线的接口变换器，一般认为，清洁能源接入宜采用定功率控制模式，即其出力保持不变。中低压牵引供电系统P2、P4、P5和P7连接负载，应进行定电压控制。
(1)分析直流配电网的电压等级序列，给出适合不同电压等级的直流母线的接口变换器及其基本控制策略。
1)电压等级确定
根据直流配电网的应用场景，根据表1选择±150kV/±10kV/±750V三级配合的直流电压等级，即直流换流站高压端电压等级为±150kV，中压直流母线电压等级为±10kV，用户端以及风电光伏端出口电压为±750V。
2)模块组合形式选择
直流变电站端口电压分别为±150kV和±10kV，采用输入串联输出串联结构的LLC谐振变换器；风电光伏并网设备端口电压分别为±750V和±10kV，采用输入并联输出串联结构的LLC谐振变换器；中低压直流固态变压器可采用输入串联输出并联结构的LLC谐振变换器。
3)基本控制策略设计
根据以上分析，直流换流站(P1)和中低压牵引供电系统(P2、P4、P5和P7)采用定直流电压控制，基本控制策略框图如图3(a)所示，其中，通过控制模块输入电压来控制各模块之间的功率均衡。由于输入串联模块组合式LLC谐振变换器的输入电压随开关频率的增高而增高，因此，图3(a)所示的“+/－”选择“+”。
光伏电站(P6)采用定直流功率控制，基本控制策略框图如图3(b)所示。其中，通过控制模块输出电压来控制各模块之间的功率均衡。由于输出串联模块组合式LLC谐振变换器的输出电压随开关频率的增高而减小，因此，图3(b)所示的“+/－”选择“－”。
(2)基于模块组合式LLC谐振变换器的直流配电网的系统级控制方法：
根据上述分析，可设计出多端柔性直流配电系统的电压控制策略如图4所示。P1和P8采用直流电压下垂控制，通过控制Δu＝ki(Udc-Udcref)+Idcref-Idc来调整模块组合式LLC谐振变换器的基础开关频率，进而调节设备输出电压并进行功率分配。
实施例3：
图6示出了本发明实施例直流配电网电压控制系统的结构示意图，如图6所示，所述系统可以包括：
第一确定模块，用于根据各电压等级直流母线间组合式谐振变换器的配置策略确定各配置策略下组合式谐振变换器中各模块的开关频率；
第二确定模块，用于根据所述组合式谐振变换器中各模块的开关频率确定所述组合式谐振变换器输出侧直流母线电压增益；
执行模块，用于利用所述组合式谐振变换器输出侧直流母线电压增益调节所述组合式谐振变换器输出侧直流母线电压。
所述根据组合式谐振变换器的配置策略配置各电压等级直流母线间的组合式谐振变换器之前，可以包括：
根据直流配电网的电压等级确定各电压等级直流母线组合式谐振变换器的配置策略。
其中，各电压等级直流母线间组合式谐振变换器的配置策略包括：：高压直流母线到中压直流母线之间配置输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器；
大规模可再生能源发电单元到中压直流母线之间配置输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器；
中压直流母线到低压直流母线之间配置输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器。
具体地，所述第一确定模块，包括：
第一确定单元，用于根据各配置策略下组合式谐振变换器的电压和各模块的电压确定组合式谐振变换器中各模块的电压均衡开关频率；
第二确定单元，用于根据各配置策略下组合式谐振变换器的电流和各模块的电压确定组合式谐振变换器中各模块的功率均衡开关频率。
所述第一确定单元，用于：若所述组合式谐振变换器为输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器或输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器，则以组合式谐振变换器的输入电压平均值与其模块的输入电压的差值作为第一调节器的输入，并由所述第一调节器确定模块的频率矫正量，将所述频率矫正量与电压控制基础开关频率进行叠加，获取该模块的电压均衡开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器，则以组合式谐振变换器的输出电压平均值与其模块的输出电压的差值作为第一调节器的输入，并由所述第一调节器确定模块的频率矫正量，将所述频率矫正量与电压控制基础开关频率相减，获取该模块的电压均衡开关频率；
其中，所述电压控制基础开关频率由组合式谐振变换器的输出电压与输出电压参考值的差值经第二调节器获取；
所述第二确定单元，用于：若所述组合式谐振变换器为输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器或输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器，则以组合式谐振变换器的输入电压平均值与其模块输入电压的电压差值作为第一调节器的输入，并由所述第一电压调节器确定模块的频率矫正量，将所述频率矫正量与功率控制基础开关频率进行叠加，获取该模块的功率均衡开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器，则以组合式谐振变换器的输出电压平均值与其模块输出电压的差值作为第一电压调节器的输入，并由所述第一调节器确定模块的频率矫正量，将所述频率矫正量与功率控制基础开关频率相减，获取该模块的功率均衡开关频率；
其中，所述功率控制基础开关频率由组合式谐振变换器的输出电流与输出电流参考值的差值经第二调节器获取。
其中，所述第二确定模块，用于：按下式确定所述组合式谐振变换器对应模块输出侧直流母线电压增益H(k,Q,fn)j：
其中，k为组合式谐振变换器的电感系数，Q为组合式谐振变换器的品质因数，fnj为组合式谐振变换器第j个模块的归一化频率，j∈(1,m)，m为组合式谐振变换器内模块的数量，Lm为变压器励磁电感，Lr为变压器谐振电感，Cr为变压器谐振电容，Req为谐振变换器耦合到一次侧的等效交流负载，n为变压器变比，fsj为组合式谐振变换器第j个模块的开关频率，fr为组合式谐振变换器的谐振频率。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (12)
1.一种直流配电网电压控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据各电压等级直流母线间组合式谐振变换器的配置策略确定各配置策略下组合式谐振变换器中各模块的开关频率；
根据所述组合式谐振变换器中各模块的开关频率确定所述组合式谐振变换器各模块的输出侧直流母线电压增益；
利用所述组合式谐振变换器各模块的输出侧直流母线电压增益调节所述组合式谐振变换器的输出侧直流母线电压。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述各电压等级直流母线间组合式谐振变换器的配置策略包括：
高压直流母线到中压直流母线之间配置输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器；
大规模可再生能源发电单元到中压直流母线之间配置输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器；
中压直流母线到低压直流母线之间配置输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各电压等级直流母线间组合式谐振变换器的配置策略确定各配置策略下组合式谐振变换器中各模块的开关频率，包括：
根据各配置策略下组合式谐振变换器的电压和各模块的电压确定组合式谐振变换器中各模块的电压均衡开关频率；
根据各配置策略下组合式谐振变换器的电流和各模块的电压确定组合式谐振变换器中各模块的功率均衡开关频率。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据各配置策略下组合式谐振变换器的电压和各模块的电压确定组合式谐振变换器中各模块的电压均衡开关频率，包括：
根据组合式谐振变换器的输出电压与输出电压参考值的差值获取电压控制基础开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器或输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器，则根据组合式谐振变换器的输入电压平均值与组合式谐振变换器中各模块的输入电压的差值确定相应模块的频率矫正量，并将所述频率矫正量与电压控制基础开关频率进行叠加，获取相应模块的电压均衡开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器，则根据组合式谐振变换器的输出电压平均值与组合式谐振变换器中各模块的输出电压确定相应模块的频率矫正量，并将所述频率矫正量与电压控制基础开关频率相减，获取相应模块的电压均衡开关频率。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据各配置策略下组合式谐振变换器的电流和各模块的电压确定组合式谐振变换器中各模块的功率均衡开关频率，包括：
根据组合式谐振变换器的输出电流与输出电流参考值的差值获取功率控制基础开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器或输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器，则根据组合式谐振变换器的输入电压平均值与其模块输入电压的电压差值确定模块的频率矫正量，并将所述频率矫正量与功率控制基础开关频率进行叠加，获取该模块的功率均衡开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器，则根据组合式谐振变换器的输出电压平均值与其模块输出电压的差值确定模块的频率矫正量，并将所述频率矫正量与功率控制基础开关频率相减，获取该模块的功率均衡开关频率。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述组合式谐振变换器中各模块的开关频率确定所述组合式谐振变换器各模块的输出侧直流母线电压增益，包括：
按下式确定所述组合式谐振变换器第j个模块输出侧直流母线电压增益H(k,Q,fn)j：
其中，k为电感系数，Q为品质因数，fnj为组合式谐振变换器第j个模块的归一化频率，j∈(1,m)，m为组合式谐振变换器内模块的数量，Lm为变压器励磁电感，Lr为变压器谐振电感，Cr为变压器谐振电容，Req为谐振变换器耦合到一次侧的等效交流负载，n为变压器变比，fsj为组合式谐振变换器的第j个模块的开关频率，fr为组合式谐振变换器的谐振频率。
7.一种直流配电网电压控制系统，其特征在于，所述系统包括：
第一确定模块，用于根据各电压等级直流母线间组合式谐振变换器的配置策略确定各配置策略下组合式谐振变换器中各模块的开关频率；
第二确定模块，用于根据所述组合式谐振变换器中各模块的开关频率确定所述组合式谐振变换器输出侧直流母线电压增益；
执行模块，用于利用所述组合式谐振变换器输出侧直流母线电压增益调节所述组合式谐振变换器输出侧直流母线电压。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述各电压等级直流母线间组合式谐振变换器的配置策略包括：
高压直流母线到中压直流母线之间配置输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器；
大规模可再生能源发电单元到中压直流母线之间配置输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器；
中压直流母线到低压直流母线之间配置输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一确定模块，包括：
第一确定单元，用于根据各配置策略下组合式谐振变换器的电压和各模块的电压确定组合式谐振变换器中各模块的电压均衡开关频率；
第二确定单元，用于根据各配置策略下组合式谐振变换器的电流和各模块的电压确定组合式谐振变换器中各模块的功率均衡开关频率。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一确定单元，用于：
根据组合式谐振变换器的输出电压与输出电压参考值的差值获取电压控制基础开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器或输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器，则根据组合式谐振变换器的输入电压平均值与组合式谐振变换器中各模块的输入电压的差值确定相应模块的频率矫正量，并将所述频率矫正量与电压控制基础开关频率进行叠加，获取相应模块的电压均衡开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器，则根据组合式谐振变换器的输出电压平均值与组合式谐振变换器中各模块的输出电压确定相应模块的频率矫正量，并将所述频率矫正量与电压控制基础开关频率相减，获取相应模块的电压均衡开关频率。
11.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述根据各配置策略下组合式谐振变换器的电流和各模块的电压确定组合式谐振变换器中各模块的功率均衡开关频率，包括：
根据组合式谐振变换器的输出电流与输出电流参考值的差值获取功率控制基础开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出串联结构的组合式谐振变换器或输入并联输出串联结构的组合式谐振变换器，则根据组合式谐振变换器的输入电压平均值与其模块输入电压的电压差值确定模块的频率矫正量，并将所述频率矫正量与功率控制基础开关频率进行叠加，获取该模块的功率均衡开关频率；
若所述组合式谐振变换器为输入串联输出并联结构的组合式谐振变换器，则根据组合式谐振变换器的输出电压平均值与其模块输出电压的差值确定模块的频率矫正量，并将所述频率矫正量与功率控制基础开关频率相减，获取该模块的功率均衡开关频率。
12.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第二确定模块，用于：
按下式确定所述组合式谐振变换器对应模块输出侧直流母线电压增益H(k,Q,fn)j：
其中，k为组合式谐振变换器的电感系数，Q为组合式谐振变换器的品质因数，fnj为组合式谐振变换器第j个模块的归一化频率，j∈(1,m)，m为组合式谐振变换器内模块的数量，Lm为变压器励磁电感，Lr为变压器谐振电感，Cr为变压器谐振电容，Req为谐振变换器耦合到一次侧的等效交流负载，n为变压器变比，fsj为组合式谐振变换器的第j个模块的开关频率，fr为组合式谐振变换器的谐振频率。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181023 |