CN109412136B - 一种中低压直流供电系统稳定装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了智能电网领域内的一种中低压直流供电系统稳定装置，包括功率潮流可逆的隔离型直流‑直流变换器和四象限直流‑直流变换器，隔离型直流‑直流变换器从直流母线取电，输出稳定的直流电压给四象限直流‑直流变换器，四象限直流‑直流变换器的输出接在直流母线和负载之间，可以在正常供电与稳定控制两个模式间切换，只消耗部分功率，相对于无源阻尼和专用的稳定装置而言，无额外投资且运行效率高，可用于智能电网中。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流供电系统，特别涉及一种中低压直流供电系统稳定装置。
背景技术
直流功率传输技术是目前大功率电能传输的主要手段之一，其优点在于其传输电功率不受传输线路的电感影响，避免了交流输电系统中无功电流影响传输效率的情况。迄今为止，直流输配电多采用放射式的模式，即一个发电节点带多个落点；尚未形成多直流输电网。在配电领域，直流配电目前主要用于集中式的用电环境，例如飞机电力系统和大功率通信电源系统。
目前，解决直流供电系统稳定性的方法包括两种，1. 利用无源阻尼装置，如串联阻容，的方式进行直流母线稳定，由于稳定性问题本质上是能量流动导致的谐振，所以无源阻尼方式会导致装置的发热及其元器件稳定问题；2. 利用专用的双向的储能元件进行直流母线稳定控制，其问题在于需要额外增加此类专用设备的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种中低压直流供电系统稳定装置及其控制方法及切换方法，可以在正常供电与稳定控制两个模式间切换，只消耗部分功率，相对于无源阻尼和专用的稳定装置而言，无额外投资且运行效率高。
本发明的目的是这样实现的：一种中低压直流供电系统稳定装置，包括功率潮流可逆的隔离型直流-直流变换器和四象限直流-直流变换器，所述隔离型直流-直流变换器从直流母线取电，输出稳定的直流电压给四象限直流-直流变换器，四象限直流-直流变换器的输出接在直流母线和负载之间。
作为本发明的进一步限定，所述隔离型直流-直流变换器通过反馈控制维持其输出直流电压稳定并供电给四象限直流-直流变换器，负载为阻性负载或者为电化学储能装置。
一种中低压直流供电系统稳定控制方法，其采用中低压直流供电系统稳定装置，包括两种工作模式，分别为功率传输模式和直流母线稳定模式；
功率传输模式下控制方法为：功率潮流可逆的隔离型直流-直流变换器通过闭环控制其输出电压稳定，四象限直流-直流变换器根据调度指令利用PID控制方法控制其输出电流的大小及其在直流母线和负载之间流动方向，当电流由直流母线流向负载时，直流母线为负载提供功率，当电流由负载流向直流母线时，负载进行能量的回馈；
直流母线稳定模式下控制方法为：根据直流母线电压与设定参考电压的误差生成四象限直流-直流变换器的占空比指令，控制直流母线电压稳定。
作为本发明的进一步限定，所述占空比指令由数字谐振控制器发出，数字谐振控制器输入信号包括设定参考电压、直流母线电压；所述数字谐振控制器的谐振频率的调整方式为：通过频率追踪模块采集隔离放大后的直流母线电压，频率追踪模块输出直流母线电压振荡的中心频率，并以前一谐振频率的1/10的刷新率调整数字谐振控制器的谐振频率。
作为本发明的进一步限定，直流母线电压的采集通过测量模块进行采集，并进行隔离放大后一方面送入频率追踪模块，一方面送入有效值测量模块，有效值测量模块输出与设定参考电压比较的直流母线电压。
作为本发明的进一步限定，还包括两种工作模式切换方法，具体为：初始状态在功率传输模式下，装置接入点之间的电流是被控量，通过闭环电流控制可以在负载和直流母线之间双向传输能量；当测量直流母线纹波有效值超过设定值一定时间后，切换为直流母线稳定模式。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1. 两级式串联变换器结构可以利用直流微网内的自然负载资源，如电动汽车电池和阻性加热负载，进行振荡能量的阻尼继而稳定直流微网电压；借助模式切换方法，装置可以在正常供电与稳定控制两个模式间切换；
2. 在利用储能负载进行电压稳定，本装置只消耗部分功率，相对于无源阻尼和专用的稳定装置而言，无额外投资且运行效率高；
3. 提出了振荡频率跟踪的控制方法，在直流网不同带载工况下，进行振荡频率的跟踪消除。
附图说明
图1为中低压直流供电系统稳定装置结构原理图。
图2位中低压直流供电系统稳定装置应用状态图。
图3位中低压直流供电系统稳定控制方法中直流母线稳定模式下控制方法逻辑图。
其中，1隔离型直流-直流变换器，2四象限直流-直流变换器，3直流母线，4负载，5中低压直流供电系统稳定装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1-2所示的一种中低压直流供电系统稳定装置，包括功率潮流可逆的隔离型直流-直流变换器1和四象限直流-直流变换器2，隔离型直流-直流变换器1从直流母线3取电，输出稳定的直流电压给四象限直流-直流变换器2，四象限直流-直流变换器2的输出接在直流母线3和负载4之间，隔离型直流-直流变换器1通过反馈控制维持其输出直流电压稳定并供电给四象限直流-直流变换器2，负载4为阻性负载4或者为电化学储能装置。
实施例2
一种中低压直流供电系统稳定控制方法，其采用中低压直流供电系统稳定装置5，包括两种工作模式，分别为功率传输模式和直流母线3稳定模式；
功率传输模式下控制方法为：功率潮流可逆的隔离型直流-直流变换器1通过闭环控制其输出电压稳定，四象限直流-直流变换器2根据调度指令利用PID控制方法控制其输出电流的大小及其在直流母线3和负载4之间流动方向，当电流由直流母线3流向负载4时，直流母线3为负载4提供功率，当电流由负载4流向直流母线3时，负载4进行能量的回馈；
如图3所示，直流母线3稳定模式下控制方法为：以直流母线3振荡最小为目标，进行闭环的母线电压振荡控制；Vref为给定参考值，C1为数字谐振控制器，根据直流母线3的误差生成四象限直流-直流变换器2的占空比指令，C2为由直流母线3、本装置5和负载4组成的对象，其输入是占空比指令，输出是直流母线3接入点的电压，C5是测量环节，功能是测量直流母线3电压并进行直流隔离并放大；C3是直流母线3电压波动量频率追踪模块，输出直流母线3电压振荡的中心频率，并以前一谐振频率的1/10的刷新率调整C1数字谐振控制器的谐振频率，使其能够放大直流母线3的振荡频率的误差信号用于振荡抑制。C4是有效值测量模块，计算测量环节输出的信号有效值，继而与控制系统的参考值Vref比较。
实施例3
一种中低压直流供电系统工作模式切换方法，其采用中低压直流供电系统稳定装置5及其控制方法，初始状态在功率传输模式下，装置接入点之间的电流是被控量，通过闭环电流控制可以在负载4和直流母线3之间双向传输能量；当测量直流母线3纹波有效值超过设定值一定时间后，切换为直流母线3稳定模式。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (3)
1.一种中低压直流供电系统稳定控制方法，其采用中低压直流供电系统稳定装置，包括功率潮流可逆的隔离型直流-直流变换器和四象限直流-直流变换器，所述隔离型直流-直流变换器从直流母线取电，输出稳定的直流电压给四象限直流-直流变换器，四象限直流-直流变换器的输出接在直流母线和负载之间，所述隔离型直流-直流变换器通过反馈控制维持其输出直流电压稳定并供电给四象限直流-直流变换器，负载为阻性负载或者为电化学储能装置，其特征在于，包括两种工作模式，分别为功率传输模式和直流母线稳定模式；
功率传输模式下控制方法为：功率潮流可逆的隔离型直流-直流变换器通过闭环控制其输出电压稳定，四象限直流-直流变换器根据调度指令利用PID控制方法控制其输出电流的大小及其在直流母线和负载之间流动方向，当电流由直流母线流向负载时，直流母线为负载提供功率，当电流由负载流向直流母线时，负载进行能量的回馈；
直流母线稳定模式下控制方法为：根据直流母线电压与设定参考电压的误差生成四象限直流-直流变换器的占空比指令，控制直流母线电压稳定，所述占空比指令由数字谐振控制器发出，数字谐振控制器输入信号包括设定参考电压、直流母线电压；所述数字谐振控制器的谐振频率的调整方式为：通过频率追踪模块采集隔离放大后的直流母线电压，频率追踪模块输出直流母线电压振荡的中心频率，并以前一谐振频率的1/10的刷新率调整数字谐振控制器的谐振频率。
2.根据权利要求1所述的一种中低压直流供电系统稳定控制方法，其特征在于，直流母线电压的采集通过测量模块进行采集，并进行隔离放大后一方面送入频率追踪模块，一方面送入有效值测量模块，有效值测量模块输出与设定参考电压比较的直流母线电压。
3.根据权利要求1所述的一种中低压直流供电系统稳定控制方法，其特征在于，还包括两种工作模式切换方法，具体为：初始状态在功率传输模式下，装置接入点之间的电流是被控量，通过闭环电流控制可以在负载和直流母线之间双向传输能量；当测量直流母线纹波有效值超过设定值一定时间后，切换为直流母线稳定模式。
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