CN109921407B - 一种面向直流微电网电流分配的二次调控器、系统和方法 - Google Patents

一种面向直流微电网电流分配的二次调控器、系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种面向直流微电网电流分配的二次调控器、系统和方法，其中，二次调控方法包括：根据直流总线电压和直流微电网的额定电压计算电压误差，根据直流微电网中本地电源端与通信网络中邻居电源端的输出电流计算电流误差；比较直流微电网运行过程中的电压误差和电流误差，当电压误差较大时选择电压反馈控制器的输出信号作为二次调控信号，当电流误差较大时选择电流反馈控制器的输出信号作为二次调控信号；利用二次调控信号对一次控制器的输出信号进行补偿后，给直流微电网中本地电源端的转换器中的开关元件提供脉冲宽度调制信号，实现直流总线电压维持在直流微电网的额定电压以及直流微电网中电源端的输出电流精确的比例分配。

Description

一种面向直流微电网电流分配的二次调控器、系统和方法
技术领域
本发明属于直流微电网的调控领域，更具体地，涉及一种面向直流微电网电流分配的二次调控器、系统和方法。
背景技术
随着分布式直流发电装置的普及和固有直流负载供电需求的增加，直流微电网因其结构简单、可控性好等特点吸引了来自学术界和工业界的广泛关注。其中，针对直流微电网中分布式发电装备这类具备多供电端特征的供电系统，功率的合理分配和总线电压的精确调控成为了直流微电网运行的基本保障。尽管传统的下垂控制以一种分散式的控制结构调控直流微电网，但由于未知的传输阻抗及下垂行为因素，无法同时保障输出电流的精确配比且维持直流总线电压。另一方面，由于转换器工作在输出电压控制模式下，同时引入电流配比和总线电压的反馈控制信号反倒会引起两个控制目标互相干扰的情况。
由此可见，现有技术存在无法同时实现精确的供电配比和总线电压调控的技术问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种面向直流微电网电流分配的二次调控器、系统和方法，由此解决现有技术存在无法同时实现精确的供电配比和总线电压调控的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种面向直流微电网电流分配的二次调控器，包括：电压反馈控制器、电流反馈控制器和监控器，
所述电压反馈控制器，用于调节直流总线电压维持在直流微电网的额定电压，产生电压反馈控制器的输出信号；
所述电流反馈控制器，用于调节直流微电网中电源端的输出电流的配比，产生电流反馈控制器的输出信号；
所述监控器，用于比较直流微电网运行过程中的电压误差和电流误差，当电压误差较大时选择电压反馈控制器的输出信号作为二次调控信号，当电流误差较大时选择电流反馈控制器的输出信号作为二次调控信号。
按照本发明的另一方面，提供了一种面向直流微电网电流分配的二次调控器的调控方法，包括：
根据直流总线电压和直流微电网的额定电压计算电压误差，根据直流微电网中本地电源端与通信网络中邻居电源端的输出电流计算电流误差；
比较直流微电网运行过程中的电压误差和电流误差，当电压误差较大时选择电压反馈控制器的输出信号作为二次调控信号，当电流误差较大时选择电流反馈控制器的输出信号作为二次调控信号。
进一步地，电压误差为：eV(t)＝Vbus(t)-Vrated，其中，eV(t)为t时刻的电压误差，Vbus(t)为t时刻的直流总线电压，Vtated为直流微电网的额定电压。
进一步地，电流误差为：
Figure BDA0001977554500000021
其中，eI，i(t)为t时刻第i个转换器的电流误差，di是直流微电网中本地电源端的第i个转换器的输出电流的配比，dj是通信网络中邻居电源端的第j个转换器的输出电流的配比，Ni为通信网络中邻居电源端的集合，Ii(t)和Ij(t)分别为t时刻第i个和第j个转换器的输出电流。
进一步地，电压反馈控制器的输出信号为：
Figure BDA0001977554500000031
其中，ui，1(t)为电压反馈控制器的输出信号，δi，1(t)为电压反馈控制器内部的计算变量，
Figure BDA0001977554500000034
表示对δi，1(t)进行微分计算，α为电压反馈控制器的反馈增益。
进一步地，电流反馈控制器的输出信号为：
Figure BDA0001977554500000032
其中，ui，2(t)为电流反馈控制器的输出信号，δi，2(t)为电流反馈控制器内部的计算变量，
Figure BDA0001977554500000033
表示对δi，2(t)进行微分计算，β为电流反馈控制器的反馈增益。
按照本发明的另一方面，提供了一种面向直流微电网电流分配的二次调控系统，包括：二次控制器和一次控制器，
所述二次控制器为一种面向直流微电网电流分配的二次调控器，用于利用二次调控信号对一次控制器的输出信号进行补偿；
所述一次控制器，用于二次调控器对其补偿后给直流微电网电源端的转换器中的开关元件提供脉冲宽度调制信号，实现直流总线电压维持在直流微电网的额定电压以及直流微电网中电源端的输出电流的比例分配。
按照本发明的另一方面，提供了一种面向直流微电网电流分配的二次调控系统的二次调控方法，包括：
根据直流总线电压和直流微电网的额定电压计算电压误差，根据直流微电网中本地电源端与通信网络中邻居电源端的输出电流计算电流误差；
比较直流微电网运行过程中的电压误差和电流误差，当电压误差较大时选择电压反馈控制器的输出信号作为二次调控信号，当电流误差较大时选择电流反馈控制器的输出信号作为二次调控信号；
利用二次调控信号对一次控制器的输出信号进行补偿后，给直流微电网中本地电源端的转换器中的开关元件提供脉冲宽度调制信号，实现直流总线电压维持在直流微电网的额定电压以及直流微电网中电源端的输出电流的比例分配。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明的二次调控器包括电压反馈控制器、电流反馈控制器和监控器，结构简单，且可以根据误差大小切换控制器，将电流反馈与电压反馈分开，从而同时实现精确的供电配比和总线电压调控。
(2)相比现有的控制方法而言，本发明二次调控器所提出的方法实现了精确的控制效果，并且切换控制能够使直流微电网中各电源端的转换器根据实际情况灵活地选取相应的调控模式，从而促使直流微电网更有效的运行。
(3)相比现有的二次控制方法而言，本发明方法不仅能够实现精确的供电配比，且始终使总线电压在负载切换后能够快速恢复到额定电压值；在调控过程中，每个本地控制器能够实现十分灵活地选择反馈控制模式，然后利用二次调控信号对一次控制器的输出信号进行补偿，实现对输出电流配比和总线电压反馈控制信号的灵活选取，对实现直流微电网高效稳定的运行有着重要的意义。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种面向直流微电网电流分配的二次调控系统的结构图；
图2是本发明实施例提供的一种面向直流微电网电流分配的二次调控器的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，转换器为DC/DC转换器，第i个转换器表示直流微电网中本地电源端的第i个转换器，第j个转换器表示通信网络中邻居电源端的第j个转换器，Vi和Ii分别为第i个DC/DC转换器的输出电压和输出电流，直流总线电压为Vbus，供电端的额定电压为Vs，传输线的阻抗个感抗分别为Ri和Xi。一种面向直流微电网电流分配的二次调控系统为分层控制框架，包括一次控制器和二次控制器，其中一次控制器包含电压电流双闭环PI控制和下垂控制。在一次控制器中，传递给双闭环PI控制器的参考电压
Figure BDA0001977554500000056
提供了调控整个直流微网的接口。参考电压为：
Figure BDA0001977554500000051
其中，Vrated为直流微电网的额定电压，RD，i为下垂控制系数，ui(t)为二次控制信号。
直流微电网的电流分配控制有两个控制目标：其一是总线电压持在额定电压值，即满足Vbus＝Vrated；其二是电流分配满足精确的配比，既对任意两个DC/DC转换器i和j满足Ii∶Ij＝di∶dj，其中di是第i个转换器输出电流的配比。同时直流微电网的潮流方程为：
Figure BDA0001977554500000052
其中，直流微电网的分布式发电端采用集合
Figure BDA0001977554500000053
表示，负载采用集合
Figure BDA0001977554500000054
表示，
Figure BDA0001977554500000055
为第i个负载的电阻值。
一种面向直流微电网电流分配的二次调控系统，包括：二次控制器和一次控制器，
所述二次控制器为一种面向直流微电网电流分配的二次调控器，用于利用二次调控信号对一次控制器的输出信号进行补偿；
所述一次控制器，用于二次调控器对其补偿后给直流微电网中本地电源端的转换器中的开关元件提供脉冲宽度调制信号，实现直流总线电压维持在直流微电网的额定电压以及直流微电网中电源端的输出电流的比例分配满足Ii∶Ij＝di∶dj。
一种面向直流微电网电流分配的二次调控系统的二次调控方法，包括：
根据直流总线电压和直流微电网的额定电压计算电压误差，根据直流微电网中本地电源端与通信网络中邻居电源端的输出电流计算电流误差；
比较直流微电网运行过程中的电压误差和电流误差，当电压误差较大时选择电压反馈控制器的输出信号作为二次调控信号，当电流误差较大时选择电流反馈控制器的输出信号作为二次调控信号；
利用二次调控信号对一次控制器的输出信号进行补偿后，给直流微电网电源端的转换器中的开关元件提供脉冲宽度调制信号，实现直流总线电压维持在直流微电网的额定电压以及直流微电网中电源端的输出电流的比例分配。
如图2所示，一种面向直流微电网电流分配的二次调控器，包括：电压反馈控制器、电流反馈控制器和监控器，
所述电压反馈控制器，用于调节直流总线电压维持在直流微电网的额定电压，产生电压反馈控制器的输出信号；
所述电流反馈控制器，用于调节直流微电网中电源端的输出电流的配比，产生电流反馈控制器的输出信号；
所述监控器，用于比较直流微电网运行过程中的电压误差和电流误差，当电压误差较大时选择电压反馈控制器的输出信号作为二次调控信号，当电流误差较大时选择电流反馈控制器的输出信号作为二次调控信号。
一种面向直流微电网电流分配的二次调控器的调控方法，包括：
根据直流总线电压和直流微电网的额定电压计算电压误差，根据直流微电网中本地电源端与通信网络中邻居电源端的输出电流计算电流误差；
比较直流微电网运行过程中的电压误差和电流误差，当电压误差较大时选择电压反馈控制器的输出信号作为二次调控信号，当电流误差较大时选择电流反馈控制器的输出信号作为二次调控信号。
进一步地，电压误差为：eV(t)＝Vbus(t)-Vrated，其中，eV(t)为t时刻的电压误差，Vbus(t)为t时刻的直流总线电压，Vtated为直流微电网的额定电压。
进一步地，电流误差为：
Figure BDA0001977554500000071
其中，eI，i(t)为t时刻第i个转换器的电流误差，di和dj分别是第i个和第j个转换器的输出电流的配比，Ni为通信网络中邻居电源端的集合，Ii(t)和Ij(t)分别为t时刻第i个和第j个转换器的输出电流。
进一步地，电压反馈控制器的输出信号为：
Figure BDA0001977554500000072
其中，ui，1(t)为电压反馈控制器的输出信号，δi，1(t)为电压反馈控制器内部的计算变量，
Figure BDA0001977554500000073
表示对δi，1(t)进行微分计算，α为电压反馈控制器的反馈增益，α＞0。
进一步地，电流反馈控制器的输出信号为：
Figure BDA0001977554500000074
其中，ui，2(t)为电流反馈控制器的输出信号，δi，2(t)为电流反馈控制器内部的计算变量，
Figure BDA0001977554500000075
表示对δi，2(t)进行微分计算，β为电流反馈控制器的反馈增益，β＞0。
二次控制信号为：
Figure BDA0001977554500000081
其中，切换条件为
Figure BDA0001977554500000082
γ是一个大于0的增益常数。该监控器的原理是通过比较电流误差eI，i(t)和电压误差eV(t)的大小，选取误差相对较大的与其对应的反馈控制器来调控。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种面向直流微电网电流分配的二次调控器的调控方法，其特征在于，所述二次调控器包括：电压反馈控制器、电流反馈控制器和监控器，
所述电压反馈控制器，用于调节直流总线电压维持在直流微电网的额定电压，产生电压反馈控制器的输出信号；
所述电流反馈控制器，用于调节直流微电网中电源端的输出电流的配比，产生电流反馈控制器的输出信号；
所述监控器，用于比较直流微电网运行过程中的电压误差和电流误差，当电压误差较大时选择电压反馈控制器的输出信号作为二次调控信号，当电流误差较大时选择电流反馈控制器的输出信号作为二次调控信号；
所述调控方法包括：
根据直流总线电压和直流微电网的额定电压计算电压误差，根据直流微电网中本地电源端与通信网络中邻居电源端的输出电流计算电流误差；
比较直流微电网运行过程中的电压误差和电流误差，当|eV(t)|-γ|eI,i(t)|≥0时选择电压反馈控制器的输出信号作为二次调控信号，当|eV(t)|-γ|eI,i(t)|＜0时选择电流反馈控制器的输出信号作为二次调控信号；γ是一个大于0的增益常数，eI,i(t)为t时刻第i个转换器的电流误差，eV(t)为t时刻的电压误差；
所述电流反馈控制器的输出信号为：
Figure FDA0002801592880000011
其中，ui,2(t)为电流反馈控制器的输出信号，δi,2(t)为电流反馈控制器内部的计算变量，
Figure FDA0002801592880000012
表示对δi,2(t)进行微分计算，β为电流反馈控制器的反馈增益，β＞0，di是直流微电网中本地电源端的第i个转换器的输出电流的配比，dj是通信网络中邻居电源端的第j个转换器的输出电流的配比，Ni为通信网络中邻居电源端的集合，Ii(t)和Ij(t)分别为t时刻第i个和第j个转换器的输出电流。
2.如权利要求1所述的一种面向直流微电网电流分配的二次调控器的调控方法，其特征在于，所述电压误差为：eV(t)＝Vbus(t)-Vrated，其中，Vbus(t)为t时刻的直流总线电压，Vrated为直流微电网的额定电压。
3.如权利要求1或2所述的一种面向直流微电网电流分配的二次调控器的调控方法，其特征在于，所述电流误差为：
Figure FDA0002801592880000021
4.如权利要求1或2所述的一种面向直流微电网电流分配的二次调控器的调控方法，其特征在于，所述电压反馈控制器的输出信号为：
Figure FDA0002801592880000022
其中，ui,1(t)为电压反馈控制器的输出信号，δi,1(t)为电压反馈控制器内部的计算变量，
Figure FDA0002801592880000023
表示对δi,1(t)进行微分计算，α为电压反馈控制器的反馈增益。
5.一种面向直流微电网电流分配的二次调控系统的二次调控方法，其特征在于，所述二次调控系统包括：二次控制器和一次控制器，
所述二次控制器为权利要求1所述的二次调控器，用于利用二次调控信号对一次控制器的输出信号进行补偿；
所述一次控制器，用于二次调控器对其补偿后给直流微电网中本地电源端的转换器中的开关元件提供脉冲宽度调制信号，实现直流总线电压维持在直流微电网的额定电压以及直流微电网中电源端的输出电流的比例分配；
所述二次调控方法包括：
利用权利要求1所述的调控方法调控得到的二次调控信号对一次控制器的输出信号进行补偿后，给直流微电网中本地电源端的转换器中的开关元件提供脉冲宽度调制信号，实现直流总线电压维持在直流微电网的额定电压以及直流微电网中电源端的输出电流的比例分配。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112531723A (zh) * 2020-12-03 2021-03-19 华中科技大学 一种辐射状配电网的电压调节方法和装置
CN113541124B (zh) * 2021-06-25 2023-05-23 哈尔滨工业大学（深圳） 直流微电网电压电流分布式折中控制系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104953625A (zh) * 2015-06-08 2015-09-30 浙江大学 一种基于二次电压控制的微电网中分布式电源无功功率分配方法
CN108376999A (zh) * 2018-04-02 2018-08-07 浙江工业大学 一种考虑孤岛运行时间不确定性的多微网故障管理方法
CN109327042A (zh) * 2018-09-27 2019-02-12 南京邮电大学 一种微电网多能源联合优化调度方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8762196B2 (en) * 2011-07-20 2014-06-24 Nec Laboratories America, Inc. Systems and methods for optimizing microgrid capacity and storage investment under environmental regulations

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104953625A (zh) * 2015-06-08 2015-09-30 浙江大学 一种基于二次电压控制的微电网中分布式电源无功功率分配方法
CN108376999A (zh) * 2018-04-02 2018-08-07 浙江工业大学 一种考虑孤岛运行时间不确定性的多微网故障管理方法
CN109327042A (zh) * 2018-09-27 2019-02-12 南京邮电大学 一种微电网多能源联合优化调度方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Distributed Iterative Learning Framework for DC Microgrids：Current Sharing and Voltage Regulation;Xiao-Kang Liu;《IEEE Transactions on Emerging Topics in Computational Intelligence》;20180820;第119页-第129页 *
Distributed Hybrid Secondary Control for a DC Microgrid via Discrete-Time Interaction;Xiao-Kang Liu;《IEEE Transactions on Energy Conversion》;20180625;第1865页-第1875页 *

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