CN110365005B - 一种用于直流微网系统的虚拟控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于直流微网系统的虚拟控制器，系统中各功率接口控制器均根据直流母线电压的实测值确定其属于预设电压层级的哪一个目标电压层级，以基于预设层级模式对应关系自动选择各功率接口设备对应的目标工作模式，即相当于设置了一个基于直流母线电压信号的虚拟控制器，虚拟控制器的控制指令由直流母线通过母线电压信号传递给各功率接口控制器，从而由虚拟控制器和各功率接口控制器共同完成分层协调控制策略。可见，本申请采用虚拟控制器技术简化了系统结构，且在无实际通信线的情况下利用直流母线电压作为虚拟控制器与各功率接口控制器的通信信号，实现了分层协调控制。

Description

一种用于直流微网系统的虚拟控制器

技术领域

本发明涉及新能源领域，特别是涉及一种用于直流微网系统的虚拟控制器。

背景技术

随着煤炭、天然气等传统一次能源的日益枯竭，可再生能源得到广泛应用，以可再生能源为主的分布式发电技术在近年来得到快速发展。由于以光伏、风力发电为代表的分布式能源发电受环境因素影响大，具有间歇性、波动性的特点，其直接并网对电网冲击大，影响电能质量，且接入成本高，所以为解决此问题并充分发挥分布式能源效益，分布式能源设备多采用直流微网形式运行和并入电网。

直流微网系统是以直流配电形式，将各分布式能源设备、储能设备、负载接入直流母线，具有效率高、成本低等优点。现有技术中，直流微网系统的协调控制主要采用主从控制方法，即直流微网系统中某一设备作为主设备，其余设备作为从设备，主设备与每个从设备之间均连有通信线，以依赖高速通信实现系统协调控制。但直流微网系统中设备的数量较多，即通信线的数量较多，从而导致系统结构较为复杂，可靠性较差。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于直流微网系统的虚拟控制器，采用虚拟控制器技术简化了系统结构，且在无实际通信线的情况下利用直流母线电压作为虚拟控制器与各功率接口控制器的通信信号，实现了分层协调控制。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于直流微网系统的虚拟控制器，所述直流微网系统包括直流母线、新能源发电设备、电能储存设备及接入所述直流母线的负载；所述直流微网系统还包括：

分别与所述直流母线和所述新能源发电设备连接、包含有第一功率接口控制器的第一功率接口设备；

分别与所述直流母线和所述电能储存设备连接、包含有第二功率接口控制器的第二功率接口设备；

分别与所述直流母线和电网连接、包含有第三功率接口控制器的第三功率接口设备；

其中，所述虚拟控制器通过将所属直流母线的电压划分为不同电压层级，并在不同电压层级下将第一、第二和第三功率接口设备设为不同工作模式，来实现所属直流微网系统的稳定运行；所述电压层级包括第一电压层级UH3>Udc≥UH2、第二电压层级UH2>Udc≥UH1、第三电压层级UH1>Udc≥U0、第四电压层级U0>Udc≥UL1及第五电压层级UL1>Udc≥UL2；所述工作模式包括电压控制模式和电流控制模式；其中，UH3、UH2、UH1、U0、UL1、UL2为电压层级的划分临界值，Udc为所述母线电压的实测值，U0为所述直流母线的额定电压，UH3为系统正常运行时所允许的最高母线电压，UL2为系统正常运行时所允许的最低母线电压；在第一、第二、第三、第四和第五电压层级中的任意一种电压层级中，第一、第二和第三功率接口设备中只有一种功率接口设备工作在电压控制模式，其余功率接口设备均工作在电流控制模式或停止工作；

所述虚拟控制器的控制指令由所述直流母线通过母线电压信号传递至各功率接口控制器，则各功率接口控制器均用于实时检测所述直流母线的母线电压，并根据预设电压层级确定所述母线电压所属的目标电压层级；根据预设层级模式对应关系确定对应功率接口设备在所述目标电压层级下对应的目标工作模式，并控制对应功率接口设备在所述目标工作模式下工作。

优选地，当所述母线电压属于所述第一电压层级时，所述第一功率接口控制器具体用于利用预设下垂控制算法控制所述第一功率接口设备工作在用于稳定所述母线电压的电压控制模式；

所述第二功率接口控制器具体用于控制所述第二功率接口设备工作在恒功率充电控制的电流控制模式；

所述第三功率接口控制器具体用于控制所述第三功率接口设备工作在逆变型恒功率控制的电流控制模式。

优选地，当所述母线电压属于所述第二电压层级时，所述第一功率接口控制器具体用于控制所述第一功率接口设备工作在最大功率跟踪控制的电流控制模式；

所述第二功率接口控制器具体用于控制所述第二功率接口设备工作在恒功率充电控制的电流控制模式；

所述第三功率接口控制器具体用于利用预设逆变型下垂控制算法控制所述第三功率接口设备工作在用于稳定所述母线电压的电压控制模式。

优选地，当所述母线电压属于所述第三电压层级时，所述第一功率接口控制器具体用于控制所述第一功率接口设备工作在最大功率跟踪控制的电流控制模式；

所述第二功率接口控制器具体用于利用预设充电型下垂控制算法控制所述第二功率接口设备工作在用于稳定所述母线电压的电压控制模式；

所述第三功率接口控制器具体用于控制所述第三功率接口设备停止工作。

优选地，当所述母线电压属于所述第四电压层级时，所述第一功率接口控制器具体用于控制所述第一功率接口设备工作在最大功率跟踪控制的电流控制模式；

所述第二功率接口控制器具体用于利用预设放电型下垂控制算法控制所述第二功率接口设备工作在用于稳定所述母线电压的电压控制模式；

所述第三功率接口控制器具体用于控制所述第三功率接口设备停止工作。

优选地，当所述母线电压属于所述第五电压层级时，所述第一功率接口控制器具体用于控制所述第一功率接口设备工作在最大功率跟踪控制的电流控制模式；

所述第二功率接口控制器具体用于控制所述第二功率接口设备工作在恒功率放电控制的电流控制模式；

所述第三功率接口控制器具体用于利用预设整流型下垂控制算法控制所述第三功率接口设备工作在用于稳定所述母线电压的电压控制模式。

本发明提供了一种用于直流微网系统的虚拟控制器，系统中各功率接口控制器均根据直流母线电压的实测值确定其属于预设电压层级的哪一个目标电压层级，以基于预设层级模式对应关系自动选择各功率接口设备对应的目标工作模式，即相当于设置了一个基于直流母线电压信号的虚拟控制器，虚拟控制器的控制指令由直流母线通过母线电压信号传递给各功率接口控制器，从而由虚拟控制器和各功率接口控制器共同完成分层协调控制策略。可见，本申请采用虚拟控制器技术简化了系统结构，且在无实际通信线的情况下利用直流母线电压作为虚拟控制器与各功率接口控制器的通信信号，实现了分层协调控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种直流微网系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种如图1所示直流微网系统中各功率单元的功率与母线电压的关系图；

图3为本发明实施例提供的一种直流微网系统的具体结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种用于直流微网系统的虚拟控制器，采用虚拟控制器技术简化了系统结构，且在无实际通信线的情况下利用直流母线电压作为虚拟控制器与各功率接口控制器的通信信号，实现了分层协调控制。

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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种直流微网系统的结构示意图。

本申请提供了一种用于直流微网系统的虚拟控制器，由图1可知，直流微网系统包括：直流母线、新能源发电设备1、电能储存设备2及接入直流母线的负载3；直流微网系统还包括：

分别与直流母线和新能源发电设备1连接、包含有第一功率接口控制器的第一功率接口设备4；

分别与直流母线和电能储存设备2连接、包含有第二功率接口控制器的第二功率接口设备5；

分别与直流母线和电网连接、包含有第三功率接口控制器的第三功率接口设备6；

其中，虚拟控制器通过将所属直流母线的电压划分为不同电压层级，并在不同电压层级下将第一、第二和第三功率接口设备设为不同工作模式，来实现所属直流微网系统的稳定运行；电压层级包括第一电压层级UH3>Udc≥UH2、第二电压层级UH2>Udc≥UH1、第三电压层级UH1>Udc≥U0、第四电压层级U0>Udc≥UL1及第五电压层级UL1>Udc≥UL2；工作模式包括电压控制模式和电流控制模式；其中，UH3、UH2、UH1、U0、UL1、UL2为电压层级的划分临界值，Udc为母线电压的实测值，U0为直流母线的额定电压，UH3为系统正常运行时所允许的最高母线电压，UL2为系统正常运行时所允许的最低母线电压；在第一、第二、第三、第四和第五电压层级中的任意一种电压层级中，第一、第二和第三功率接口设备中只有一种功率接口设备工作在电压控制模式，其余功率接口设备均工作在电流控制模式或停止工作；

虚拟控制器的控制指令由直流母线通过母线电压信号传递至各功率接口控制器，则各功率接口控制器均用于实时检测直流母线的母线电压，并根据预设电压层级确定母线电压所属的目标电压层级；根据预设层级模式对应关系确定对应功率接口设备在目标电压层级下对应的目标工作模式，并控制对应功率接口设备在目标工作模式下工作。

需要说明的是，本申请的预设是提前设置好的，只需要设置一次，除非根据实际情况需要修改，否则不需要重新设置。

具体地，本申请的虚拟控制器应用于直流微网系统，直流微网系统包括直流母线、新能源发电设备1、电能储存设备2、负载3、第一功率接口设备4、第二功率接口设备5及第三功率接口设备6，其工作原理为：

直流微网系统包括直流母线、至少一个新能源发电单元、至少一个电能储存单元、至少一个并网单元及至少一个负载3。其中，新能源发电单元包括新能源发电设备1和包含有第一功率接口控制器的第一功率接口设备4；电能储存单元包括电能储存设备2和包含有第二功率接口控制器的第二功率接口设备5；并网单元包括包含有第三功率接口控制器的第三功率接口设备6(即新能源发电单元、电能储存单元及并网单元中每个单元均包括功率接口设备，且每个功率接口设备均包含相应的功率接口控制器)。

虚拟控制器的控制指令由所述直流母线通过母线电压信号传递给各功率接口控制器，以由虚拟控制器和各功率接口控制器共同完成分层协调控制策略。具体地，虚拟控制器提前将直流母线电压划分为N个电压层级(即预设电压层级)，并相应将系统运行状态分为N种工作模式，N个电压层级与N种工作模式一一对应(即预设层级模式对应关系，N为正整数)。

基于此，在系统运行时，第一功率接口控制器实时检测直流母线的母线电压(相当于虚拟控制器向第一功率接口控制器传递控制指令)，并根据预设电压层级确定母线电压所属的目标电压层级。然后，第一功率接口控制器根据预设层级模式对应关系确定第一功率接口设备4在目标电压层级下对应的目标工作模式，并控制第一功率接口设备4在目标工作模式下工作。

同理，在系统运行时，第二功率接口控制器/第三功率接口控制器实时检测直流母线的母线电压(相当于虚拟控制器向第二功率接口控制器/第三功率接口控制器传递控制指令)，并根据预设电压层级确定母线电压所属的目标电压层级。然后，第二功率接口控制器/第三功率接口控制器根据预设层级模式对应关系相应确定第二功率接口设备5/第三功率接口设备6在目标电压层级下对应的目标工作模式，并相应控制第二功率接口设备5/第三功率接口设备6在目标工作模式下工作。

进一步地，虚拟控制器将直流母线电压划分为5个电压层级(对应5种工作模式)，5个电压层级的划分原理为：首先，设置直流母线电压从高到低的6个临界值：UH3、UH2、UH1、U0、UL1及UL2(U0为直流母线的额定电压，UH3为系统正常运行时所允许的最高母线电压，UL2为系统正常运行时所允许的最低母线电压，即为实现系统正常运行，应保证直流母线电压处于UL2～UH3电压范围)；然后，从上到下确定5个电压层级，即第一电压层级为UH3>Udc≥UH2(对应第一工作模式)，第二电压层级为UH2>Udc≥UH1(对应第二工作模式)，第三电压层级为UH1>Udc≥U0(对应第三工作模式)，第四电压层级为U0>Udc≥UL1(对应第四工作模式)，第五电压层级为UL1>Udc≥UL2(对应第五工作模式)。

更具体地，新能源发电单元、电能储存单元和并网单元中各功率接口设备既可以工作在电压控制模式，也可以工作在电流控制模式，也可以停止工作。5种工作模式的每一种工作模式中，新能源发电单元、电能储存单元和并网单元中只有一个单元的功率接口设备工作在电压控制模式，其余单元的功率接口设备均工作在电流控制模式或停止工作。

本发明提供了一种用于直流微网系统的虚拟控制器，系统中各功率接口控制器均根据直流母线电压的实测值确定其属于预设电压层级的哪一个目标电压层级，以基于预设层级模式对应关系自动选择各功率接口设备对应的目标工作模式，即相当于设置了一个基于直流母线电压信号的虚拟控制器，虚拟控制器的控制指令由直流母线通过母线电压信号传递给各功率接口控制器，从而由虚拟控制器和各功率接口控制器共同完成分层协调控制策略。可见，本申请采用虚拟控制器技术简化了系统结构，且在无实际通信线的情况下利用直流母线电压作为虚拟控制器与各功率接口控制器的通信信号，实现了分层协调控制。

在上述实施例的基础上：

作为一种可选地实施例，当母线电压属于第一电压层级时，第一功率接口控制器具体用于利用预设下垂控制算法控制第一功率接口设备4工作在用于稳定母线电压的电压控制模式；

第二功率接口控制器具体用于控制第二功率接口设备5工作在恒功率充电控制的电流控制模式；

第三功率接口控制器具体用于控制第三功率接口设备6工作在逆变型恒功率控制的电流控制模式。

具体地，当直流母线电压属于第一电压层级时(即直流母线的电压值处于UH2～UH3电压范围)，系统应运行在第一工作模式，具体是新能源发电单元的第一功率接口设备4工作在电压控制模式，其余单元的功率接口设备均工作在电流控制模式或停止工作。

更具体地，新能源发电单元的电压控制模式的控制目标是稳定直流母线电压(本申请所提及的稳定直流母线电压是指将直流母线电压稳定在UL2～UH3电压范围)，控制方式是下垂控制(下垂系数可以固定，也可以实时变化)。电能储存单元的电流控制模式在第一工作模式下为恒功率充电控制(即第二功率接口设备5从直流母线中获取电能，为电能储存设备2充电，直至其充满电)。并网单元的电流控制模式在第一工作模式下为逆变型恒功率控制(即第三功率接口设备6从直流母线中获取直流电，并将直流电逆变成交流电接入电网中)。

作为一种可选地实施例，当母线电压属于第二电压层级时，第一功率接口控制器具体用于控制第一功率接口设备4工作在最大功率跟踪控制的电流控制模式；

第二功率接口控制器具体用于控制第二功率接口设备5工作在恒功率充电控制的电流控制模式；

第三功率接口控制器具体用于利用预设逆变型下垂控制算法控制第三功率接口设备6工作在用于稳定母线电压的电压控制模式。

具体地，当直流母线电压属于第二电压层级时(即直流母线的电压值处于UH1～UH2电压范围)，系统应运行在第二工作模式，具体是并网单元的第三功率接口设备6工作在电压控制模式，其余单元的功率接口设备均工作在电流控制模式或停止工作。

更具体地，并网单元的电压控制模式的控制目标是稳定直流母线电压，在第二工作模式下控制方式是逆变型下垂控制(下垂系数可以固定，也可以实时变化)。新能源发电单元的电流控制模式在第二工作模式下为MPPT(Maximum Power Point Tracking，最大功率点跟踪)控制。电能储存单元的电流控制模式在第二工作模式下为恒功率充电控制。

作为一种可选地实施例，当母线电压属于第三电压层级时，第一功率接口控制器具体用于控制第一功率接口设备4工作在最大功率跟踪控制的电流控制模式；

第二功率接口控制器具体用于利用预设充电型下垂控制算法控制第二功率接口设备5工作在用于稳定母线电压的电压控制模式；

第三功率接口控制器具体用于控制第三功率接口设备6停止工作。

具体地，当直流母线电压属于第三电压层级时(即直流母线的电压值处于U0～UH1电压范围)，系统应运行在第三工作模式，具体是电能储存单元的第二功率接口设备5工作在电压控制模式，其余单元的功率接口设备均工作在电流控制模式或停止工作。

更具体地，电能储存单元的电压控制模式的控制目标是稳定直流母线电压，在第三工作模式下控制方式是充电型下垂控制(下垂系数可以固定，也可以实时变化)。新能源发电单元的电流控制模式在第三工作模式下为MPPT控制。并网单元在第三工作模式下不工作。

作为一种可选地实施例，当母线电压属于第四电压层级时，第一功率接口控制器具体用于控制第一功率接口设备4工作在最大功率跟踪控制的电流控制模式；

第二功率接口控制器具体用于利用预设放电型下垂控制算法控制第二功率接口设备5工作在用于稳定母线电压的电压控制模式；

第三功率接口控制器具体用于控制第三功率接口设备6停止工作。

具体地，当直流母线电压属于第四电压层级时(即直流母线的电压值处于UL1～U0电压范围)，系统应运行在第四工作模式，具体是电能储存单元的第二功率接口设备5工作在电压控制模式，其余单元的功率接口设备均工作在电流控制模式或停止工作。

更具体地，电能储存单元的电压控制模式的控制目标是稳定直流母线电压，在第四工作模式下控制方式是放电型下垂控制(下垂系数可以固定，也可以实时变化)。新能源发电单元的电流控制模式在第四工作模式下为MPPT控制。并网单元在第四工作模式下不工作。

作为一种可选地实施例，当母线电压属于第五电压层级时，第一功率接口控制器具体用于控制第一功率接口设备4工作在最大功率跟踪控制的电流控制模式；

第二功率接口控制器具体用于控制第二功率接口设备5工作在恒功率放电控制的电流控制模式；

第三功率接口控制器具体用于利用预设整流型下垂控制算法控制第三功率接口设备6工作在用于稳定母线电压的电压控制模式。

具体地，当直流母线电压属于第五电压层级时(即直流母线的电压值处于UL2～UL1电压范围)，系统应运行在第五工作模式，具体是并网单元的第三功率接口设备6工作在电压控制模式，其余单元的功率接口设备均工作在电流控制模式或停止工作。

更具体地，并网单元的电压控制模式的控制目标是稳定直流母线电压，在第五工作模式下控制方式是整流型下垂控制(下垂系数可以固定，也可以实时变化)。新能源发电单元的电流控制模式在第五工作模式下为MPPT控制。电能储存单元的电流控制模式在第五工作模式下为恒功率放电控制(即第二功率接口设备5从电能储存设备2中获取电能供给直流母线)。

可见，本申请的各功率单元(新能源发电单元、电能储存单元及并网单元)根据直流母线的电压值自动分时承担稳定母线电压的任务，且采用下垂控制稳定直流母线电压，系统中同类功率单元(如各新能源发电单元属于同类功率单元)之间可自动实现功率合理分配，有利于各种设备的“即插即用”。此外，各功率单元的功率与母线电压的关系图可参见图2。

请参照图3，图3为本发明实施例提供的一种直流微网系统的具体结构示意图。

作为一种可选地实施例，新能源发电设备1为光伏发电设备，电能储存设备2为蓄电池。

具体地，本申请的新能源发电单元可为光伏发电单元(包括光伏发电设备和光伏功率接口设备)，电能储存单元可为蓄电池单元(包括蓄电池和电池功率接口设备)。光伏发电设备和蓄电池分别通过光伏功率接口设备和电池功率接口设备与直流母线连接并给负载供电。此外，电网也通过并网功率接口设备与直流母线连接实现能量交换。

为了充分利用新能源发电，光伏发电单元通常在MPPT控制下工作。各功率接口设备通过实时检测直流母线电压的方式来接收虚拟控制器的控制指令，以实现直流母线电压在最高允许电压UH3和最低允许电压UL2之间合理波动，从而维持系统稳定运行，具体为：

当各功率接口设备检测到直流母线电压Udc在区间UH3>Udc≥UH2时，相当于接收到虚拟控制器的控制指令为：1)光伏发电单元工作在电压控制模式；2)并网功率接口设备工作在电流控制模式；3)蓄电池单元工作在电流控制模式(充电电流可以是0或最大充电电流)。此时，并网功率接口设备工作在最大电流逆变状态，蓄电池单元以最大电流充电或停止工作(已充满电)，二者功率均恒定；光伏功率接口设备的电压控制由下垂控制算法实现，通过调节光伏输出功率来稳定母线电压，光伏输出功率与母线电压Udc的关系式为：

其中，PPVi为第i台分布式光伏发电单元的输出功率，PPVi_m为第i台光伏发电单元的最大输出功率。

当各功率接口设备检测到直流母线电压Udc在区间UH2>Udc≥UH1时，相当于接收到虚拟控制器的控制指令为：1)光伏发电单元工作在电流控制模式；2)并网功率接口设备工作在逆变型电压控制模式；3)蓄电池单元工作在电流控制模式(充电电流可以是0或最大充电电流)。此时，光伏发电单元在MPPT模式下工作，蓄电池单元以最大功率充电或停止工作(已充满电)，二者功率均恒定；并网功率接口设备的电压控制由下垂控制算法实现，通过调节并网逆变输出功率来稳定母线电压，并网功率接口设备的逆变输出功率与母线电压Udc的关系为：

其中，P_{Gi_1}为第i台并网功率接口设备的逆变输出功率，P_{Gi_1m}为第i台并网功率接口设备的的最大逆变输出功率，负号表示并网功率接口设备工作在逆变状态。

当各功率接口设备检测到直流母线电压Udc在区间UH1>Udc≥U0时，相当于接收到虚拟控制器的控制指令为：1)光伏发电单元工作在电流控制模式；2)并网功率接口设备停止工作；3)蓄电池单元工作在充电型电压控制模式。此时，光伏充电单元在MPPT模式下工作，并网功率接口设备输出功率为零，二者功率均恒定；电池功率接口设备的电压控制由下垂控制算法实现，通过调节蓄电池的充电功率来稳定母线电压，蓄电池的充电功率与母线电压Udc的关系为：

其中，P_{Bi_1}为第i台蓄电池的充电功率，P_{Bi_1m}为第i台蓄电池的最大充电功率。

当各功率接口设备检测到直流母线电压Udc在区间U0>Udc≥UL1时，相当于接收到虚拟控制器的控制指令为：1)光伏发电单元工作在电流控制模式；2)并网功率接口设备停止工作；3)蓄电池单元工作在放电型电压控制模式。此时，光伏发电单元在MPPT模式下工作，并网功率接口设备输出功率为零，二者功率恒定；电池功率接口设备的电压控制由下垂控制算法实现，通过调节蓄电池的放电功率来稳定母线电压，蓄电池的放电功率与母线电压Udc的关系为：

其中，P_{Bi_2}为第i台蓄电池的放电功率，P_{Bi_2m}为第i台蓄电池的最大放电功率，负号表示蓄电池工作在放电状态。

当各功率接口设备检测到直流母线电压Udc在区间UL1>Udc≥UL2时，相当于接收到虚拟控制器的控制指令为：1)光伏发电单元工作在电流控制模式；2)并网功率接口设备工作在整流型电压控制模式；3)蓄电池单元工作在电流控制模式(充电电流可以是0或最大充电电流)。此时，光伏发电单元在MPPT模式下工作，蓄电池单元以最大电流放电或停止工作(已放完电)，二者功率均恒定；并网功率接口设备的电压控制由下垂控制算法实现，通过调节并网整流输入功率来稳定母线电压，并网功率接口的整流输入功率与母线电压Udc的关系为：

其中，P_{Gi_2}为第i台并网功率接口设备的整流输入功率，P_{Gi_2m}为第i台并网功率接口设备的最大整流输入功率。

需要说明的是，当系统中所有光伏发电设备发电加蓄电池发电加并网功率接口设备的整流输出总功率之和仍无法满足负载需求时，直流母线电压将进一步下降至低于最低允许电压UL2，此时可通过切除非关键负载来平衡系统功率，从而实现稳定直流母线电压的目的。

作为一种可选地实施例，新能源发电设备1、电能储存设备2、负载3及第三功率接口设备6的个数均为多个。

具体地，本申请的新能源发电设备1、电能储存设备2、负载3及第三功率接口设备6的个数可均为多个(相应的，与新能源发电设备1一一连接的第一功率接口设备4、与电能储存设备2一一连接的第二功率接口设备5的个数也为多个)，本申请在此不做特别的限定，根据实际需求而定。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种用于直流微网系统的虚拟控制器，其特征在于，所述直流微网系统包括直流母线、新能源发电设备、电能储存设备及接入所述直流母线的负载；所述直流微网系统还包括：

分别与所述直流母线和所述新能源发电设备连接、包含有第一功率接口控制器的第一功率接口设备；

分别与所述直流母线和所述电能储存设备连接、包含有第二功率接口控制器的第二功率接口设备；

分别与所述直流母线和电网连接、包含有第三功率接口控制器的第三功率接口设备；

其中，所述虚拟控制器通过将所属直流母线的电压划分为不同电压层级，并在不同电压层级下将第一、第二和第三功率接口设备设为不同工作模式，来实现所属直流微网系统的稳定运行；所述电压层级包括第一电压层级UH3>Udc≥UH2、第二电压层级UH2>Udc≥UH1、第三电压层级UH1>Udc≥U0、第四电压层级U0>Udc≥UL1及第五电压层级UL1>Udc≥UL2；所述工作模式包括电压控制模式和电流控制模式；其中，UH3、UH2、UH1、U0、UL1、UL2为电压层级的划分临界值，Udc为所述母线电压的实测值，U0为所述直流母线的额定电压，UH3为系统正常运行时所允许的最高母线电压，UL2为系统正常运行时所允许的最低母线电压；在第一、第二、第三、第四和第五电压层级中的任意一种电压层级中，第一、第二和第三功率接口设备中只有一种功率接口设备工作在电压控制模式，其余功率接口设备均工作在电流控制模式或停止工作；所述虚拟控制器的控制指令由所述直流母线通过母线电压信号传递至各功率接口控制器，则各功率接口控制器均用于实时检测所述直流母线的母线电压，并根据预设电压层级确定所述母线电压所属的目标电压层级；根据预设层级模式对应关系确定对应功率接口设备在所述目标电压层级下对应的目标工作模式，并控制对应功率接口设备在所述目标工作模式下工作；

当所述母线电压属于所述第三电压层级时，所述第一功率接口控制器具体用于控制所述第一功率接口设备工作在最大功率跟踪控制的电流控制模式；所述第二功率接口控制器具体用于利用预设充电型下垂控制算法控制所述第二功率接口设备工作在用于稳定所述母线电压的电压控制模式；所述第三功率接口控制器具体用于控制所述第三功率接口设备停止工作；其中，所述利用预设充电型下垂控制算法控制所述第二功率接口设备工作在用于稳定所述母线电压的电压控制模式，具体为：通过调节蓄电池的充电功率来稳定母线电压，所述蓄电池的充电功率与所述母线电压Udc的关系为：

其中，P_{Bi_1}为第i台蓄电池的充电功率，P_{Bi_1m}为第i台蓄电池的最大充电功率。

2.如权利要求1所述的用于直流微网系统的虚拟控制器，其特征在于，当所述母线电压属于所述第一电压层级时，所述第一功率接口控制器具体用于利用预设下垂控制算法控制所述第一功率接口设备工作在用于稳定所述母线电压的电压控制模式；

所述第二功率接口控制器具体用于控制所述第二功率接口设备工作在恒功率充电控制的电流控制模式；

所述第三功率接口控制器具体用于控制所述第三功率接口设备工作在逆变型恒功率控制的电流控制模式。

3.如权利要求1所述的用于直流微网系统的虚拟控制器，其特征在于，当所述母线电压属于所述第二电压层级时，所述第一功率接口控制器具体用于控制所述第一功率接口设备工作在最大功率跟踪控制的电流控制模式；

所述第二功率接口控制器具体用于控制所述第二功率接口设备工作在恒功率充电控制的电流控制模式；

所述第三功率接口控制器具体用于利用预设逆变型下垂控制算法控制所述第三功率接口设备工作在用于稳定所述母线电压的电压控制模式。

4.如权利要求1所述的用于直流微网系统的虚拟控制器，其特征在于，当所述母线电压属于所述第四电压层级时，所述第一功率接口控制器具体用于控制所述第一功率接口设备工作在最大功率跟踪控制的电流控制模式；

所述第二功率接口控制器具体用于利用预设放电型下垂控制算法控制所述第二功率接口设备工作在用于稳定所述母线电压的电压控制模式；

所述第三功率接口控制器具体用于控制所述第三功率接口设备停止工作。

5.如权利要求1所述的用于直流微网系统的虚拟控制器，其特征在于，当所述母线电压属于所述第五电压层级时，所述第一功率接口控制器具体用于控制所述第一功率接口设备工作在最大功率跟踪控制的电流控制模式；

所述第二功率接口控制器具体用于控制所述第二功率接口设备工作在恒功率放电控制的电流控制模式；

所述第三功率接口控制器具体用于利用预设整流型下垂控制算法控制所述第三功率接口设备工作在用于稳定所述母线电压的电压控制模式。

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