CN111555258B - 一种直流微网的改进自适应下垂控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流微网的改进自适应下垂控制方法，该改进自适应下垂控制方法基于电流补偿、电压修正的自适应下垂控制方法，该改进自适应下垂控制方法通过依据各分布式电源的额定容量比，引入电流调节量Iai以构建新的电流调整模块，以调节各分布式电源对应的DC‑DC变换器的输出电流的关系，再将新的电流调整模块与电压调整模块结合以构成改进的下垂控制器，最终实现各分布式电源能按各自的额定容量之比出力。本发明的改进自适应下垂控制方法突破了现有方法的局限性，既可适用于分布式电源相同额定容量配比系统、又可适用于分布式电源不同额定容量配比系统，扩大了使用范围。

Description

一种直流微网的改进自适应下垂控制方法
技术领域
本发明涉及直流微电网技术领域，具体地说是一种直流微网的改进自适应下垂控制方法。
背景技术
社会进步扩大了人们对电力的需要，现在，对于电能数量和质量的要求都在日益提高。相比于传统化石能源，分布式电源(Distributed Generation，DG)拥有清洁、可再生等优势，其应用日益增多。但分布式能源通常有较大的随机性，且间歇性明显，其最大的弊端是控制比较困难。当它与大电网相连接时，若不合理控制，很容易造成大电网不稳定甚至系统故障。微电网的提出很好的解决了这一问题，大大提高了分布式能源的消纳。
直流微网是一个新兴的利用可再生能源进行供电的方式，并且清洁、价格低、高效、控制容易，对于传统供电和智能型电力网络在发展时遇到的问题，有望成为一种可行解决方案。下垂控制可以动态平衡各单元出力与负载需求，且无需通信、即插即用，因而被广泛的用于直流微网中。然而传统的下垂控制存在着功率精准分配与母线电压偏差难以协调的缺陷，过大的下垂系数会造成母线电压降落过大，过小的下垂系数会降低负荷功率分配的精度。为了解决这一问题，现有文献中提出了一种自适应下垂均流控制技术，该方法在二级控制器中引入电压、电流调节模块，通过对各DG的输出电流做补偿和系统电压做修正，有效的改善了传统下垂控制的固有矛盾，但该方法仅适用于分布式电源相同容量配比系统。
发明内容
本发明的目的是针对现有的基于电流补偿、电压修正的自适应下垂均流控制技术不能适用于分布式电源不同额定容量配比问题，提供一种直流微网的改进自适应下垂控制方法，该改进自适应下垂控制方法突破了现有方法的局限性，既可适用于分布式电源相同额定容量配比系统、又可适用于分布式电源不同额定容量配比系统。
本发明的目的是通过以下技术方案解决的：
一种直流微网的改进自适应下垂控制方法，该改进自适应下垂控制方法基于离网模式的多源直流微电网系统，多源直流微电网系统包括n个分布式电源以及对应的滤波器、DC-DC变换器、线路阻抗、等效的公共负载，各分布式电源相互并联并经过对应的DC-DC变换器和滤波器连接到直流母线上，其特征在于：该改进自适应下垂控制方法基于电流补偿、电压修正的自适应下垂控制方法，其中用于补偿各DC-DC变换器的输出电流的电流调整模块的工作步骤为：
A1、采集第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的实时输出电流Idci；
A2、根据全部DC-DC变换器的实时输出电流计算第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电流调节量Iai：
Figure BDA0002528299760000021
式(1)中，IdcNi为第i个分布式电源的额定输出电流；
A3、根据步骤A2中的第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电流调节量Iai和步骤A1中的第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的实时输出电流Idci，计算第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电流偏差值dIi：
dIi＝Idci-Iai (2)；
A4、将第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电流偏差值dIi输入对应的PI控制器进行调节得到第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的下垂系数补偿量δri：
δri＝dIi*Gipi (3)
式(3)中，Gipi为第i个分布式电源对应的DC-DC变换器所对应的电流环PI控制器的调节参数；
A5、将第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的下垂系数补偿量δri叠加到第i个分布式电源的下垂系数Rdi上：
R′di＝Rdi+δri (4)
式(4)中，R′di为第i个分布式电源的补偿下垂系数；
A6、将补偿下垂系数R′di与Idci相结合叠加到直流母线的电压参考值Uref上，得到第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的补偿输出电压U′dci：
U′dci＝Uref-Idci*R′di+δui (5)
式(5)中，Uref为直流母线的电压参考值；δui为第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电压补偿量。
所述步骤A6中的第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电压补偿量δui由电压调整模块的输出值经PI调节获得，获得过程为：
B1、采集第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的实时输出电压Udci；
B2、根据全部DC-DC变换器的实时输出电压计算输出电压平均值Uavg：
Figure BDA0002528299760000031
B3、根据步骤B2中的输出电压平均值Uavg和步骤B1中的第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的实时输出电压Udci，计算第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电压偏差值dUi：
dUi＝Udci-Uavg (7)；
B4、将第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电压偏差值dUi输入对应的PI控制器进行调节得到第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电压补偿量δui：
δui＝dUi*Gupi (8)
式(8)中，Gupi为第i个分布式电源对应的DC-DC变换器所对应的电压环PI控制器的调节参数。
该改进自适应下垂控制方法能够用于分布式电源不同额定容量配比系统和分布式电源相同额定容量配比系统。
该改进自适应下垂控制方法能够通过电流调整模块补偿各DC-DC变换器的输出电流、通过电压调整模块抬高各DC-DC变换器输出电压的平均值。
该改进自适应下垂控制方法通过引入第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电流调节量Iai，以调节各分布式电源对应的DC-DC变换器的输出电流的关系，最终实现各分布式电源能按各自的额定容量之比出力。
本发明相比现有技术有如下优点：
本发明的改进自适应下垂控制方法通过依据各分布式电源的额定容量比，引入电流调节量Iai以构建新的电流调整模块，以调节各分布式电源对应的DC-DC变换器的输出电流的关系，再将新的电流调整模块与电压调整模块结合以构成改进的下垂控制器，最终实现各分布式电源能按各自的额定容量之比出力；该改进自适应下垂控制方法突破了现有方法的局限性，既可适用于分布式电源相同额定容量配比系统、又可适用于分布式电源不同额定容量配比系统，扩大了使用范围。
附图说明
附图1为本发明的多源直流微电网系统的结构示意图；
附图2为本发明的多源直流微电网系统的等效电路图；
附图3为本发明的直流微网的改进自适应下垂控制方法的原理图；
附图4为现有自适应下垂控制方法用于分布式电源不同额定容量配比系统时的两分布式电源输出功率仿真图；
附图5为附图4中的两分布式电源输出功率之比的仿真图；
附图6为本发明的改进自适应下垂控制方法用于分布式电源不同额定容量配比系统时的两分布式电源输出功率仿真图；
附图7为附图6中的两分布式电源输出功率之比的仿真图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
请参阅图1所示，本发明的直流微网的改进自适应下垂控制方法基于离网模式的多源直流微电网系统，多源直流微电网系统包括n个分布式电源以及对应的滤波器、DC-DC变换器、线路阻抗、等效的公共负载，各分布式电源相互并联并经过对应的DC-DC变换器和滤波器连接到直流母线上。
请参阅图2和图3所示，本发明的直流微网的改进自适应下垂控制方法的基本工作原理如下：本发明所利用的底层控制方法确定为传统的U-I下垂控制方法，基于对传统下垂控制做改进的自适应法在二次控制中引入了一个电流调整模块和电压调整模块，本发明所提的一种直流微网的改进自适应下垂控制方法通过对电流调整模块做进一步改进，使改进后的方法能够适用于分布式电源不同额定容量配比系统。
其中用于补偿各DC-DC变换器的输出电流的电流调整模块通过采集第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的实时输出电流Idci，计算第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电流调节量
Figure BDA0002528299760000041
再计算第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电流偏差值dIi＝Idci-Iai，将电流偏差值dIi经PI调节后的补偿量δri分别叠加第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的下垂系数，使得各DC-DC变换器输出阻抗趋于一致，从而实现均流分配。电压调整模块通过采集第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的实时输出电压Udci，计算得到全部DC-DC变换器的输出电压的平均值/>
Figure BDA0002528299760000051
再计算第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电压偏差值dUi＝Udci-Uavg，将电压偏差值dUi输入对应的PI控制器进行调节得到第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电压补偿量δui，最后，将δui叠加到直流母线的电压参考值Uref上，以抬高直流母线电压。
本发明的改进自适应下垂控制方法依据各分布式电源的额定容量比，设计新的电流调节量，引入自适应下垂控制方法的电流调整模块中，再将新的电流调整模块与电压调整模块结合，构成改进的下垂控制器，使之既可适用于分布式电源相同额定容量配比系统，又可适用于分布式电源不同额定容量配比系统。
利用具体实例，在MATLAB/Simulink下对本发明所提方法进行仿真验证。
现以两台分布式电源(DG)并联的多源直流微电网系统对本发明所提方法的有效性进行验证。U′dci＝Uref-Idci*R′di+δui
将改进后的电流调整模块和电压调整模块构成改进的下垂控制器，其表达式如下：
第1号DC-DC变换器为：U′dc1＝Uref-Idc1*R′d1+δu1，R′d1＝Rd1+δr1，δr1＝dI1*Gip1，dI1＝Idc1-Ia1，
Figure BDA0002528299760000052
第2号DC-DC变换器为：U′dc2＝Uref-Idc2*R′d2+δu2，R′d2＝Rd2+δr2，δr2＝dI2*Gip2，dI2＝Idc2-Ia2，
Figure BDA0002528299760000053
多源直流微电网系统的仿真参数如下：
表1仿真系统的参数
Figure BDA0002528299760000054
算例：应用于分布式电源不同额定容量配比系统中的自适应下垂控制方法与本发明所提的改进自适应下垂控制方法的对比。
在该算例中，设定一号分布式电源DG1和二号分布式电源DG2的容量配比为3:1，则两下垂系数的关系应为Rd2＝3Rd1＝0.9。此外，等效公共负载在2s时刻变为10kw。
请参阅图4、图5所示，采用自适应下垂控制方法，2s前，由图4知DG1、DG2的输出功率分别为2.47kw、2.48kw，由图5知DG1与DG2输出功率之比为0.997:1，趋于1:1；2s后公共负载翻一倍，DG1、DG2的输出功率分别为4.88kw、4.91kw，比值为0.994:1，仍趋于1:1，即自适应下垂控制方法应用于分布式电源不同额定容量的配比系统时，会无视分布式电源不同额定容量配比关系，强制使所有分布式电源均等出力，有悖于微电网健康协调的运行宗旨，且系统首次达到稳态前的暂态过程中，两DG的响应速度出现较大差异，动态响应不佳。
请参阅图6、图7所示，采用本发明所提供的改进自适应下垂控制方法，2s前，由图6知DG1、DG2的输出功率分别为3.73kw、1.23kw，由图7知DG1、DG2的输出功率之比为3.02:1；2s后公共负载突变后，DG1、DG2的输出功率分别为7.41kw、2.44kw，比值为3.04:1，两DG始终较为精准的按3:1的配比出力。可见，本发明所提供的改进自适应下垂控制方法既可适用于分布式电源相同额定容量配比系统、又可适用于分布式电源不同额定容量配比系统。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种直流微网的改进自适应下垂控制方法，该改进自适应下垂控制方法基于离网模式的多源直流微电网系统，多源直流微电网系统包括n个分布式电源以及对应的滤波器、DC-DC变换器、线路阻抗、等效的公共负载，各分布式电源相互并联并经过对应的DC-DC变换器和滤波器连接到直流母线上，其特征在于：该改进自适应下垂控制方法基于电流补偿、电压修正的自适应下垂控制方法，其中用于补偿各DC-DC变换器的输出电流的电流调整模块的工作步骤为：
A1、采集第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的实时输出电流Idci；
A2、根据全部DC-DC变换器的实时输出电流计算第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电流调节量Iai：
Figure FDA0004077781530000011
式(1)中，IdcNi为第i个分布式电源的额定输出电流；
A3、根据步骤A2中的第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电流调节量Iai和步骤A1中的第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的实时输出电流Idci，计算第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电流偏差值dIi：
dIi＝Idci-Iai (2)；
A4、将第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电流偏差值dIi输入对应的PI控制器进行调节得到第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的下垂系数补偿量δri：
δri＝dIi*Gipi (3)
式(3)中，Gipi为第i个分布式电源对应的DC-DC变换器所对应的电流环PI控制器的调节参数；
A5、将第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的下垂系数补偿量δri叠加到第i个分布式电源的下垂系数Rdi上：
Rd′i＝Rdi+δri (4)
式(4)中，Rd′i为第i个分布式电源的补偿下垂系数；
A6、将补偿下垂系数Rd′i与Idci相结合叠加到直流母线的电压参考值Uref上，得到第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的补偿输出电压Ud′ci：
Ud′ci＝Uref-Idci*Rd′i+δui (5)
式(5)中，Uref为直流母线的电压参考值；δui为第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电压补偿量；
所述步骤A6中的第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电压补偿量δui由电压调整模块的输出值经PI调节获得，获得过程为：
B1、采集第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的实时输出电压Udci；
B2、根据全部DC-DC变换器的实时输出电压计算输出电压平均值Uavg：
Figure FDA0004077781530000021
B3、根据步骤B2中的输出电压平均值Uavg和步骤B1中的第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的实时输出电压Udci，计算第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电压偏差值dUi：
dUi＝Udci-Uavg (7)；
B4、将第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电压偏差值dUi输入对应的PI控制器进行调节得到第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电压补偿量δui：
δui＝dUi*Gupi (8)
式(8)中，Gupi为第i个分布式电源对应的DC-DC变换器所对应的电压环PI控制器的调节参数。
2.根据权利要求1所述的直流微网的改进自适应下垂控制方法，其特征在于：该改进自适应下垂控制方法能够用于分布式电源不同额定容量配比系统和分布式电源相同额定容量配比系统。
3.根据权利要求1所述的直流微网的改进自适应下垂控制方法，其特征在于：该改进自适应下垂控制方法能够通过电流调整模块补偿各DC-DC变换器的输出电流、通过电压调整模块抬高各DC-DC变换器输出电压的平均值。
4.根据权利要求1或2所述的直流微网的改进自适应下垂控制方法，其特征在于：该改进自适应下垂控制方法通过引入第i个分布式电源对应的DC-DC变换器的电流调节量Iai，以调节各分布式电源对应的DC-DC变换器的输出电流的关系，最终实现各分布式电源能按各自的额定容量之比出力。
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