CN111786423A - 满足ev充电需求的台区柔性资源分布式协调方法、装置及系统 - Google Patents

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CN111786423A CN202010477972.5A CN202010477972A CN111786423A CN 111786423 A CN111786423 A CN 111786423A CN 202010477972 A CN202010477972 A CN 202010477972A CN 111786423 A CN111786423 A CN 111786423A
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孙季泽
杨凤坤
邵军军
余洋
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Abstract

本发明公开了一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调方法、装置及系统，包括：功率计算单元、下垂控制单元、电压控制器、电流控制器和逆变单元，功率计算单元基于经park变换后的交流母线瞬时电压和瞬时电流，计算出交流母线的瞬时有功功率和瞬时无功功率；下垂控制单元对瞬时有功功率和瞬时无功功率进行下垂控制计算，得到交流母线的功率角频率和交流母线电压计算值；交流母线电压计算值经电压控制器和电流控制器处理后得到逆变器输出电压的计算值；逆变单元对交流母线的功率角频率和逆变器输出电压的计算值进行PWM调制，输出交变信号控制交流母线的输出电压。本发明能够提高充电站的优化运行能力，以确保台区电动汽车充电过程的资源柔性。

Description

满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调方法、装置及 系统
技术领域
本发明属于电动汽车行驶安全技术领域，具体涉及一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调方法、装置及系统。
背景技术
随着电动汽车(Electric Vehicle，EV)快速发展、分布式发电的大量应用，交直流混合微电网也在不断进步。近几年，电动汽车产业发展日新月异，作为降低碳排放的重要手段，我国电动汽车产销量快速增长，市场发展迅速，从电动汽车的增长量上来看，未来电动汽车将会迎来爆发式的增长。充分利用交流和直流两种电力系统的优点，研究实现交直流混合微电网的商业化运营，服务今后电力用户的多样化需求。目前，根据电动汽车的发展，研究充电设施建设的布点规划及电动汽车充放电控制策略将成为该领域的重点。
由于电力电子变换器和非惯性源的存在，微电网在孤岛和并网模式下工作需要一个确定的控制结构。已有电力系统微电网的控制结构包含一级、二级和三级控制层，一级控制层主要研究和应用下垂控制方法，二级和三级控制层多采用分布式控制从而降低成本和提高电能可靠性。由于孤岛运行微电网易受地理位置及天气状况等因素的影响，具有明显的间歇性，输出功率波动较大，与常规用电负荷无法稳定匹配，易造成与电网交互功率波动较大等不良现象，对电网的调频、调压能力提出了较高的要求。大多数考虑控制器调节同时没有考虑电网的交流和直流总线的电压调节，针对孤岛运行交直流混合微电网内的研究更加重要。因此，需要一种高效的算法，以保证激活分布式控制器需要的周期和场景。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调方法、装置及系统，能够提高充电站的优化运行能力，确保台区电动汽车充电过程的资源柔性。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制器，所述分布式协调控制器设于直流母线和交流母线之间，且与逆变器相连，其包括：
功率计算单元，基于经park变换后的交流母线瞬时电压和交流母线瞬时电流，计算出交流母线的瞬时有功功率和瞬时无功功率；
下垂控制单元，对所述瞬时有功功率和瞬时无功功率进行下垂控制计算，得到交流母线的功率角频率和交流母线电压计算值；
顺次相连的电压控制器和电流控制器，所述交流母线电压计算值经电压控制器和电流控制器处理后得到逆变器输出电压的计算值；
逆变单元，对所述交流母线的功率角频率和逆变器输出电压的计算值进行PWM调制，输出交变信号控制交流母线的输出电压。
可选地，所述下垂控制单元包括：
有功功率控制回路，对接收到的瞬时有功功率和瞬时有功功率的参考值进行比较，并对比较结果下垂处理，然后再对下垂处理结果进行PD调节，最后将PD调节结果与交流母线的功率角频率参考值进行比较，得到交流母线的功率角频率；
基于电压的下垂控制回路，基于滤波后的直流母线电压和直流母线电压参考值进行比较，并对比较结果下垂处理，然后再将下垂处理结果与交流母线电压测量有效值进行叠加，得到交流母线电压的初始计算值；
无功功率控制回路，对接收到的瞬时无功功率和瞬时无功功率的参考值进行比较，并对比较结果下垂处理，然后再对下垂处理结果进行PD调节，将PD调节结果与所述交流母线电压的初始计算值进行比较，获得交流母线电压的计算值。
可选地，所述交流母线的功率角频率和交流母线电压计算值的计算公式为：
Figure BDA0002516445030000021
Figure BDA0002516445030000022
式中，ω为交流母线的功率角频率，ω*为交流母线的功率角频率参考值，Kp(P)和Kd(P)分别为PD调节的比例和微分系数，DP和DQ分别为有功和无功功率控制回路的下垂系数；V*为交流母线电压的初始计算值；P*为瞬时有功功率的参考值；Q*为瞬时无功功率的参考值，三者都是自适应参数，V为交流母线电压计算值，P为瞬时有功功率，Q为瞬时无功功率。
可选地，所述瞬时有功功率的参考值P*、瞬时无功功率的参考值Q*和交流母线电压的初始计算值V*的计算公式为：
Figure BDA0002516445030000023
Figure BDA0002516445030000031
Figure BDA0002516445030000032
Figure BDA0002516445030000033
Figure BDA0002516445030000034
Figure BDA0002516445030000035
式中，
Figure BDA0002516445030000036
和
Figure BDA0002516445030000037
分别为交流充电桩从交流母线汲取的总有功功率和总无功功率；
Figure BDA0002516445030000038
为直流充电桩从直流母线汲取的总有功功率；
Figure BDA0002516445030000039
和
Figure BDA00025164450300000310
分别为交流侧电源装置的总有功和无功发电量；
Figure BDA00025164450300000311
为直流侧电源装置的总有功发电量，VDC为直流母线电压，
Figure BDA00025164450300000312
直流母线参考电压；
Figure BDA00025164450300000313
为交流母线电压测量有效值；Ke为基于电压的下垂控制回路的下垂系数。
可选地，所述电压控制器获取交流母线电压计算值，以及经Park变换后的交流母线瞬时电压和交流母线瞬时电流，输出交流母线电流值；
所述电流控制器获取电压控制器输出的交流母线电流值，以及经Park变换单元处理后的交流母线瞬时电压、交流母线瞬时电流、逆变器输出电流，输出逆变器输出电压的计算值。
可选地，所述电压控制器对接收到的交流母线电压计算值和经Park变换后的交流母线瞬时电压进行比较，再对比较结果进行PI调节；然后将PI调节结果与经滤波器处理后交流母线瞬时电压进行比较，最终将该比较结果与具有前馈增益的经Park变换后的交流母线瞬时电流叠加后得到逆变器输出电流的计算值；
所述电流控制器对接收到的经Park变换处理的逆变器输出电流和逆变器输出电流的计算值进行比较，再对比较结果进行PI调节；然后将PI调节结果与经滤波器处理后交流母线瞬时电流进行比较后与经Park变换处理的交流母线瞬时电压进行叠加，得到逆变器输出电压的计算值。
可选地，所述电压控制器和电流控制器中相关参数的计算公式为：
Figure BDA0002516445030000041
式中，
Figure BDA0002516445030000042
和
Figure BDA0002516445030000043
分别为d、q轴逆变器输出电流的计算值，F为前馈增益；
Figure BDA0002516445030000044
和
Figure BDA0002516445030000045
分别为d、q轴逆变器输出电压的计算值；
Figure BDA0002516445030000046
和
Figure BDA0002516445030000047
是电压控制器中PI调节对应的状态变量一阶导；
Figure BDA0002516445030000048
和
Figure BDA0002516445030000049
是电压控制器中PI调节对应的状态变量；
Figure BDA00025164450300000410
和
Figure BDA00025164450300000411
是电流控制器中PI调节对应的状态变量一阶导；λid和λiq是电流控制器中PI调节对应的状态变量；ω为交流母线的功率角频率；Cf和Lf分别是滤波器的电容和电感；KP(.)，Ki(.)和Kd(.)是电压、电流控制器中的比例积分微分增益，括号内的V和I分别代表电压控制器和电流控制器；vod和iod分别为d轴逆变器输出电压和电流；voq和ioq分别为q轴逆变器输出电压和电流；iid和iiq分别为d、q轴逆变器输出电流。
可选地，所述的一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制器，还包括低通滤波单元，所述低通滤波单元设于下垂控制单元和功率计算单元之间，对接收到的瞬时有功功率和无功功率进行低通滤波，获得滤波后的瞬时有功功率和无功功率。
第二方面，本发明提供了一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制方法，包括：
利用某电动汽车充电桩的本地信息，及其邻近电动汽车充电桩的电压信息，计算得到平均输出电压；
计算出所述平均输出电压与直流母线电压的电压偏差，并根据计算结果确定是否启动第一方面中任一项所述的分布式协调器，完成分布式协调控制。
可选地，所述平均输出电压的计算公式为：
Figure BDA00025164450300000412
式中，
Figure BDA00025164450300000413
为t时刻平均输出电压，
Figure BDA00025164450300000414
为t时刻第n个电动汽车的电压；
Figure BDA00025164450300000415
为τ时刻平均输出电压，
Figure BDA0002516445030000051
为τ时刻第j个电动汽车的电压，j∈N为相邻的电动汽车单元，ψv为电压协调的确认信号；Δv为第n个电动汽车与平均输出电压的偏差；an×j表示从单元j到单元n的通信链路权重。
可选地，所述计算出所述平均输出电压与直流母线电压的电压偏差，并根据计算结果决定是否启动分布式协调器，具体为：
当所述平均输出电压与直流母线电压的电压偏差在可接受范围内，则使得协调控制器处于非工作状态；
当所述平均输出电压与直流母线电压的电压偏差不在可接受范围内，则判断充电桩的充电容量、有功功率、无功功率是否满足设定的约束条件，并根据判断结果确定协调控制器的工作模式。
可选地，所述设定的约束条件包括：
Figure BDA0002516445030000052
Figure BDA0002516445030000053
式中，
Figure BDA0002516445030000054
和
Figure BDA0002516445030000055
分别是第n辆电动汽车的充电桩的最大、最小和初始荷电状态；
Figure BDA0002516445030000056
和
Figure BDA0002516445030000057
分别是第n辆电动汽车的充电桩额定充电容量和电动汽车参与电网互动过程中的充电容量，ΔTn为电动汽车参与电网互动过程的持续时间；
Figure BDA0002516445030000058
和
Figure BDA0002516445030000059
分别为最大允许有功功率和无功功率；
Figure BDA00025164450300000510
和
Figure BDA00025164450300000511
分别为最小允许有功功率和无功功率；
Figure BDA00025164450300000512
和
Figure BDA00025164450300000513
分别为输出有功功率和无功功率，其中
Figure BDA00025164450300000514
和
Figure BDA00025164450300000515
分别是电动汽车参与电网互动后第n辆电动汽车电池的荷电状态和用户定义的预置荷电状态。
可选地，所述根据判断结果确定协调控制器的工作模式，具体为：
如果满足所有的约束条件，则控制分布式协调器处于工作状态；
如果不满足约束条件，则控制分布式协调器处于非工作状态，且削减非关键充电桩，以保持平均输出电压与直流母线电压的电压偏差在限定值内。
第三方面，本发明提供了一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制装置，包括：
计算单元，用于利用某电动汽车充电桩的本地信息，及其邻近电动汽车充电桩的电压信息，计算得到平均输出电压；
控制单元，用于计算出所述平均输出电压与直流母线电压的电压偏差，并根据计算结果确定第一方面中任一项所述的分布式协调器的工作模式，完成分布式协调控制。
第四方面，本发明提供了一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制系统，包括存储介质和处理器；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第二方面中任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明基于功率下垂和电压下垂控制设计了一种能够满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制器，并结合直流母线电压条件，设计了满足电动汽车需求的分布式协调控制方法，协调多个电动汽车充电桩之间母线电压，实现电动汽车与智能电网的融合发展，充分发挥其作为能量型负载的潜力，提高充电站的优化运行能力，在交直流混合微电网中实现电压调节和功率共享，以确保台区电动汽车充电过程的资源柔性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是孤岛运行电动汽车混合交直流微电网单线图；
图2是满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制器的控制结构示意图；
图3是满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制方法流程示意图；
图4是直流母线和交流母线的负载分布剖面示意图；
图5(a)是交流母线电压示意图；
图5(b)是电能从直流系统传输到交流系统所有情况下的标准直流母线电压示意图。
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的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
本发明实施例中提供了一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制器，所述分布式协调控制器设于直流母线和交流母线之间，且与逆变器相连，如图2所示，其包括：
Prak变换单元，将获取到的交流母线瞬时电压、交流母线瞬时电流、逆变器输出电压、逆变器输出电流进行Prak变换；
功率计算单元，基于经park变换后的交流母线瞬时电压和交流母线瞬时电流，计算出交流母线的瞬时有功功率和瞬时无功功率；
下垂控制单元(即基于功率的下垂控制单元)，对所述瞬时有功功率和瞬时无功功率进行下垂控制计算，得到交流母线的功率角频率和交流母线电压计算值；
顺次相连的电压控制器和电流控制器，所述交流母线电压计算值经电压控制器和电流控制器处理后得到逆变器输出电压的计算值；
逆变单元，对所述交流母线的功率角频率和逆变器输出电压的计算值进行PWM调制，输出交变信号控制交流母线的输出电压。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述交流母线的瞬时有功功率和无功功率的计算公式为：
Figure BDA0002516445030000071
Figure BDA0002516445030000072
式中，vod和iod分别为经Park变换后逆变器d轴输出电压和电流；voq和ioq分别为经Park变换后逆变器q轴输出电压和电流；
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述协调控制器还包括低通滤波单元，所述低通滤波单元设于下垂控制单元和功率计算单元之间，对接收到的瞬时有功功率和无功功率进行低通滤波，获得滤波后的瞬时有功功率和无功功率；在实际应用过程中，所述低通滤波单元可以采用截止频率为ωc的低通滤波器(LPF)，滤波后的瞬时有功功率和无功功率分别为：
Figure BDA0002516445030000073
Figure BDA0002516445030000074
其中，P'、Q'分别为滤波后的瞬时有功功率和无功功率；ωc为低通滤波器的截止频率，s为复变量。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述下垂控制单元包括：
有功功率控制回路，对接收到的瞬时有功功率和瞬时有功功率的参考值进行比较，并对比较结果下垂处理，然后再对下垂处理结果进行PD调节，最后将PD调节结果与交流母线的功率角频率参考值进行比较，得到交流母线的功率角频率；
基于电压的下垂控制回路，基于滤波后的直流母线电压和直流母线电压参考值进行比较，并对比较结果下垂处理，然后再将下垂处理结果与交流母线电压测量有效值进行叠加，得到交流母线电压的初始计算值；
无功功率控制回路，对接收到的瞬时无功功率和瞬时无功功率的参考值进行比较，并对比较结果下垂处理，然后再对下垂处理结果进行PD调节，将PD调节结果与所述交流母线电压的初始计算值进行比较，获得交流母线电压的计算值。
在微电网孤岛运行过程中，电压和频率通过下垂控制来调节。由于LC滤波器中存在高电感的电感器，所以通常微电网的X/R(电抗与电阻的比值)比非常高，在商用级别的微电网中尤其明显。为了保证孤岛下微电网内电力平衡，需要通过P/f和Q/V下垂控制获取稳定的频率和电压，如下所示：
ω＝ω*-DP(P-P*)
V＝V*-DQ(Q-Q*)
式中，DP和DQ分别为有功和无功功率控制回路的下垂系数；ω为交流母线的功率角频率。传统的下垂控制器动态性能较差，采用PD补偿可以改善其动态性能，实现了微电网模式的鲁棒转换，提高了容错能力。现在假设d轴与锁相环(PLL)测量的线路电压保持一致，可得
Figure BDA0002516445030000081
然后，可得下垂方程：
Figure BDA0002516445030000082
Figure BDA0002516445030000083
式中，ω为交流母线的功率角频率；ω*为交流母线的功率角频率参考值，是一个全局参数；Kp(P)和Kd(P)分别为PD调节的比例和微分系数，DP和DQ分别为有功和无功功率控制回路的下垂系数；V*为交流母线电压的初始计算值；P*为瞬时有功功率的参考值；Q*为瞬时无功功率的参考值，三者都是自适应参数，V为交流电压的计算值，P为瞬时有功功率，Q为瞬时无功功率。
所述瞬时有功功率的参考值P*、瞬时无功功率的参考值Q*和交流母线电压的初始计算值V*的计算公式为：
Figure BDA0002516445030000084
Figure BDA0002516445030000091
Figure BDA0002516445030000092
Figure BDA0002516445030000093
Figure BDA0002516445030000094
Figure BDA0002516445030000095
式中，
Figure BDA0002516445030000096
和
Figure BDA0002516445030000097
分别为交流充电桩从交流母线汲取的总有功功率和总无功功率；
Figure BDA0002516445030000098
为直流充电桩从直流母线汲取的总有功功率；
Figure BDA0002516445030000099
和
Figure BDA00025164450300000910
分别为交流侧电源装置的总有功和无功发电量；
Figure BDA00025164450300000911
为直流侧电源装置的总有功发电量，VDC为直流母线电压，
Figure BDA00025164450300000912
直流母线参考电压；
Figure BDA00025164450300000913
为交流母线电压测量有效值；Ke为基于电压的下垂控制回路的下垂系数。
用一个截止频率为ωe且ωe＞ωc的LPF表示延迟。提出的协调控制器的控制拓扑如图3所示。从图3可以看出，如果对直流母线电压进行严格的控制(即
Figure BDA00025164450300000914
)，则整个互联变换器都在常规策略下运行。通过计算P*和Q*可求得功率共享不受影响。进而可以求得基于电压、功率的下垂控制回路状态空间动态模型如下：
Figure BDA00025164450300000915
Figure BDA00025164450300000916
Figure BDA0002516445030000101
Figure BDA0002516445030000102
Figure BDA0002516445030000103
从控制回路矩阵A可以看出，A只与ωe的值有关，即系统仅依赖于本发明实施例中的分布式协调控制器的延时。由于eig(A)＜0(即矩阵A的特征值小于0)，所以对于可接受范围内的时间延迟，系统是稳定的。处于工作状态的分布式协调控制器在几秒内可以达到临界稳定状态，不会出现较大的时间延迟。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述电压控制器获取交流母线电压计算值，以及经Park变换处理后的交流母线瞬时电压和交流母线瞬时电流，输出交流母线电流值；具体地：所述电压控制器对接收到的交流母线电压计算值和经Park变换处理后的交流母线瞬时电压进行比较，再对比较结果进行PI调节；然后将PI调节结果与经滤波器处理后交流母线瞬时电压进行比较，最终将该比较结果与具有前馈增益的经Park变换处理后的交流母线瞬时电流叠加后得到逆变器输出电流的计算值；
所述电流控制器获取电压控制器输出的交流母线电流值，以及经Park变换单元处理后的交流母线瞬时电压、交流母线瞬时电流、逆变器输出电流，输出逆变器输出电压的计算值；具体地，所述电流控制器对接收到的经Park变换处理的逆变器输出电流和逆变器输出电流的计算值进行比较，再对比较结果进行PI调节；然后将PI调节结果与经滤波器处理后交流母线瞬时电流进行比较后与经Park变换处理的交流母线瞬时电压进行叠加，得到逆变器输出电压的计算值。
其中，所述电压控制器和电流控制器中相关参数的计算公式为：
Figure BDA0002516445030000111
式中，
Figure BDA0002516445030000112
和
Figure BDA0002516445030000113
分别为d、q轴逆变器输出电流的计算值，F为前馈增益；
Figure BDA0002516445030000114
和
Figure BDA0002516445030000115
分别为d、q轴逆变器输出电压的计算值；
Figure BDA0002516445030000116
和
Figure BDA0002516445030000117
是电压控制器中PI调节对应的状态变量一阶导；
Figure BDA0002516445030000118
和
Figure BDA0002516445030000119
是电压控制器中PI调节对应的状态变量；
Figure BDA00025164450300001110
和
Figure BDA00025164450300001111
是电流控制器中PI调节对应的状态变量一阶导；λid和λiq是电流控制器中PI调节对应的状态变量；ω为交流母线的功率角频率；Cf和Lf分别是滤波器的电容和电感；KP(.)，Ki(.)和Kd(.)是电压、电流控制器中的比例积分微分增益，括号内的V和I分别代表电压控制器和电流控制器；vod和iod分别为d轴逆变器输出电压和电流；voq和ioq分别为q轴逆变器输出电压和电流；iid和iiq分别为d、q轴逆变器输出电流。
在实际应用过程中，所述满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制器(参见图1中的IC)的数据可以是一个或者多个，当存在多个满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制器时，各满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制器之间为并联关系。
实施例2
由n个电动汽车充电桩组成的微电网可以通过一个稀疏通信网络进行通信。通信图也称为带权有向图，表示节点间连接集合G＝(VG,εG,AG)，其中VG＝{V1,V2,V3,…,Vn}是所有节点的集合；
Figure BDA00025164450300001112
是节点对的集合，即节点间互联关系信息；AG＝[aij]N×N为维数为N×N的加权邻接矩阵，给出有关节点间互联性的信息。节点i与节点j之间的通信表示如下：
Figure BDA00025164450300001113
其中：ai×j表示从单元j到i的通信链路权重。
为此，本发明实施例中提供了一种分布式协调控制方法，包括：
利用某电动汽车充电桩的本地信息，及其邻近电动汽车充电桩的电压信息，计算得到平均输出电压；
计算出所述平均输出电压与直流母线电压的电压偏差，并根据计算结果确定实施例1中任一项所述的分布式协调器的工作模式，完成分布式协调控制。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所有电动汽车充电桩均采用分布式动态平均协议，利用第n个电动汽车充电桩的本地信息，及其邻近测得的信息收敛得到平均输出电压
Figure BDA0002516445030000121
所述平均输出电压的计算公式为：
Figure BDA0002516445030000122
式中，
Figure BDA0002516445030000123
为平均输出电压，
Figure BDA0002516445030000124
为第n个电动汽车的电压；ψv为电压协调的确认信号；Δv为第n个电动汽车与平均输出电压的偏差；j∈N为相邻的电动汽车单元；ai×j表示从单元j到单元i的通信链路权重。在预设的协议中，任意呈阶跃变化的电动汽车充电桩输出电压将收敛到相邻充电桩的平均值。
在局部应用中，直流母线电压的参考值为固定值。在不损失通用性的情况下，所有连接到此部分直流母线的电动汽车充电桩都可以访问这个参考值，使整个分布式协调控制器能够自主运行。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述计算出所述平均输出电压与直流母线电压的电压偏差，并根据计算结果决定是否启动分布式协调器，具体为：
当所述平均输出电压与直流母线电压的电压偏差在可接受范围内，则Δv＝0，使得
Figure BDA0002516445030000125
且使得协调控制器处于非工作状态；
当所述平均输出电压与直流母线电压的电压偏差不在可接受范围内，则判断充电桩的充电容量、有功功率、无功功率是否满足设定的约束条件，并根据判断结果确定协调控制器的工作模式。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述设定的约束条件包括：
Figure BDA0002516445030000126
式中，
Figure BDA0002516445030000127
和
Figure BDA0002516445030000128
分别是第n辆电动汽车的充电桩的最大、最小和初始荷电状态；
Figure BDA0002516445030000131
和
Figure BDA0002516445030000132
分别是第n辆电动汽车的充电桩额定充电容量和电动汽车参与电网互动过程中的充电容量，ΔTn为电动汽车参与电网互动过程的持续时间；
Figure BDA0002516445030000133
和
Figure BDA0002516445030000134
分别为最大允许有功功率和无功功率；
Figure BDA0002516445030000135
和
Figure BDA0002516445030000136
分别为输出有功功率和无功功率，其中
Figure BDA0002516445030000137
和
Figure BDA0002516445030000138
分别是电动汽车参与电网互动后第n辆电动汽车电池的SOC和用户定义的预置SOC；
所述根据判断结果确定协调控制器的工作模式，具体为：
如果满足所有的约束条件，则令ψv＝1，使电动汽车充电桩能够在分布式模式下工作；
如果不满足约束条件，则令ψv＝0，使电动汽车充电桩保持分散模式，控制分布式协调器处于非工作状态，且削减非关键充电桩，以保持平均输出电压与直流母线电压的电压偏差ΔVDC在限定值内。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述对于分散和分布式的操作模式，
Figure BDA0002516445030000139
都不断进行实时更新，电动汽车充电桩的
Figure BDA00025164450300001310
被传递给相邻n-1和n+1单元；
下面结合一具体实施过程，对本发明实施例中的方法进行详细说明。
直流系统设计有四个电动汽车充电桩和一个光伏单元，如图1所示。电动汽车通过直流快速充电桩连接到直流母线，直流快速充电桩由所述分布式协调控制器控制。光伏单元的直直变换器由一个最大功率点跟踪控制器(MPPT)控制。直流母线通过分布式协调控制器与交流母线相连，直流负载通过直流母线与交流进行连接负载在交流母线连接。系统的参数配置如表1所示。
表1系统参数
Figure BDA00025164450300001311
Figure BDA0002516445030000141
直流母线和交流母线的负载分布剖面如图4所示。
电动汽车通过直流快速充电桩连接到直流母线，直流快速充电桩由开发的分布式协调控制器控制，通过考虑并发可变PV发电和实际商业负载，以证明控制器在间歇供电和需求下的功效，以及该控制器在分布式模式下的有效性。
所有的电动汽车充电桩最初终端电压有所差异，但是最终聚集到所需的电压水平一样。同样，由于直流母线电压与交流母线电压测量有效值耦合，直流侧电压的会聚有助于将交流母线电压测量有效值控制在可接受的范围内，如图5(a)所示。
在孤岛模式下，所有分布式协调控制器必须具有四象限运行能力。这意味着分布式协调控制器可以在两个电网系统之间传输有功功率和再有功功率，因此将有四种工作模式(整流、逆变、电容和电感模式)。在整流模式下，分布式协调控制器将电能从交流系统传输到直流系统；在逆变模式下，它将电能从直流系统传输到交流系统。所有情况下的标准直流母线电压如图5(b)所示，可以看出，通过所提出的控制方案，电压得到了适当的调节。实验结果表明，该控制器具有良好的参考跟踪性能，且电压得到了调节。
实施例3
基于与实施例2相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制装置，包括：
计算单元，用于利用某电动汽车充电桩的本地信息，及其邻近电动汽车充电桩的电压信息，计算得到平均输出电压；
控制单元，用于计算出所述平均输出电压与直流母线电压的电压偏差，并根据计算结果确定是否启动实施例1中分布式协调器，完成分布式协调控制。
其余部分均与实施例2相同。
实施例4
基于与实施例2相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制系统，包括存储介质和处理器；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行实施例2中任一项所述方法的步骤。
其余部分均与实施例2相同。
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。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (15)

1.一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制器，其特征在于，所述分布式协调控制器设于直流母线和交流母线之间，且与逆变器相连，其包括：
功率计算单元，基于经park变换后的交流母线瞬时电压和交流母线瞬时电流，计算出交流母线的瞬时有功功率和瞬时无功功率；
下垂控制单元，对所述瞬时有功功率和瞬时无功功率进行下垂控制计算，得到交流母线的功率角频率和交流母线电压计算值；
顺次相连的电压控制器和电流控制器，所述交流母线电压计算值经电压控制器和电流控制器处理后得到逆变器输出电压的计算值；
逆变单元，对所述交流母线的功率角频率和逆变器输出电压的计算值进行PWM调制，输出交变信号控制交流母线的输出电压。
2.根据权利要求1所述的一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制器，其特征在于，所述下垂控制单元包括：
有功功率控制回路，对接收到的瞬时有功功率和瞬时有功功率的参考值进行比较，并对比较结果下垂处理，然后再对下垂处理结果进行PD调节，最后将PD调节结果与交流母线的功率角频率参考值进行比较，得到交流母线的功率角频率；
基于电压的下垂控制回路，基于滤波后的直流母线电压和直流母线电压参考值进行比较，并对比较结果下垂处理，然后再将下垂处理结果与交流母线电压测量有效值进行叠加，得到交流母线电压的初始计算值；
无功功率控制回路，对接收到的瞬时无功功率和瞬时无功功率的参考值进行比较，并对比较结果下垂处理，然后再对下垂处理结果进行PD调节，将PD调节结果与所述交流母线电压的初始计算值进行比较，获得交流母线电压的计算值。
3.根据权利要求2所述的一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制器，其特征在于，所述交流母线的功率角频率和交流母线电压计算值的计算公式为：
Figure FDA0002516445020000011
Figure FDA0002516445020000012
式中，ω为交流母线的功率角频率，ω*为交流母线的功率角频率参考值，Kp(P)和Kd(P)分别为PD调节的比例和微分系数，DP和DQ分别为有功和无功功率控制回路的下垂系数；V*为交流母线电压的初始计算值；P*为瞬时有功功率的参考值；Q*为瞬时无功功率的参考值，三者都是自适应参数，V为交流母线电压计算值，P为瞬时有功功率，Q为瞬时无功功率。
4.根据权利要求3所述的一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制器，其特征在于：所述瞬时有功功率的参考值P*、瞬时无功功率的参考值Q*和交流母线电压的初始计算值V*的计算公式为：
Figure FDA0002516445020000021
Figure FDA0002516445020000022
Figure FDA0002516445020000023
Figure FDA0002516445020000024
Figure FDA0002516445020000025
Figure FDA0002516445020000026
式中，
Figure FDA0002516445020000027
和
Figure FDA0002516445020000028
分别为交流充电桩从交流母线汲取的总有功功率和总无功功率；
Figure FDA0002516445020000029
为直流充电桩从直流母线汲取的总有功功率；
Figure FDA00025164450200000210
和
Figure FDA00025164450200000211
分别为交流侧电源装置的总有功和无功发电量；
Figure FDA00025164450200000212
为直流侧电源装置的总有功发电量，VDC为直流母线电压，
Figure FDA00025164450200000213
直流母线参考电压；
Figure FDA00025164450200000214
为交流母线电压测量有效值；Ke为基于电压的下垂控制回路的下垂系数。
5.根据权利要求1所述的一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制器，其特征在于：所述电压控制器获取交流母线电压计算值，以及经Park变换后的交流母线瞬时电压和交流母线瞬时电流，输出交流母线电流值；
所述电流控制器获取电压控制器输出的交流母线电流值，以及经Park变换单元处理后的交流母线瞬时电压、交流母线瞬时电流、逆变器输出电流，输出逆变器输出电压的计算值。
6.根据权利要求5所述的一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制器，其特征在于：所述电压控制器对接收到的交流母线电压计算值和经Park变换后的交流母线瞬时电压进行比较，再对比较结果进行PI调节；然后将PI调节结果与经滤波器处理后交流母线瞬时电压进行比较，最终将该比较结果与具有前馈增益的经Park变换后的交流母线瞬时电流叠加后得到逆变器输出电流的计算值；
所述电流控制器对接收到的经Park变换处理的逆变器输出电流和逆变器输出电流的计算值进行比较，再对比较结果进行PI调节；然后将PI调节结果与经滤波器处理后交流母线瞬时电流进行比较后与经Park变换处理的交流母线瞬时电压进行叠加，得到逆变器输出电压的计算值。
7.根据权利要求6所述的一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制器，其特征在于：所述电压控制器和电流控制器中相关参数的计算公式为：
Figure FDA0002516445020000031
式中，
Figure FDA0002516445020000032
和
Figure FDA0002516445020000033
分别为d、q轴逆变器输出电流的计算值，F为前馈增益；
Figure FDA0002516445020000034
和
Figure FDA0002516445020000035
分别为d、q轴逆变器输出电压的计算值；
Figure FDA0002516445020000036
和
Figure FDA0002516445020000037
是电压控制器中PI调节对应的状态变量一阶导；
Figure FDA0002516445020000038
和
Figure FDA0002516445020000039
是电压控制器中PI调节对应的状态变量；
Figure FDA00025164450200000310
和
Figure FDA00025164450200000311
是电流控制器中PI调节对应的状态变量一阶导；λid和λiq是电流控制器中PI调节对应的状态变量；ω为交流母线的功率角频率；Cf和Lf分别是滤波器的电容和电感；KP(.)，Ki(.)和Kd(.)是电压、电流控制器中的比例积分微分增益，括号内的V和I分别代表电压控制器和电流控制器；vod和iod分别为d轴逆变器输出电压和电流；voq和ioq分别为q轴逆变器输出电压和电流；iid和iiq分别为d、q轴逆变器输出电流。
8.根据权利要求1所述的一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制器，其特征在于：还包括低通滤波单元，所述低通滤波单元设于下垂控制单元和功率计算单元之间，对接收到的瞬时有功功率和无功功率进行低通滤波，获得滤波后的瞬时有功功率和无功功率。
9.一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制方法，其特征在于，包括：
利用某电动汽车充电桩的本地信息，及其邻近电动汽车充电桩的电压信息，计算得到平均输出电压；
计算出所述平均输出电压与直流母线电压的电压偏差，并根据计算结果确定是否启动权利要求1-8中任一项所述的分布式协调器，完成分布式协调控制。
10.根据权利要求9所述的一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制方法，其特征在于，所述平均输出电压的计算公式为：
Figure FDA0002516445020000041
式中，
Figure FDA0002516445020000042
为t时刻平均输出电压，
Figure FDA0002516445020000043
为t时刻第n个电动汽车的电压；
Figure FDA0002516445020000044
为τ时刻平均输出电压，
Figure FDA0002516445020000045
为τ时刻第j个电动汽车的电压，j∈N为相邻的电动汽车单元，ψv为电压协调的确认信号；Δv为第n个电动汽车与平均输出电压的偏差；an×j表示从单元j到单元n的通信链路权重。
11.根据权利要求9或10所述的一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制方法，其特征在于，所述计算出所述平均输出电压与直流母线电压的电压偏差，并根据计算结果决定是否启动分布式协调器，具体为：
当所述平均输出电压与直流母线电压的电压偏差在可接受范围内，则使得协调控制器处于非工作状态；
当所述平均输出电压与直流母线电压的电压偏差不在可接受范围内，则判断充电桩的充电容量、有功功率、无功功率是否满足设定的约束条件，并根据判断结果确定协调控制器的工作模式。
12.根据权利要求11所述的一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制方法，其特征在于，所述设定的约束条件包括：
Figure FDA0002516445020000046
Figure FDA0002516445020000047
Figure FDA0002516445020000048
Figure FDA0002516445020000049
式中，
Figure FDA00025164450200000410
和
Figure FDA00025164450200000411
分别是第n辆电动汽车的充电桩的最大、最小和初始荷电状态；
Figure FDA00025164450200000412
和
Figure FDA00025164450200000413
分别是第n辆电动汽车的充电桩额定充电容量和电动汽车参与电网互动过程中的充电容量，ΔTn为电动汽车参与电网互动过程的持续时间；
Figure FDA00025164450200000414
和
Figure FDA00025164450200000415
分别为最大允许有功功率和无功功率；
Figure FDA00025164450200000416
和
Figure FDA00025164450200000417
分别为最小允许有功功率和无功功率；
Figure FDA00025164450200000418
和
Figure FDA00025164450200000419
分别为输出有功功率和无功功率，其中
Figure FDA00025164450200000420
和
Figure FDA00025164450200000421
分别是电动汽车参与电网互动后第n辆电动汽车电池的荷电状态和用户定义的预置荷电状态。
13.根据权利要求12所述的一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制方法，其特征在于，所述根据判断结果确定协调控制器的工作模式，具体为：
如果满足所有的约束条件，则控制分布式协调器处于工作状态；
如果不满足约束条件，则控制分布式协调器处于非工作状态，且削减非关键充电桩，以保持平均输出电压与直流母线电压的电压偏差在限定值内。
14.一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制装置，其特征在于，包括：
计算单元，用于利用某电动汽车充电桩的本地信息，及其邻近电动汽车充电桩的电压信息，计算得到平均输出电压；
控制单元，用于计算出所述平均输出电压与直流母线电压的电压偏差，并根据计算结果确定权利要求1-8中任一项所述的分布式协调器的工作模式，完成分布式协调控制。
15.一种满足EV充电需求的台区柔性资源分布式协调控制系统，其特征在于，包括存储介质和处理器；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求9～13中任一项所述方法的步骤。
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