CN112769118A - 一种防止直流电网低电压的控制方法 - Google Patents

一种防止直流电网低电压的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种防止直流电网低电压的控制方法，适用于直流配电网系统，配电网系统包括有AC/DC变流器的一端接交流电网，另一端接直流母线，负载分别通过DC/DC变流器组与直流母线电连接，AC/DC变流器依次通过第一控制器、第一电压互感器与直流母线电连接；DC/DC变流器组的依次通过第二控制器、第二电压互感器与直流母线电连接，包括如下步骤：步骤S1、将AC/DC变流器对直流侧电压采取的电压‑功率下垂控制曲线分为两段不同斜率的曲线；步骤S2、将两段曲线的拐点电压设定为DC/DC变流器组电网侧最低运行电压；步骤S3、第二控制器检测直流母线电压的电压值，并与拐点电压进行比较，执行控制策略。控制策略可以防止直流电网发生电压崩溃。

Description

一种防止直流电网低电压的控制方法
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，特别涉及一种防止直流电网低电压的控制方法。
背景技术
随着电力电子技术发展，直流配电网得到了广泛应用。在直流电网中，如果存在多台AC/DC变流器并联运行，可以采用主从式的控制方式，一台AC/DC变流器控制直流电压，其它的控制功率；也可以采用分布式控制，即各AC/DC变流器都采用电压-功率下垂控制方式。采用分布式控制，不需要主机，各变流器之间也不需要通信。各变流器通过检测直流电压的大小，调整传送功率的大小与方向，达到功率在各变流器的合理分配。
目前，AC/DC变流器采用的电压-功率下垂控制方式都是一条斜线，即：在功率-电压坐标系上，通过一条直线连接最高运行电压、反向最大功率与最低运行电压、最大功率这两点。通过检测电压，可以感知AC/DC变流器还剩余百分之几的额定功率，但无法确定剩余功率的绝对值。若直流电网中存在一个或若干个AC/DC变流器停运检修，直流电网中电动汽车充电DC/DC变流器组总容量将超过运行AC/DC变流器容量，如果没有其他通信设施控制，容易导致低电压发生，甚至导致直流系统电压崩溃。为防止这种情况发生，应该设置DC/DC变流器组的最小电压限值。在已有的电压-功率下垂控制方式下，一条斜线比较平坦，再加上电压测量误差，会导致以下情况：1、限值设置太高，则出现AC/DC变流器还有足够容量情况下，充电DC/DC变流器组降低功率输出或停止运行，降低了系统的利用率；2、限值设置太低，则出现AC/DC变流器剩余容量不足时，充电DC/DC变流器组依然全功率运行，可能造成直流系统低电压甚至导致直流系统电压崩溃，降低了系统的可靠性。
发明内容
本发明的目的是为AC/DC变流器提供一种控制直流电压的方法，通过在AC/DC变流器已有的下垂控制斜线中，增加拐点，将一条下垂控制斜线变为两段斜率不同的斜线，在直流运行电压靠近最低允许电压时，斜率变大，远离系统允许最低电压时斜率变小，同时，将给负荷供电的DC/DC变流器组的最低运行电压限值设置为拐点电压，当运行电压到达拐点时，将DC/DC变流器组控制方式可以改为定电网电压控制模式，以降低DC/DC变流器组供电功率或停止供电；通过这种协调控制，从而可以防止直流电网发生电压崩溃；此时，AC/DC变流器容量剩余很小，因此系统利用率得到提高。
为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，一种防止直流电网低电压的控制方法，适用于直流配电网系统，所述配电网系统包括有，若干个AC/DC变流器的一端接交流电网，另一端接直流母线，若干个负载分别通过DC/DC变流器组与直流母线电连接，若干个AC/DC变流器的控制端与第一控制器的控制端电连接，第一控制器的检测端通过第一电压互感器与直流母线电连接；若干个DC/DC变流器组的控制端与第二控制器的控制端电连接，第二控制器的检测端通过第二电压互感器与直流母线电连接，包括如下步骤：
步骤S1、将AC/DC变流器对直流侧电压采取的电压-功率下垂控制曲线分为两段不同斜率的曲线；其中，低电压段的斜率的绝对值大于高电压段的斜率的绝对值；
步骤S2、将两段曲线的拐点电压设定为DC/DC变流器组电网侧最低运行电压；
步骤S3、第二控制器检测直流母线电压的电压值，并与拐点电压进行比较，执行控制策略。
步骤S3包括如下步骤：
步骤S31、当直流电网电压高于拐点电压时，DC/DC变流器组按供电负荷要求控制模式运行，
步骤S32、当直流电网电压低于拐点电压时，DC/DC变流器组按定电网侧电压控制模式运行，将定电压的定值设为拐点电压，或者按预先设定降功率运行。
两段曲线的斜率计算包括如下步骤：
设定AC/DC变流器下垂控制曲线中高电压段的斜率为-k1，AC/DC变流器下垂控制曲线中低电压段的斜率为-k2；
通过在AC/DC变流器电压运行区间[U2，U1]、功率运行区间[-P1，P2]内设置拐点(P3，U3)，使得k2>k1；其中，U1为直流电网允许最高运行电压，U2为直流电网允许最低运行电压，AC/DC变流器向直流电网传送功率记为正方向；
若AC/DC变流器直流侧额定电流大小记为Ie，则P1＝Ie*U1，P2＝Ie*U2；则曲线斜率k1和k2的计算公式如下：
k1＝-(U3-U1)/(P1+P3)
k2＝-(U2-U3)/(P2-P3)。
拐点(P3，U3)的设置方式如下：U3＝ku*U2，P3＝ki*Ie*U3；其中ku为大于1的比例系数，ki为小于1的比例系数。
5.如权利要求4所述防止直流电网低电压的控制方法，其特征在于，
ku的取值范围为：1.1>ku>1.01；ki的取值范围为：0.98>ki>0.8。
本发明的有益效果：本发明一种防止直流电网低电压的控制方法，通过在AC/DC变流器下垂曲线中增加一个拐点，并将给负荷供电的DC/DC变流器组的最低运行电压限值设置为拐点电压，当系统电压到达拐点时，降低DC/DC变流器组供电功率或停止供电。通过本发明协调控制，当有AC/DC变流器停运检修，运行的AC/DC变流器容量小于供电DC/DC变流器组容量时，直流电网电压将快速下降到拐点处，此时，AC/DC变流器容量剩余很小，直流电压远大于系统允许最低电压，即使DC/DC变流器组电压测量存在误差，也足以使DC/DC变流器组在运行电压达到最低允许值前改变运行模式，减小或停止输出功率，防止系统出现因低电压而导致的电压崩溃；同时，AC/DC变流器容量剩余很小，系统此时的容量得到充分利用；此外，本协调控制方法不需要另外建立通信设施。
附图说明
图1为配电网系统的结构示意图。
图2为AC/DC变流器的控制框图。
图3为一种防止直流电网低电压的控制方法的下垂控制曲线图。
图中标记说明：1-交流电网、2-直流母线、3-DC/DC变流器组、4-AC/DC变流器、5-负载、6-第一控制器、7-第二控制器、8第一电压互感器、9-第二电压互感器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，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。
实施例：如图1所示，一种防止直流电网低电压的控制方法，适用于直流配电网系统，所述配电网系统包括有，若干个AC/DC变流器的一端接交流电网1，另一端接直流母线2，若干个负载5分别通过DC/DC变流器组3与直流母线电连接，若干个AC/DC变流器4的控制端与第一控制器6的控制端电连接，第一控制器的检测端通过第一电压互感器8与直流母线电连接；若干个DC/DC变流器组成的DC/DC变流器组的控制端与第二控制器7的控制端电连接，第二控制器的检测端通过第二电压互感器9与直流母线电连接；在太阳能发电、电动汽车充电领域，AC/DC变流器、DC/DC变流器是常用的电力电子设备。本实施例中，5个充电负荷分别通过5个30kW DC/DC变流器接入额定电压为750V的直流母线电网，750V直流电网和380V交流电网通过2个直流侧额定电流为150A的AC/DC变流器相互连接。
AC/DC变流器的控制方式采用电流内环和电压外环的双环控制方式，如图2所示，P是AC/DC变流器当前传送的有功功率值，Utdref和Utqref分别为AC/DC变流器端电压d轴分量和q轴分量，Ud和Uq分别为AC/DC变流器并网点的电压d轴分量和q轴分量，Id和Iq分别为变流器输出电流d轴分量和q轴分量，Uref为直流侧电压参考值，Idref与Iqref分别d轴和q轴电流参考值，GI(s)为电流内环传递函数，GFF(s)为电压前馈环节中低通滤波的传递函数，Gdc(s)为直流电压外环传递函数，电流内环控制是目前常见的控制。外环控制中，除包含传统的直流电压外环传递函数Gdc(s)控制环节外，还加入了本发明所述的变斜率下垂控制；其过程是，首先将变流器当前输出的有功功率值输入至电压外环，通过本发明所述的下垂控制得到直流电压的参考值，再将直流电压的参考值与直流电压测量值通过PI环节得到电流参考值，最后将电流参考值输入至电流内环得到变流器的交流端d、q轴电压参考值。
将实施例所述的下垂控制详细表述如下：750V电网最高运行电压U1＝800V，最低运行电压U2＝650V，向交流可输出最大功率P1＝800*150＝120000W，向直流可输出最大功率P2＝650*150＝97500W，为充分利用AC/DC变流器容量，下垂控制曲线可设置ki＝0.9、ku＝1.04的拐点(P3，U3)，U3＝676V，P3＝91260W，此时，k1＝0.000587，k2＝0.00417，DC/DC变流器电网侧最低运行电压设置为676V。
若此时一台AC/DC变流器停运检修，5个充电负荷功率之和达到95000W时，AC/DC变流器向直流侧输送功率Pn＝95000W，显然P3<Pn<P2，应采用-k2的斜率计算电压参考值，如图3所示，横坐标P为AC/DC变流器输出的有功功率，正数代表向直流侧输送有功功率，纵坐标U为直流电网电压；通过图3可以计算电压参考值Uref＝(Pn-P3)*-k2+U3＝660.4V，将660.4V直流电压的参考值与直流电压测量值通过PI环节得到d轴电流参考值Idref，由于系统没有无功要求，q轴电流参考值Iqref可设为零。最后将电流参考值输入至电流内环，由电流内环控制AC/DC变流器的功率输出。通过AC/DC变流器的控制过程，此时，直流电网电压稳定在660.4V，小于拐点电压676V，只要DC/DC变流器电压测量环节误差不大于10V，DC/DC变流器就可以检测到直流电网电压达到其最低限值，从而将其控制方式转为定电网电压控制方式，降低供给负荷的有功功率，或根据预先的设置，停运2台DC/DC变流器。这样，不会导致直流电网电压崩溃，同时，AC/DC变流器剩余功率仅为2.5kW，系统供电能力也得到充分利用。
以上所述之具体实施方式为本发明一种防止直流电网低电压的控制方法的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种防止直流电网低电压的控制方法，适用于直流配电网系统，所述配电网系统包括有若干个AC/DC变流器的一端接交流电网，另一端接直流母线，若干个负载分别通过DC/DC变流器与直流母线电连接，若干个AC/DC变流器的控制端与第一控制器的控制端电连接，第一控制器的检测端通过第一电压互感器与直流母线电连接；若干个DC/DC变流器的控制端与第二控制器的控制端电连接，第二控制器的检测端通过第二电压互感器与直流母线电连接，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、将AC/DC变流器对直流侧电压采取的电压-功率下垂控制曲线分为两段不同斜率的曲线；其中，低电压段的斜率的绝对值大于高电压段的斜率的绝对值；
步骤S2、将两段曲线的拐点电压设定为DC/DC变流器电网侧最低运行电压；
步骤S3、第二控制器检测直流母线电压的电压值，并与拐点电压进行比较，执行控制策略。
2.根据权利要求1所述的一种防止直流电网低电压的控制方法，其特征在于，步骤S3包括如下步骤：
步骤S31、当直流电网电压高于拐点电压时，DC/DC变流器按供电负荷要求控制模式运行，
步骤S32、当直流电网电压低于拐点电压时，DC/DC变流器按定电网侧电压控制模式运行，将定电压的定值设为拐点电压，或者按预先设定降功率运行。
3.如权利要求1所述一种防止直流电网低电压的控制方法，其特征在于，两段曲线的斜率计算包括如下步骤：
设定AC/DC变流器下垂控制曲线中高电压段的斜率为-k1，AC/DC变流器下垂控制曲线中低电压段的斜率为-k2；
通过在AC/DC变流器电压运行区间[U2，U1]、功率运行区间[-P1，P2]内设置拐点(P3，U3)，使得k2>k1；其中，U1为直流电网允许最高运行电压，U2为直流电网允许最低运行电压，AC/DC变流器向直流电网传送功率记为正方向；
若AC/DC变流器直流侧额定电流大小记为Ie，则P1＝Ie*U1，P2＝Ie*U2；则曲线斜率k1和k2的计算公式如下：
k1＝-(U3-U1)/(P1+P3)
k2＝-(U2-U3)/(P2-P3)。
4.如权利要求3所述一种防止直流电网低电压的控制方法，其特征在于，
拐点(P3，U3)的设置方式如下：U3＝ku*U2，P3＝ki*Ie*U3；其中ku为大于1的比例系数，ki为小于1的比例系数。
5.如权利要求4所述一种防止直流电网低电压的控制方法，其特征在于，
ku的取值范围为：1.1>ku>1.01；ki的取值范围为：0.98>ki>0.8。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI347071B (en) * 2004-08-20 2011-08-11 Raytheon Co Method and apparatus for a power system for phased-array radar
CN106849106A (zh) * 2016-12-07 2017-06-13 湖南大学 直流配电网系统电压柔性控制方法
CN108199380A (zh) * 2018-01-31 2018-06-22 湖北工业大学 一种适用于交直流混合微电网的双向dc-ac变换器的控制方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI347071B (en) * 2004-08-20 2011-08-11 Raytheon Co Method and apparatus for a power system for phased-array radar
CN106849106A (zh) * 2016-12-07 2017-06-13 湖南大学 直流配电网系统电压柔性控制方法
CN108199380A (zh) * 2018-01-31 2018-06-22 湖北工业大学 一种适用于交直流混合微电网的双向dc-ac变换器的控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
黄智达等, 《智慧电力》, vol. 48, no. 2, pages 045 - 052 *

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