CN113054641A - 一种含分布式电源的中低压直流配电系统的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种含分布式电源的中低压直流配电系统的控制方法及装置，涉及模块化多电平换流器控制领域。本发明针为了解决传统下垂控制在直流配电网发生扰动或故障时，由于系统的非线性和固定下垂系数导致直流配电网在暂态时电压稳定性差，不能考虑实际运行的换流站裕度，容易出现满载的问题。本发明结合功率裕度得到改进的下垂系数，并使用电压偏差因子作为改进的下垂系数的指数部分。本发明能使直流电压保持稳定，合理分配不平衡功率，提高了中低压直流配电网的稳定性。

Description

一种含分布式电源的中低压直流配电系统的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及模块化多电平换流器控制领域，特别是涉及一种含分布式电源的中低压直流配电系统的控制方法及装置。

背景技术

随着智能电网和能源互联网的迅速发展，分布式电源及储能等的灵活接入、各类交直流配电网等的柔性连接成为重要发展目标，中低压直流配电系统的控制方法也极为关键。含分布式电源的中低压直流配电系统因其分布式电源受环境不确定因素影响很大，输出功率不稳定会导致直流母线电压的波动，考虑了直流配电网的电能质量指标，针对传统下垂控制在直流配电网发生扰动或故障时，由于系统的非线性和固定下垂系数导致直流配电网在暂态时电压下稳定性差，不能考虑实际运行的换流站裕度，容易出现满载情况。

传统下垂控制的下垂系数是由换流站容量确定的定值，当系统发生扰动时，直流配电网各换流站根据原有下垂系数调节有功输出，这就会使功率裕度较小的换流站容易满载或过载运行，降低系统稳定性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种含分布式电源的中低压直流配电系统的控制方法及装置，提高了中低压直流配电网的稳定性。

本发明第一方面提供了一种含分布式电源的中低压直流配电系统的控制方法，包括：

外环自适应下垂控制步骤，生成内环电流参考值，自适应下垂控制的改进的下垂系数

为：

其中，β为电压偏差因子；

内环电流滑模控制步骤，所述内环电流参考值作为输入，生成换流器控制信号。

进一步的，所述电压偏差因子β为：

进一步的，所述改进的下垂系数的限幅为：

进一步的，所述内环滑模控制步骤包括：

选取滑模面，所述滑模面为：

确定指数趋近律作为输出电压状态变量到达滑模面的可行性条件，所述指数趋近律为：

根据所述指数趋近律得到电流内环滑模控制的指令为：

本发明第二方面提供了一种含分布式电源的中低压直流配电系统控制装置，包括：

外环自适应下垂控制模块，用以生成内环电流参考值，自适应下垂控制的改进的下垂系数

为：

其中，β为电压偏差因子；

内环电流滑模控制模块，将所述内环电流参考值作为输入，生成换流器控制信号。

进一步的，所述电压偏差因子β为：

进一步的，所述改进的下垂系数的限幅为：

上所述，本发明与现有技术相比，具有如下效果：

1、本申请的中低压直流配电系统MMC采用下垂控制时，结合功率裕度得到改进的下垂系数，并且将电压偏差因子作为本申请改进的下垂系数的指数部分，保证了直流配电系统电压连续性，避免由功率波动引起的改进的下垂系数大幅度改变，造成电压偏差过大；

2、本申请根据滑模控制对系统模型不确定的鲁棒性特点，选取滑模面，提高控制系统的自适应能力，采用指数趋近律，最终可得电流内环滑模控制的指令控制式；

3、在MATLAB仿真平台搭建的含分布式电源的中低压直流配电系统环状仿真模型进行仿真分析，与传统下垂控制在负荷波动、功率跃变等不同工况下对比仿真，本发明不仅能使直流电压保持稳定还考虑到了不平衡功率的合情分配，提高了中低压直流配电网的稳定性，验证了本申请的综合协调改进下垂控制的正确性和优越性。

附图说明

图1是本发明提出的含分布式电源的中低压直流配电系统的改进下垂控制策略的整体控制框图；

图2是本发明控制策略在负荷波动工况下效果对比图；

图3是本发明控制策略在功率跃变工况下效果对比图；

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明第一方面提供了一种含分布式电源的中低压直流配电系统的控制方法，如图1所示，包括级联的外环电压控制步骤和内环电流控制步骤，具体为：

S1、外环自适应下垂控制步骤，生成内环电流参考值，具体包括：

S11、当系统稳态运行情况下，根据换流站容量确定换流站的下垂系数，所述下垂系数大小根据MMC换流站输送有功与电压之间的关系计算，所述下垂系数为：

其中，

和

分别为电压基准值的1.05和0.95倍；

S12、考虑功率裕度得到换流站下垂系数为：

P_i.max和P_i.max为换流站的最大有功功率和最小有功功率；sgn为符号函数，α为常数，负责对所述下垂系数K′_i进行适当缩放调整，若换流站自身重负荷运行时，不利于系统稳定，需要对下垂系数K′_i进行合理限幅；

S13、为保证直流配电系统电压连续性引入电压偏差因子β，将电压偏差因子作为功率裕度自适应下垂系数的指数部分，得到本发明改进下垂系数

如下：

S14、为保证直流配电系统电压连续性，避免由功率波动引起的下垂系数大幅度改变，造成电压偏差过大，引入电压偏差因子β，定义如下：

S15、对改进的下垂系数限幅；

若换流站自身重负荷运行时，下垂系数取值过小将会导致较小的功率变化产生较大的直流电压偏差，偏离控制方向，不利于系统稳定，因此需要对改进的下垂系数

进行合理限幅，取：

K′_i为初始参数；母线电压实际值与参考值越接近，电压偏差影响因子β越接近于1，改进下垂系数K_i ^*与下垂系数K_i'越接近。电压偏差因子β将随着电压偏差的增大而减小，所以使改进下垂系数K_i ^*值变大，增大了直流母线电压部分在下垂策略里的比例，电压稳定作用更好；

S2、内环电流滑模控制步骤，所述内环电流参考值作为输入，生成换流器控制信号。

S2.1、MMC换流器电流内环采用滑模变结构控制，电流i_sd和i_sq需要精确追踪电流参考值i_sdref和i_sqref，因此选取滑模面为：

S2.2、为了确保控制系统能实现精确控制，抑制抖振，提高控制系统的自适应能力，采用指数趋近律；

通过调整趋近律参数ε和k，使系统从初始状态以更快的速度进入滑模面，并且抑制变结构系统的抖振问题；

S2.3、选取指数趋近律作为输出电压状态变量到达滑模面的可行性条件，最终得到电流内环滑模控制的指令控制式如下：

通过上述控制指令，进行脉冲触发，控制MMC换流器；

为了进一步说明本发明实施例的控制方法，在一具体实施例中，在MATLAB仿真平台搭建的含分布式电源的中低压直流配电系统环状仿真模型进行仿真分析，与传统下垂控制在负荷波动、功率跃变等不同工况下对比仿真。通过在MATLAB仿真软件中按上述步骤进验证，图2为负荷波动工况下的效果对比图，图2中的a图为采用传统下垂控制方法时，在负荷波动工况下，系统中的MMC1、MMC2、MMC3、MMC4和光伏的有功功率变化曲线，图2中的b图为采用本申请具体实施例所述的下垂控制时，负荷波动工况下，系统中的MMC1、MMC2、MMC3、MMC4和光伏的有功功率变化曲线，由图2的仿真结果证明了本申请的控制方法在负荷波动工况下超调量较小；图3为功率跃变工况下的效果对比图，图3中的a图为采用传统下垂控制方法时，功率跃变工况下系统中的MMC1、MMC2、MMC3、MMC4和光伏的有功功率变化曲线，图3中的b图为采用本申请具体实施例所述的下垂控制时，功率跃变工况下，系统中的MMC1、MMC2、MMC3、MMC4和光伏的有功功率变化曲线控制策略在功率跃变工况下降低直流电压波动，具体如图3。

本发明第二方面提供了一种含分布式电源的中低压直流配电系统控制装置，包括：

外环自适应下垂控制模块，用以生成内环电流参考值，自适应下垂控制的改进的下垂系数

为：

其中，β为电压偏差因子；

内环电流滑模控制模块，将所述内环电流参考值作为输入，生成换流器控制信号。

在一具体实施例中，外环自适应下垂控制模块、内环电流滑模控制模块可以以软件的形式集成在控制器中，对配电系统进行控制，具体工作过程如本发明第一实施例所述，此处不再赘述。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种含分布式电源的中低压直流配电系统的控制方法，其特征在于，包括：

外环自适应下垂控制步骤，生成内环电流参考值，自适应下垂控制的改进的下垂系数

为：

其中，β为电压偏差因子；

内环电流滑模控制步骤，所述内环电流参考值作为输入，生成换流器控制信号。

2.根据权利要求1所述一种含分布式电源的中低压直流配电系统的控制方法，其特征在于，所述电压偏差因子β为：

3.根据权利要求1所述一种含分布式电源的中低压直流配电系统的控制方法，其特征在于，所述改进的下垂系数的限幅为：

4.根据权利要求1所述一种含分布式电源的中低压直流配电系统的控制方法，其特征在于，所述内环滑模控制步骤包括：

选取滑模面，所述滑模面为：

确定指数趋近律作为输出电压状态变量到达滑模面的可行性条件，所述指数趋近律为：

根据所述指数趋近律得到电流内环滑模控制的指令为：

5.一种含分布式电源的中低压直流配电系统控制装置，其特征在于，包括：

外环自适应下垂控制模块，用以生成内环电流参考值，自适应下垂控制的改进的下垂系数

为：

其中，β为电压偏差因子；

内环电流滑模控制模块，将所述内环电流参考值作为输入，生成换流器控制信号。

6.根据权利要求5所述一种含分布式电源的中低压直流配电系统的控制装置，其特征在于，所述电压偏差因子β为：

7.根据权利要求5所述一种含分布式电源的中低压直流配电系统的控制装置，其特征在于，所述改进的下垂系数的限幅为：

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