CN114301049B - 应用于直流微电网中电压动态支撑的虚拟惯量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于直流微电网中电压动态支撑的虚拟惯量控制方法，包括：构建输出值在(0‑1)之间随平滑变化的非线性函数,其中为i个变流器直流侧电压U_dci的变化率；基于变流器有功容量和直流配电系统稳态运行时所允许的直流电压最大偏差，构建非线性下垂系数的最大值β_imax；S30、基于步非线性函数和非线性下垂系数的最大值β_imax构建非线性下垂系数 本发明的控制方法应用到直流微电网中可提供电压支撑变流器，使提高系统直流电压的动态调节性能，在直流微电网遭受大扰动时保证直流电压的稳定，提高了系统的可靠性。

Description

应用于直流微电网中电压动态支撑的虚拟惯量控制方法

技术领域

本发明涉及直流微电网控制技术领域，具体是一种应用于直流微电网中电压动态支撑的虚拟惯量控制方法。

背景技术

近年来，太阳能、水能和风能等绿色可再生能源发电技术得到了快速发展，直流微电网在技术和经济性方面表现出突出的优势。由于直流母线电压是直流微电网的重要质量标准，对其稳定性控制策略的研究逐渐成为重点，研究一种具有良好系统稳定性和灵活运行的高效控制策略势在必行。

传统控制策略对直流母线电压的支撑主要是对容量较大的可提供功率支撑的变流器采用恒压控制或者下垂控制策略。恒压控制可以无差的对直流电压控制，但是当大扰动时提供的惯性不足，在动态过程中容易产生较大的电压偏差；而下垂控制是进行有差调节的方式，稳态时具有一定的电压偏差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种应用于直流微电网中电压动态支撑的虚拟惯量控制方法，在直流微电网受到大扰动时，能够使得具有功率支撑的变流器即使在大扰动可实现惯量支撑，以实现直流微电网母线电压具有较好的稳态特性和动态特性。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种应用于直流微电网中支撑母线电压动态支撑的虚拟惯量支撑控制方法，包括以下步骤：

S10、构建输出值在(0-1)之间随平滑变化的非线性函数,其中/>为i个变流器直流侧电压U_dci的变化率；

S20、基于变流器有功容量和直流配电系统稳态运行时所允许的直流电压最大偏差，构建非线性下垂系数的最大值β_imax；

S30、基于步骤S10构建的非线性函数和步骤S20构建的非线性下垂系数的最大值β_imax，构建非线性下垂系数

进一步的，步骤S10具体包括：

S11、以为自变量χ，/>函数为输出，得到：

S12、基于输出函数的取值范围，对输出进行归一化，得到非线性函数：

所述y函数的特征曲线为：

若则y∈(0,1)

若则y∈(-1,0)

y随着的增加而快速增大。

进一步的，步骤S20中根据最大限度利用电压支撑变流器功率裕度参与动态调压的原则，构建非线性下垂系数的最大值β_imax，其具体形式为：

式中，P_iref表示第i台变流器的有功功率参考值，ξ_i表示直流配电网中第i台变流器还可以输出的有功功率裕度，P_imax为第i台变流器能输出的有功功率最大值，ΔU_dcmax为直流配电网稳态运行时允许的最大直流电压偏差。

进一步的，将式(2)和(3)代入下垂系数得到非线性下垂系数的具体形式为：

基于式(3)构建有功功率和直流电压的虚拟惯量支撑控制方法原理图。

本发明与现有技术相比较，具有以下优点：

1、采用本发明的虚拟惯量支撑控制方法，变流器能根据直流电压变化率自动和无缝的切换变流器的功率输出，为保证直流电压稳定提供快速虚拟惯量支撑；

2、本发明的控制方法应用到直流微网的电压支撑变流器，使得电压支撑变流器大大提高了系统直流电压的动态调节能力，在直流微网遭受大扰动时可以快速调节有功功率，保证直流配电网直流电压的稳定，提高了系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明应用于直流微电网中电压动态支撑的虚拟惯量控制方法其中一个实施例的流程图；

图2为本发明实施例的应用场景图；

图3为本发明应用于直流微电网中电压动态支撑的虚拟惯量控制方法的原理图；

图4为本发明实施例电压响应特性曲线图。

具体实施方式

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的一部分实施例，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的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。

请参阅图1，本发明实施例提供一种应用于直流微电网中支撑母线电压动态支撑的虚拟惯量支撑控制方法，首先构建包含一个主变流器、直流母线带储能、光伏发电、直流负荷和直流子微网的直流微电网场景(如图2所示)，图2中储能变流器可以作为电压支撑变流器，采用本发明设计的虚拟惯量支撑控制方法，所述方法包括以下步骤：

S10、构建输出值在(0-1)之间随平滑变化的非线性函数,步骤S10具体包括：

S11、以为自变量χ，/>函数为输出，得到：

S12、基于输出函数的取值范围，对输出进行归一化，，得到非线性函数：

所述y函数的特征曲线为：

若则y∈(0,1)

若则y∈(-1,0)

y随着的增加而快速增大。

S20、基于变流器有功容量和直流配电系统稳态运行时所允许的直流电压最大偏差，构建非线性下垂系数的最大值β_imax；

进一步的，步骤S20中以最大限度利用电压支撑变流器功率裕度来参与动态调压为原则，根据变流器有功容量和直流配电系统稳态运行时所允许的直流电压最大偏差，设计非线性下垂系数的最大值，构建非线性下垂系数的最大值的具体形式为：

式中，P_iref表示直流配电网中第i台变流器的有功功率参考值，ξ_i表示直流配电网中第i台变流器还可以输出的有功功率裕度，P_imax直流配电网中第i台变流器能输出的有功功率最大值，ΔU_dcmax为直流配电网稳态运行时允许的最大直流电压偏差。从式(3)可知，β_imax和ξ_i成正比，因此功率裕度较大的变流器参与调压的能力强。

S30、基于步骤S10构建的非线性函数和步骤S20构建的非线性下垂系数的最大值，构建非线性下垂系数

进一步的，将式(2)和(3)代入下垂系数得到非线性下垂系数的具体形式为：

最后基于式(4)构建有功功率和直流电压的虚拟惯量支撑控制方法原理图，构建的具体原理图如图3所示。从图3可以看出，当系统处于稳态时，输出功率根据电压功率下垂曲线分担有功功率，在系统较大扰动时，变流器能根据直流电压变化率自动和无缝的切换变流器的功率输出，为保证直流电压稳定提供快速虚拟惯量支撑并且不影响稳态时有功功率的分配。

选取直流电压参考基准值750V，功率参考基准值为200kW，则P_imax＝1。根据直流配电网稳态运行时电压偏差要求，取ΔU_dcmax＝0.05，将P_imax代入式(3)得到：

从而得到：

通过MATLAB/Simulink仿真来验证本发明提出的电压支撑效果。设计2s中直流负荷突变0.5pu,采用提出的惯量支撑方法和无惯量支撑的直流母线电压响应曲线如图4所示，从图4可以看出，采用惯量支撑与无惯量支撑相比，可大大提高直流母线电压的动态性能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种应用于直流微电网中支撑母线电压动态支撑的虚拟惯量支撑控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10、构建输出值在(0-1)之间随平滑变化的非线性函数,其中/>为i个变流器直流侧电压U_dci的变化率；

S20、基于变流器有功容量和直流配电系统稳态运行时所允许的直流电压最大偏差，构建非线性下垂系数的最大值β_imax；

S30、基于步骤S10构建的非线性函数和步骤S20构建的非线性下垂系数的最大值β_imax，构建非线性下垂系数

步骤S10具体包括：

S11、以为自变量χ，/>函数为输出，得到：

S12、基于输出函数的取值范围，对输出进行归一化，得到非线性函数：

所述y函数的特征曲线为：

若则y∈(0,1)

若则y∈(-1,0)

y随着的增加而快速增大；

步骤S20中根据最大限度利用电压支撑变流器功率裕度参与动态调压的原则，构建非线性下垂系数的最大值β_imax，其具体形式为：

式中，P_iref表示第i台变流器的有功功率参考值，ξ_i表示直流配电网中第i台变流器还可以输出的有功功率裕度，P_imax为第i台变流器能输出的有功功率最大值，ΔU_dcmax为直流配电网稳态运行时允许的最大直流电压偏差；

将式(2)和(3)代入下垂系数得到非线性下垂系数的具体形式为：

基于式(4)构建有功功率和直流电压的虚拟惯量支撑控制方法原理图，当系统处于稳态时，输出功率根据电压功率下垂曲线分担有功功率，在系统较大扰动时，变流器能根据直流电压变化率自动和无缝的切换变流器的功率输出，为保证直流电压稳定提供快速虚拟惯量支撑并且不影响稳态时有功功率的分配。