CN114362130A - 一种适用于直流系统的惯性控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于直流系统的惯性控制方法及系统，该方法包括：获取直流母线电压、直流母线参考电压及直流母线电流；根据直流母线电压、预设比例系数、直流母线参考电压及预设积分系数，计算比例惯性控制参考功率及积分惯性控制参考功率；根据比例惯性控制参考功率、积分惯性控制参考功率、直流母线电压及直流母线电流，计算电流偏差值；根据电流偏差值确定比例积分调节的调节信号，并对调节信号进行脉冲调制，得到驱动信号；根据驱动信号驱动直流系统的双向变换器。本发明为直流系统提供准确的惯性支撑，提高直流系统的稳定性，并且提高储能系统对直流系统的适应性，不影响储能单元之间功率分配精度，进而提高整个直流系统的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及直流系统配电的技术领域，具体涉及一种适用于直流系统的惯性控制方法及系统。
背景技术
近年来，随着新能源和电力电子技术的快速发展，直流系统得到了国内外学者的普遍重视。相比于交流系统，直流系统具有成本低、损耗小，控制简单，仅需要控制直流母线电压的稳定，不存在频率和功角稳定问题，无功环流等优点。然而，由于直流系统基于电力电子设备构建而成，造成系统缺乏惯性支撑，当系统中可再生能源发电出现波动，负荷频繁切换时，会造成系统电压出现剧烈波动，严重影响系统的稳定运行。因此，如何为直流系统提供准确的惯性支撑，对于提高系统的稳定性具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种适用于直流系统的惯性控制方法及系统，解决现有技术中的直流系统缺乏惯性支撑，导致直流系统稳定性差的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供适用于直流系统的惯性控制方法，包括如下步骤：获取直流母线电压、直流母线参考电压及直流母线电流；根据所述直流母线电压、预设比例系数、所述直流母线参考电压及预设积分系数，计算比例惯性控制参考功率及积分惯性控制参考功率；根据所述比例惯性控制参考功率、所述积分惯性控制参考功率、所述直流母线电压及所述直流母线电流，计算电流偏差值；根据所述电流偏差值确定比例积分调节的调节信号，并对所述调节信号进行脉冲调制，得到驱动信号；根据所述驱动信号驱动直流系统的双向变换器。
在一实施例中，所述根据所述直流母线电压、预设比例系数、所述直流母线参考电压及预设积分系数，计算比例惯性控制参考功率及积分惯性控制参考功率，包括：根据所述直流母线电压及所述直流母线参考电压，计算得到直流母线电压偏差值；根据所述直流母线电压偏差值及所述预设比例系数，计算得到所述比例惯性控制参考功率；将所述直流母线电压偏差值确定为初始积分电压，根据所述初始积分电压及预设积分系数，计算得到初始积分功率，并将所述初始积分功率经过积分运算后得到所述积分惯性控制参考功率。
在一实施例中，所述根据所述比例惯性控制参考功率、所述积分惯性控制参考功率、所述直流母线电压及所述直流母线电流，计算电流偏差值，包括：根据所述比例惯性控制参考功率及所述积分惯性控制参考功率，计算得到目标参考功率；根据所述目标参考功率及所述直流母线电压，计算得到直流母线参考电流；根据所述直流母线参考电流及所述直流母线电流，计算得到所述电流偏差值。
在一实施例中，在得到目标参考功率之后，本发明实施例提供的适用于直流系统的控制方法还包括：根据所述目标参考功率及预设反馈系数，计算得到反馈电压偏差值；根据所述直流母线电压偏差值及所述反馈电压偏差值，计算得到积分电压偏差值；将所述积分电压偏差值确定为所述初始积分电压。
在一实施例中，所述对所述调节信号进行脉冲调制，得到驱动信号，包括：对所述调节信号进行脉冲宽度调制，得到驱动信号。
第二方面，本发明实施例提供了适用于直流系统的惯性控制系统，包括：获取模块，用于获取直流母线电压、直流母线参考电压、直流母线电流；第一处理模块，用于根据所述直流母线电压、预设比例系数、所述直流母线参考电压及预设积分系数，计算比例惯性控制参考功率及积分惯性控制参考功率；第二处理模块，用于根据所述比例惯性控制参考功率、所述积分惯性控制参考功率、所述直流母线电压及所述直流母线电流，计算电流偏差值；第三处理模块，用于根据所述电流偏差值确定比例积分调节的调节信号，并对所述调节信号进行脉冲调制，得到驱动信号；第四处理模块，用于根据所述驱动信号驱动直流系统的双向变换器。
在一实施例中，本发明提供的适用于直流系统的惯性控制系统，还包括：反馈模块，用于根据目标参考功率及预设反馈系数，得到反馈电压偏差值；根据所述直流母线电压偏差值及所述反馈电压偏差值，计算得到积分电压偏差值；将所述积分电压偏差值确定为初始积分电压。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现本发明第一方面及任意一种可选方式所述的适用于直流系统的惯性控制方法。
本发明实施例提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行本发明第一方面及任意一种可选方式所述的适用于直流系统的惯性控制方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的一种适用于直流系统的惯性控制方法及系统，通过获取直流母线电压、直流母线参考电压及直流母线电流，进行比例惯性控制与积分惯性控制，得到比例惯性控制参考功率及积分惯性控制参考功率，进而对计算出的电流偏差值进行信号调节，得到驱动信号对直流系统的双向变换器进行驱动；为直流系统提供准确的惯性支撑，提高直流系统的稳定性，并且提高储能系统对直流系统的适应性，不影响储能单元之间功率分配精度，进而提高整个直流系统的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的适用于直流系统的惯性控制方法的一个具体示例的流程图；
图2为本发明实施例提供的适用于直流系统的惯性控制方法的惯性控制的原理图；
图3为本发明实施例提供的控制方法和传统下垂控制策略的电压波动抑制效果对比图；
图4为本发明实施例提供的控制方法和传统下垂控制策略的惯性支撑对比图；
图5为本发明实施例提供的适用于直流系统的惯性控制系统的功能模块组成图；
图6为本发明实施例提供的电子设备一个具体示例的组成图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在实际应用中，为了适应新能源和电力电子技术的快速发展，实现不同系统的惯性支撑，现有技术通过获取储能系统稳态下垂系数，功率突变造成直流母线电压波动时，通过滤波器取得瞬时电压变化量对下垂系数进行修正，实现系统惯性支撑，或者，通过建立小信号模型实现定量分析，采用滞环控制策略为电网提供惯性平抑母线电压波动。
因此，本发明实施例提供一种适用于直流系统的惯性控制方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤S1：获取直流母线电压、直流母线参考电压及直流母线电流。本发明实施例中，通过现有的测量仪器获取直流母线电压UH及直流母线电流I0，根据实际系统情况及实际需求确定直流母线参考电压UHset，本发明并不以此为限。在实际应用中，根据如图2所示的惯性控制的原理图，可确定本发明实施例提供的适用于直流系统的惯性控制方法，分为比例惯性控制与积分惯性控制。
步骤S2：根据直流母线电压、预设比例系数、直流母线参考电压及预设积分系数，计算比例惯性控制参考功率及积分惯性控制参考功率。
步骤S3：根据比例惯性控制参考功率、积分惯性控制参考功率、直流母线电压及直流母线电流，计算电流偏差值。
本发明实施例中，将上述计算得到的比例惯性控制参考功率P1与积分惯性控制参考功率P2相加，得到目标参考功率，然后将目标参考功率结合直流母线电压及直流母线电流，计算得到电流偏差值，以便于对实际系统中的直流母线电流进行调整，以达到控制电流稳定的目的。
步骤S4：根据电流偏差值确定比例积分调节的调节信号，并对调节信号进行脉冲调制，得到驱动信号。
本发明实施例中，得到电流偏差值后经过比例积分控制器(PI控制器)进行比例积分调节，最终得到调节信号ΔI'0，并对调节信号进行脉冲调制，得到驱动信号，其中可以选择对调节信号进行脉冲宽度调制(PWM调制)，也可以选在其他调制方式对调节信号进行脉冲调制，本发明并不以此为限。
步骤S5：根据驱动信号驱动直流系统的双向变换器。
本发明实施例中，以储能双向变换器采用三电平Buck/Boost双向变换器为例，在现有工作平台中(例如MATLAB/Simulink)搭建基于本发明实施例提供的控制方法的仿真实验平台进行实验验证。当储能单元采用本发明实施例提供的控制方法与传统下垂控制策略相比时，由图3可知，本发明实施例提供的控制方法和传统下垂控制策略这两个方案在电压波动抑制方面效果基本相同，但是，由于本发明实施例提供的控制方法是通过积分环节实现的，因此抑制了锂电池输出功率的变化率，起到了更好的保护作用。如图4所示，采用本发明实施例所提的控制方法，在设置较大下垂系数时，与上述新型下垂控制策略相比，在暂态情况下可以为直流系统提供更大的惯性支撑，稳定情况下，由于退饱和环节的存在又可以获得与传统下垂控制一样的控制效果。
本发明提供的适用于直流系统的惯性控制方法，通过获取直流母线电压、直流母线参考电压及直流母线电流，进行比例惯性控制与积分惯性控制，得到比例惯性控制参考功率及积分惯性控制参考功率，进而对计算出的电流偏差值进行信号调节，得到驱动信号对直流系统的双向变换器进行驱动；为直流系统提供准确的惯性支撑，提高直流系统的稳定性，并且提高储能系统对直流系统的适应性，不影响储能单元之间功率分配精度，进而提高整个直流系统的稳定性。
在一具体实施例中，上述步骤S2，还包括如下步骤：
步骤S21：根据直流母线电压及直流母线参考电压，计算得到直流母线电压偏差值。本发明实施例中，直流母线电压UH减去直流母线参考电压UHset，得到直流母线电压偏差值ΔU，通过此直流母线电压偏差值ΔU实现系统的比例惯性控制。
步骤S22：根据直流母线电压偏差值及预设比例系数，计算得到比例惯性控制参考功率。将直流母线电压偏差值ΔU乘以预设比例系数kp，计算得到比例惯性控制参考功率P1，需要说明的是，本发明实施例中的预设比例系数是根据实际系统需求进行设定的，本发明并不以此为限。
步骤S23：将直流母线电压偏差值确定为初始积分电压，根据初始积分电压及预设积分系数，计算得到初始积分功率，并将初始积分功率经过积分运算后得到积分惯性控制参考功率。
本发明实施例中，将直流母线电压偏差值ΔU确定为初始积分电压，即此时将直接对直流母线电压偏差值ΔU进行积分控制，将此初始积分电压乘以预设积分系数ki，得到初始积分功率，然后经过积分运算(1s积分运算)后，得到积分惯性控制参考功率P2，以便于后续计算直流系统的最终的目标参考功率，进而实现惯性控制。
在一具体实施例中，上述步骤S3，还包括如下步骤：
步骤S31：根据比例惯性控制参考功率及积分惯性控制参考功率，计算得到目标参考功率。本发明实施例中，将比例惯性控制参考功率P1及积分惯性控制参考功率P2相加，即可得到最终的目标参考功率PF。
步骤S32：根据目标参考功率及直流母线电压，计算得到直流母线参考电流。本发明实施例中，将目标参考功率PF除以直流母线电压UH，计算得到直流母线参考电流Iref，需要利用此直流母线参考电流Iref将直流系统的直流母线电流进行调节控制。
步骤S33：根据直流母线参考电流及直流母线电流，计算得到电流偏差值。本发明实施例中，将直流母线参考电流Iref减去直流母线电流I0，计算得到电流偏差值ΔI0，通过此电流偏差值ΔI0驱动直流系统的电流更接近于参考电流，提升系统的稳定性。
在一具体实施例中，在上述步骤S31之后，适用于直流系统的惯性控制方法还包括：
步骤S031：根据目标参考功率及预设反馈系数，计算得到反馈电压偏差值。本发明实施例中，根据目标参考功率PF及预设反馈系数kc，计算得到反馈电压偏差值ΔU1，可以通过反馈电压偏差值ΔU1继续对直流母线电压偏差值ΔU进行调节，然后再进行积分惯性控制。
步骤S032：根据直流母线电压偏差值及反馈电压偏差值，计算得到积分电压偏差值。本发明实施例中，直流母线电压偏差值ΔU减去反馈电压偏差值ΔU1，计算得到积分电压偏差值ΔU2。
步骤S033：将积分电压偏差值确定为初始积分电压。对反馈调节后的积分电压偏差值ΔU2进行后续的积分调节。
在实际应用中，通过采集直流母线电压UH；UH减去直流母线参考电压UHset，得到直流母线电压偏差值ΔU；ΔU乘以预设比例系数kp，得到比例惯性控制参考功率P1。最终目标参考功率PF乘以预设反馈系数kc得到反馈电压偏差值ΔU1，ΔU减去ΔU1得到电压偏差ΔU2；ΔU2乘以预设积分系数ki；经过积分环节(1/s积分运算)得到积分惯性控制参考功率P2；P1加P2可得最终目标参考功率PF；PF除以UH得到直流母线参考电流Iref；Iref减去直流母线电流I0，得到电流偏差值ΔI0；经过PI控制策略产生调节信号ΔI'0；调节信号ΔI'0经过PWM调制，产生驱动信号驱动储能双向变换器。需要说明的是，在本发明实施例提供的惯性控制方法的起始阶段中，没有需要反馈的电压，因此，可在起始阶段直接对直流母线电压偏差值ΔU进行积分控制即可，在得到反馈电压之后的过程中，再逐步进行反馈调节。
本发明提供的适用于直流系统的惯性控制方法，通过获取直流母线电压、直流母线参考电压及直流母线电流，进行比例惯性控制与积分惯性控制，得到比例惯性控制参考功率及积分惯性控制参考功率，进而对计算出的电流偏差值进行信号调节，得到驱动信号对直流系统的双向变换器进行驱动；为直流系统提供准确的惯性支撑，提高直流系统的稳定性，并且提高储能系统对直流系统的适应性，不影响储能单元之间功率分配精度；通过反馈调节，进一步提高整个直流系统的稳定性。
本发明实施例提供一种适用于直流系统的惯性控制系统，如图5所示，包括：
获取模块1，用于获取直流母线电压、直流母线参考电压、直流母线电流；此模块执行上述步骤S1所描述的方法，在此不再赘述。
第一处理模块2，用于根据直流母线电压、预设比例系数、直流母线参考电压及预设积分系数，计算比例惯性控制参考功率及积分惯性控制参考功率；此模块执行上述步骤S2所描述的方法，在此不再赘述。
第二处理模块3，用于根据比例惯性控制参考功率、积分惯性控制参考功率、直流母线电压及直流母线电流，计算电流偏差值；此模块执行上述步骤S3所描述的方法，在此不再赘述。
第三处理模块4，用于根据电流偏差值确定比例积分调节的调节信号，并对调节信号进行脉冲调制，得到驱动信号；此模块执行上述中的步骤S4所描述的方法，在此不再赘述。
第四处理模块5，用于根据驱动信号驱动直流系统的双向变换器；此模块执行上述中的步骤S5所描述的方法，在此不再赘述。
在一具体实施例中，本发明实施例提供的适用于直流系统的惯性控制系统还包括：
反馈模块01，用于根据目标参考功率及预设反馈系数，得到反馈电压偏差值；根据直流母线电压偏差值及反馈电压偏差值，计算得到积分电压偏差值；将积分电压偏差值确定为初始积分电压；此模块执行上述中的步骤S031-S033所描述的方法，在此不再赘述。
本发明提供的适用于直流系统的惯性控制系统，通过获取直流母线电压、直流母线参考电压及直流母线电流，进行比例惯性控制与积分惯性控制，得到比例惯性控制参考功率及积分惯性控制参考功率，进而对计算出的电流偏差值进行信号调节，得到驱动信号对直流系统的双向变换器进行驱动；为直流系统提供准确的惯性支撑，提高直流系统的稳定性，并且提高储能系统对直流系统的适应性，不影响储能单元之间功率分配精度；通过反馈调节，进一步提高整个直流系统的稳定性。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图6所示，该电子设备可以包括处理器901和存储器902，其中处理器901和存储器902可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。
处理器901可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器901还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器902作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的方法所对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法。
存储器902可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器901所创建的数据等。此外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器901。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
一个或者多个模块存储在存储器902中，当被处理器901执行时，执行上述方法。
上述电子设备具体细节可以对应参阅上述方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-StateDrive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种适用于直流系统的惯性控制方法，其特征在于，包括：
获取直流母线电压、直流母线参考电压及直流母线电流；
根据所述直流母线电压、预设比例系数、所述直流母线参考电压及预设积分系数，计算比例惯性控制参考功率及积分惯性控制参考功率；
根据所述比例惯性控制参考功率、所述积分惯性控制参考功率、所述直流母线电压及所述直流母线电流，计算电流偏差值；
根据所述电流偏差值确定比例积分调节的调节信号，并对所述调节信号进行脉冲调制，得到驱动信号；
根据所述驱动信号驱动直流系统的双向变换器。
2.根据权利要求1所述的适用于直流系统的惯性控制方法，其特征在于，所述根据所述直流母线电压、预设比例系数、所述直流母线参考电压及预设积分系数，计算比例惯性控制参考功率及积分惯性控制参考功率，包括：
根据所述直流母线电压及所述直流母线参考电压，计算得到直流母线电压偏差值；
根据所述直流母线电压偏差值及所述预设比例系数，计算得到所述比例惯性控制参考功率；
将所述直流母线电压偏差值确定为初始积分电压，根据所述初始积分电压及预设积分系数，计算得到初始积分功率，并将所述初始积分功率经过积分运算后得到所述积分惯性控制参考功率。
3.根据权利要求2所述的适用于直流系统的惯性控制方法，其特征在于，所述根据所述比例惯性控制参考功率、所述积分惯性控制参考功率、所述直流母线电压及所述直流母线电流，计算电流偏差值，包括：
根据所述比例惯性控制参考功率及所述积分惯性控制参考功率，计算得到目标参考功率；
根据所述目标参考功率及所述直流母线电压，计算得到直流母线参考电流；
根据所述直流母线参考电流及所述直流母线电流，计算得到所述电流偏差值。
4.根据权利要求3所述的适用于直流系统的惯性控制方法，其特征在于，在得到目标参考功率之后，所述控制方法还包括：
根据所述目标参考功率及预设反馈系数，计算得到反馈电压偏差值；
根据所述直流母线电压偏差值及所述反馈电压偏差值，计算得到积分电压偏差值；
将所述积分电压偏差值确定为所述初始积分电压。
5.根据权利要求3所述的适用于直流系统的惯性控制方法，其特征在于，所述对所述调节信号进行脉冲调制，得到驱动信号，包括：对所述调节信号进行脉冲宽度调制，得到驱动信号。
6.一种适用于直流系统的惯性控制系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取直流母线电压、直流母线参考电压、直流母线电流；
第一处理模块，用于根据所述直流母线电压、预设比例系数、所述直流母线参考电压及预设积分系数，计算比例惯性控制参考功率及积分惯性控制参考功率；
第二处理模块，用于根据所述比例惯性控制参考功率、所述积分惯性控制参考功率、所述直流母线电压及所述直流母线电流，计算电流偏差值；
第三处理模块，用于根据所述电流偏差值确定比例积分调节的调节信号，并对所述调节信号进行脉冲调制，得到驱动信号；
第四处理模块，用于根据所述驱动信号驱动直流系统的双向变换器。
7.根据权利要求6所述的适用于直流系统的惯性控制系统，其特征在于，还包括：
反馈模块，用于根据目标参考功率及预设反馈系数，得到反馈电压偏差值；根据所述直流母线电压偏差值及所述反馈电压偏差值，计算得到积分电压偏差值；将所述积分电压偏差值确定为初始积分电压。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-5中任一项所述的适用于直流系统的惯性控制方法。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如权利要求1-5中任一项所述的适用于直流系统的惯性控制方法。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2020
- 2020-10-13 CN CN202011093023.3A patent/CN114362130A/zh active Pending
Patent Citations (8)
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