一種具備直流電壓恢復(fù)特性的交直流微電網(wǎng)分層控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具備直流電壓恢復(fù)特性的交直流微電網(wǎng)分層控制方法，該方法內(nèi)包括兩層控制，分別為：第一層控制采用直流電壓-有功功率的下垂控制方法，實現(xiàn)了負荷均勻分配；第二層控制針對下垂控制所導(dǎo)致的直流母線電壓跌落，采用補償直流母線電壓參考值的方法，實現(xiàn)母線電壓的恢復(fù)，保證了直流母線電壓的質(zhì)量。本發(fā)明在保證直流母線電壓質(zhì)量的同時，實現(xiàn)本地電源在負荷變動時的功率均勻分配。
【專利說明】-種具備直流電壓恢復(fù)特性的交直流微電網(wǎng)分層控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種微電網(wǎng)中的控制方法，具體講涉及一種具備直流電壓恢復(fù)特性的 交直流微電網(wǎng)分層控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置等組 成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護和管理的自治系統(tǒng)。采用交直流混合 微電網(wǎng)的形式，省略了許多變換環(huán)節(jié)和變換裝置，使微網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，控制更加靈活，損耗降 低，提高了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可靠性。為了實現(xiàn)電源和負荷之間的連接，一般采用集中控 制、主從控制、電流鏈控制和平均電流控制等多種方法，通過控制電力電子設(shè)備，實現(xiàn)負荷 功率在各并聯(lián)變換器之間的均勻分配。但是這些控制方法僅僅針對純交流微電網(wǎng)和直流微 電網(wǎng)，大多需要依賴高頻通信線實現(xiàn)電流指令信號的傳輸。高頻通信線會降低系統(tǒng)的可靠 性，提升系統(tǒng)維護成本。另外采用下垂控制手段，還會會造成電壓跌落，降低電壓的穩(wěn)定性。 因此提供一種控制方法，以在實現(xiàn)直流負荷的均勻分配的同時，能改進電壓質(zhì)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種具備直流電壓恢復(fù)特性的交直流 微電網(wǎng)分層控制方法，該方法滿足微電網(wǎng)中分布式結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計了控制策略，在保證直流 母線電壓質(zhì)量的同時，實現(xiàn)本地電源在負荷變動時的功率均勻分配。
[0004] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0005] 本發(fā)明提供一種具備直流電壓恢復(fù)特性的交直流微電網(wǎng)分層控制方法，所述方法 適用于交直流母線間存在兩個以上交流變換器連接情況，所述交直流微電網(wǎng)包括通過AC/ DC變流器連接的交流微電網(wǎng)系統(tǒng)和直流微電網(wǎng)系統(tǒng)；所述交流微電網(wǎng)系統(tǒng)的交流接口連 接在微電網(wǎng)交流母線上；所述直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的直流接口連接在微電網(wǎng)直流母線上；
[0006] 其改進之處在于，所述方法通過功率-直流電壓下垂控制的第一層控制和公共電 壓恢復(fù)控制的第二層控制實現(xiàn)。
[0007] 進一步地，所述第一層控制中的功率-直流電壓下垂控制包括對交流變換器（交 '流變換器指的是直流母線與交流母線間的DC-AC雙向變流器）的輸出功率和輸出的直流電 壓進行控制；計算輸入功率誤差ΔΡ，根據(jù)P-V下垂關(guān)系得到直流電壓參考值11 (1_/，經(jīng)過 電壓電流雙環(huán)產(chǎn)生交流變換器的電壓調(diào)制信號Pm ;第一層控制采用的控制器包括：電流內(nèi) 環(huán)控制器和直流電壓環(huán)控制器。
[000S] 進一步地，所述電流內(nèi)環(huán)控制器用于提高交流變換器輸出的電能質(zhì)量，動態(tài)響應(yīng) 快；
[0009] 所述電流內(nèi)環(huán)控制器采用基于帕克變換思想的dqo旋轉(zhuǎn)坐標系，將三相瞬時值信 號變換到dqO旋轉(zhuǎn)坐標系下，將三相控制轉(zhuǎn)化為兩相控制；三相瞬時值電流iab。經(jīng)過帕克變 換變?yōu)閐q軸分量 idq，與直流電壓環(huán)控制器輸出的參考信號、#進行比較，并對誤差進行 PI控制輸出電壓控制信號Ρπ;
[0010] 電流內(nèi)環(huán)控制器采用無補償環(huán)節(jié)的解耦內(nèi)環(huán)控制器，包括：交流電流比例積分控 制器GPI，交流變換器傳遞函數(shù)G PW，交流變換器的慣性環(huán)節(jié)GDelay，電感濾波器和線路的傳遞 函數(shù)GF ;表達式分別如下式1)?4)所示：

【權(quán)利要求】
1. 一種具備直流電壓恢復(fù)特性的交直流微電網(wǎng)分層控制方法，所述方法用于其間存在 多個交流變電站的交直流母線，所述交直流微電網(wǎng)包括用變流器連接的交流和直流微電網(wǎng) 系統(tǒng)；所述交流微電網(wǎng)系統(tǒng)的交流接口連接在微電網(wǎng)交流母線上；所述直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的 直流接口連接在微電網(wǎng)直流母線上； 其特征在于，所述方法采用功率-直流電壓下垂控制的第一層控制和公共電壓恢復(fù)控 制的第二層控制。
2. 如權(quán)利要求1所述的交直流微電網(wǎng)分層控制方法，其特征在于，所述第一層控制中 的功率-直流電壓下垂控制包括對交流變換器的輸出功率和輸出的直流電壓進行控制；計 算輸入功率誤差ΛΡ，根據(jù)P-V下垂關(guān)系得到直流電壓參考值U drarf'，經(jīng)過電壓電流雙環(huán)產(chǎn) 生交流變換器的電壓調(diào)制信號Pm ;第一層控制用的控制器包括：電流內(nèi)環(huán)控制器和直流電 壓環(huán)控制器。
3. 如權(quán)利要求2所述的交直流微電網(wǎng)分層控制方法，其特征在于，所述電流內(nèi)環(huán)控制 器用于提高交流變換器輸出的電能質(zhì)量，動態(tài)響應(yīng)快； 所述電流內(nèi)環(huán)控制器采用基于帕克變換思想的dqO旋轉(zhuǎn)坐標系，將三相瞬時值信號變 換到dqO旋轉(zhuǎn)坐標系下，將三相控制轉(zhuǎn)化為兩相控制；將三相瞬時值電流iab。經(jīng)過帕克變換 變?yōu)閐q軸分量i dq，與直流電壓環(huán)控制器輸出的參考信號id_f比較，并對誤差進行PI控制 以輸出電壓控制信號P m; 電流內(nèi)環(huán)控制器為無補償環(huán)節(jié)的解耦內(nèi)環(huán)控制器，包括：交流電流比例積分控制器 GPI，交流變換器傳遞函數(shù)GPWM，交流變換器的慣性環(huán)節(jié)GMay，電感濾波器和線路的傳遞函數(shù) G F ;表達式分別如下式1)?4)所示：
1); 式中，ki和?\分別為電流內(nèi)環(huán)控制器的比例系數(shù)和積分時間常數(shù)； GpiM - KPWM 2); 式中，KPWM為逆變器的增益；
3); 式中，TD為時間常數(shù)；
4); 式中，L和R分別為濾波器與線路的等效電感和電阻。 電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)如下式5)所示：
5)〇
4. 如權(quán)利要求2所述的交直流微電網(wǎng)分層控制方法，其特征在于，所述直流電壓環(huán)控 制器用于對直流電壓和無功功率的控制，同時產(chǎn)生電流內(nèi)環(huán)控制器的參考信號I Mf，動態(tài)響 應(yīng)慢； 所述直流電壓環(huán)控制器用比例-積分控制器，將用其測量的直流電壓與參考電壓比 較，經(jīng)過PI控制得到內(nèi)環(huán)電流id的參考信號，變流器交流側(cè)電流q軸分量i,;參考值設(shè)定 為〇 ;直流電壓環(huán)控制器包括：直流電壓PI控制器GPI，電流環(huán)傳遞函數(shù)Gcumnt，用于連接交 流變換器交流電流和直流電壓的傳遞函數(shù)，其表達式通過功率守恒得出； 在不涉及交流變換器損耗的情況下，交流變換器交直流兩側(cè)滿足功率守恒關(guān)系，如下 式6)所示： edid+eqiq = iLUdc 6); 式中，ed和e,分別為交流側(cè)電壓的d、q軸分量；ud。為直流母線電壓；k為交流變換器 直流側(cè)流向直流微電網(wǎng)系統(tǒng)方向的電流； 將式6)進行小信號分析，并將結(jié)果轉(zhuǎn)換到s域，得： edΔ id+idΔ ed+eq Δ iq+iq Δ eq = iL Δ udc+udc Δ iL 7); 若交流側(cè)電壓三相對稱，且滿足單位功率因數(shù)，在只涉及d軸電流干擾的情況下，解 得：
8); 變換到s域，SP
9); 直流電壓環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)如下式10):
10)。
5. 如權(quán)利要求1所述的交直流微電網(wǎng)分層控制方法，其特征在于，所述第二層控制中 的公共電壓恢復(fù)控制用于補償下垂控制造成的電壓跌落，提高直流母線的電壓質(zhì)量；第二 層控制采用的控制器包括下垂控制器和二次控制器。
6. 如權(quán)利要求5所述的交直流微電網(wǎng)分層控制方法，其特征在于，所述下垂控制工作 原理為：交流變換器的初始運行點為A，輸出的額定功率P。，直流側(cè)母線額定電壓為％ ;當直 流微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)負荷突然增大或分布式電源輸出功率減少時，交流變換器輸出功率增大， 導(dǎo)致電壓下降，系統(tǒng)運行點變?yōu)锽 ; 有功功率P和直流電壓U的關(guān)系為： U = U〇+(P〇-P)K 11)； 式中，K為下垂系數(shù)； 下垂控制器采用比例控制器，測量得到的有功功率與P-V下垂控制的參考有功功率比 較，經(jīng)過下垂控制得到電壓參考值的補償量；下垂控制器包括：電壓環(huán)傳遞函數(shù)GV()ltage，用 于連接變換器有功功率和直流電壓的傳遞函數(shù)G udc;_P ; 變流器輸出有功功率和電壓的關(guān)系如下式12)所示，進行小信號分析，并將結(jié)果轉(zhuǎn)換 到s域，得到如下式13):
12)；
13)； Λ p 式中，&為負荷電阻；為以υ為自變量對Ρ求微分，ΛΡ表示有功功率增量，Λυ表 示電壓增量。
7.如權(quán)利要求5所述的交直流微電網(wǎng)分層控制方法，其特征在于，所述二次控制器 用于對直流側(cè)母線電壓的恢復(fù)控制，所述二次控制器采用比例-積分控制器，測量的直流 電壓與參考電壓比較，經(jīng)過ΡΙ控制得到電壓參考值的補償量；G PI為二次控制ΡΙ控制器， GV()ltage為直流電壓環(huán)傳遞函數(shù)。
【文檔編號】H02J1/14GK104300589SQ201410597057
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月30日
【發(fā)明者】季宇, 高澤, 劉海濤, 蘇劍, 吳鳴, 李洋, 于輝 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 國網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院