一种直流配电网母线电压控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种直流配电网母线电压控制系统及其控制方法，属于电力电子技术领域。

背景技术：

传统交流配电网正面临着供电容量不足、用户对电能质量和供电可靠性要求不断提高、分布式电源接入等诸多严峻挑战。

柔性直流配电网在传送容量、可控性、电能质量和供电可靠性等层面具有比交流配电系统更加优异的性能。柔性直流配电网已经得到广泛的关注和研究。

以往的直流配电网中，下层的检测控制系统会把ac/dc换流器以及分布式电源接口处检测到的电压、功率信息通过统一的通信通道上传到上层控制器，上层控制器通过计算接收到的信息，并自动或手动的发出控制指令给下层的检测控制系统然后再对ac/dc换流器或分布式电源接口进行控制。这样的控制系统虽然具有较强的可靠性和可控性，但是由于需要大量的通信设备和大型的上层控制设备，因此造价较高且不够灵活。并且由于存在垂直方向上的互联，在控制结构上相对复杂而且响应速度较慢，不能很好地控制直流配电网直流母线的电压波动和潮流流向等问题。

如何增强直流配电网运行的灵活性和可靠性是当前所面临的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种响应速度快的直流配电网母线电压控制系统及其控制方法。

本发明为了解决上述技术问题提出的技术方案是：一种直流配电网母线电压控制系统，包括主服务器、本地服务器，所述本地服务器与主服务器相互连接形成水平互联，所述本地服务器通过分布式电源模块连接到直流母线上，直流母线通过ac/dc换流模块连接到交流电网，所述主服务器与ac/dc换流模块连接；

本地服务器用于监测直流母线上的电压以及响应主服务器的控制指令；

主服务器用于发出控制指令给本地服务器。

本发明采用上述技术方案的有益效果是：本发明将本地服务器与主服务器通过水平互联的形式进行连接，形成并联的网络体系，共同对直流母线电压上的波动进行反馈响应，相较于现有技术中的垂直互联技术，本发明就可以直接通过与主服务器相连的ac/dc换流模块对直流母线电压进行调控，并同时通过与本地服务器相连的分布式电源模块将直流配电网母线电压维持在允许范围内。如此不仅提高了整个系统的相应速度，还能将直流母线电压维持在允许范围内。

此外由于将本地服务器与主服务器采用水平互联方式进行连接，不需要上层控制器，简化了控制系统的结构，节约了建造成本。

本发明为了解决上述技术问题提出的另一个技术方案是，直流配电网母线电压控制系统的电压控制方法，执行步骤如下：

步骤1：各服务器监测并收集直流母线的电压数据以及功率数据；

步骤2：所述主服务器根据步骤1监测到的数据测算直流母线的功率潮流与电压状态；功率潮流参数用来提供给主服务器的调度指令作参考；

步骤3：确定步骤2中的电压状态是否在所述直流母线的电压额定范围内，若所述电压状态不在所述电压额定范围内则执行步骤4，若所述电压状态在所述电压额定范围内则执行步骤7；

步骤4：判断所述ac/dc模块换流模块是否有可调节裕量，若所述ac/dc换流模块有可调节裕量则执行步骤5，若所述ac/dc换流模块无可调节裕量则执行步骤6；

步骤5：所述主服务器发出控制指令以调节ac/dc换流模块的输出，使得ac/dc换流模块的输出与直流母线电压配合，执行步骤7；

步骤6：判断直流母线电压与所述电压额定范围的关系，若检测出直流母线电压大于所述电压额定范围的上限，则降低所述分布式电源模块的输出功率；

若检测出直流母线电压小于所述电压额定范围的下限，则提高所述布式电源模块的输出功率，与此同时分布式电源中的储能单元进入放电状态，执行步骤7；

步骤7：检测各模块及服务器是否正常，若是则执行步骤1，若否则执行步骤8；

步骤8：切除故障单元并报警。

上述技术方案的改进是：在步骤6中，

在直流母线电压大于所述电压额定范围的上限的情况下，若所述分布式电源模块中有储能单元则所述储能单元进入充电状态，若所述分布式电源模块中无储能单元则不操作；

在直流母线电压小于所述电压额定范围的下限的情况下，若所述分布式电源模块中若中有储能单元则所述储能单元进入放电状态，若所述分布式电源模块中无储能单元则不操作。

本发明采用上述技术方案的有益效果是：本发明监控直流母线的状态，并根据直流母线的状态调控ac/dc换流模块和分布式电源模块将直流配电网母线电压维持在允许范围内。并且由于直流配电网母线电压控制系统的主服务器和本地服务器采用的是水平互联模式，因此响应速度快，调控更及时，使得用该方法调控的直流配电网母线电压控制系统运行更为稳定。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例的直流配电网母线电压控制系统的示意图。

图2是本发明实施例的直流配电网母线电压控制系统中的各服务器模块的示意图。

图3是本发明实施例的直流配电网母线电压控制系统中的各服务器模块的运行状态循环图。

图4是本发明实施例的直流配电网母线电压控制系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

实施例

本实施例的一种直流配电网母线电压控制系统，如图1所示，包括主服务器、本地服务器，本地服务器与主服务器相互连接形成水平互联，本地服务器通过分布式电源模块连接到直流母线上，直流母线通过ac/dc换流模块连接到交流电网，主服务器与ac/dc换流模块连接；

本地服务器用于监测直流母线上的电压以及响应主服务器的控制指令；

主服务器用于发出控制指令给本地服务器。

如图2所示，ac/dc换流器模块连接于交流电网和直流母线之间，包括换流器单元和控制单元。分布式电源接口模块将分布式电源连接至直流母线上，包括电力电子接口单元和控制单元。服务器模块分为主服务器和本地服务器，服务器模块均包括处理器单元和测量单元，服务器之间形成水平互联。

如图3所示，所有的服务器均有三种运行状态分别是：监测状态、准备状态、动作状态。

三种状态的运行逻辑是如果任意本地服务器监测到直流母线有电压出现问题，所有本地服务器进入准备状态；

主服务器可以主动进入准备状态，相当于系统初始化时的过程，所有的本地服务器进入准备状态并停止本地服务器的检测功能，对直流母线电压进行监测，并等待主服务器发出控制指令；主服务器发出控制指令给本地服务器后，主服务器进入监测状态，本地服务器进入动作状态；本地服务区完成动作状态后，进入监测状态。

主服务器模块与ac/dc模块连接，本地服务器模块与分布式电源接口模块连接；服务器均有两种控制模式。

两种控制模式分别为常规模式和恢复模式，两种控制模式均由服务器发出。常规模式指正常工作状态。恢复模式指检测到故障，然后报警状态。报警后等待修复回到常规模式。

如图4所示，上述系统的控制方法的执行步骤如下：

步骤1：各服务器监测并收集直流母线的电压数据以及功率数据；

步骤2：主服务器根据步骤1监测到的数据测算直流母线的功率潮流与电压状态；

步骤3：确定步骤2中的电压状态是否在直流母线的电压额定范围内，若电压状态不在电压额定范围内则执行步骤4，若电压状态在电压额定范围内则执行步骤7；

步骤4：判断ac/dc模块换模块是否有可调节裕量，若ac/dc换流模块有可调节裕量则执行步骤5，若ac/dc换流模块无可调节裕量则执行步骤6；

根据直流电压母线的电压调节裕量的范围、ac/dc换流模块的电压调节裕量的范围以及ac/dc换流模块的电压额定值进行比较，从而确定可否认为有可调节裕量。例如，ac/dc模块换流器电压额定值为1，调节裕量范围为0.95~1.05，若检测到直流母线电压在0.95~1.05范围内则有调节裕量；如果超出这个范围则无调节裕量。

步骤5：主服务器发出控制指令以调节ac/dc换流模块的输出，使得ac/dc换流模块的输出与直流母线电压配合，执行步骤7；

步骤6：判断直流母线电压与电压额定范围的关系，若检测出直流母线电压大于电压额定范围的上限，则降低分布式电源模块的输出功率；

若检测出直流母线电压小于电压额定范围的下限，则提高述布式电源模块的输出功率，与此同时分布式电源中的储能单元进入放电状态，执行步骤7；

步骤7：检测各模块及服务器是否正常，若是则执行步骤1，若否则执行步骤8；

步骤8：切除故障单元并报警。

本实施例的步骤6中，

在直流母线电压大于电压额定范围的上限的情况下，若分布式电源模块中有储能单元则储能单元进入充电状态，若分布式电源模块中无储能单元则不操作；

在直流母线电压小于电压额定范围的下限的情况下，若分布式电源模块中若中有储能单元则储能单元进入放电状态，若分布式电源模块中无储能单元则不操作。

本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。