本发明涉及一种交直流混合系统的运行与控制方法，属于新能源发电交直流混合配电技术领域。
背景技术：
直流分布式发电系统由于其效率高、控制方便等特点而得到越来越广泛的关注，是未来发展的方向。但是目前整个配电系统内部交流电源、负荷还是占据主导地位，因此直流配电还无法很快完全取代交流配电，在很长一段时间内将是交直流混合供电模式。交直流混合系统通常通过双向ac/dc变流器、电力电子变压器等设备实现互联，因此其控制方法和模式非常关键。
目前交直流互联的双向ac/dc变流器或者电源领域ac/dc变换模块的控制技术以电流型控制和电压型控制为主，比例pq控制、vf控制等，其中电压型控制应用更为广泛。ac/dc变流器电压型控制方法以其中一端电压为控制目标，可以实现交流侧和直流侧的能量的双向流动，以及双向的支撑。通常电压控制模式以直流电压稳定或者交流频率稳定为控制目标。以直流电压稳定为控制目标则利用交流侧资源对直流侧电压实现支撑，而以交流频率为控制目标则利用直流侧资源对交流频率实现支撑，两个控制模式下控制目标不一样。要实现反向支撑时必须切换双向ac/dc控制模式，因此对于结构复杂、接入高密度分布式电源的交直流混合供电系统而言，其运行场景和控制模式多变，无法通过主动集中控制的方式对每一个分布式电源实现直接控制，因此需要采用分布式控制，而交直流的互联是的目前主要是交流区域内部的分布式控制或者直流区域的分布式控制，而交直流区域之间只能通过互联的ac/dc实现能量互动，也将交直流区域分割为两个独立的区域，使得整个系统控制模式更加复杂，运行场景多样，大大限制了交直流混合供电的应用。相关的分布式控制成果主要集中在交流微网或者直流微网层次，或者多端的直流配网内部，而大范围的交直流混合供电，例如交直流混合微网、交直流混合配网等则需要独立控制。本发明针对这一问题，提出了一种接入分布式电源的交直流混合系统互联ac/dc变流器的恒v/f比控制方法，以及交直流混合系统的分布式控制策略。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提出一种交直流混合系统无缝连接的分布式控制方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种交直流混合系统无缝连接的分布式控制方法，所述交直流混合系统包含至少一个直流供电区域和至少一个交流供电区域，分别接入了与各自运行特性相匹配的分布式电源、负荷和储能设备；直流供电区域内的分布式电源、负荷和储能设备连接在直流母线上，交流供电区域内的分布式电源、负荷和储能设备连接在交流母线上；交流母线和直流母线通过双向ac/dc变流器互联，实现交直流供电区域之间的电压变换和能量双向流动；
所述分布式控制方法是指交直流互联双向ac/dc恒电压频率比(恒v/f比)的控制方法：假设双向ac/dc变流器的交流侧额定电压频率为f0，实际频率为f，直流侧额定电压为v0，实际电压为v，额定的直流电压和交流频率比为k，则k＝v0/f0；
计算得到实际直流电压v和实际交流频率f之比后，再利用额定的直流电压和交流频率之比k计算得到偏差e，然后通过pid控制双向ac/dc变流器中igbt的pwm控制输出u：
e＝k-v/f＝v0/f0-v/f(1)
u＝e×(kp+ki/s)＝(k-v/f)×(kp+ki/s)(2)
其中kp为pid控制比例系数，ki为pid控制积分系数，s为积分因子。
本发明中所述分布式控制方法，包括分布式控制和主从控制两种模式；
(1)在分布式控制模式下，交直流混合系统内各设备的运行控制策略如下：
(1.1)双向ac/dc变流器为恒电压频率比(恒v/f比)控制模式控制，实现互联的交流区域频率和直流区域直流电压之间的恒定比例控制，双向ac/dc变流器的恒电压频率比为互联的交流区域额定电压频率和直流区域的额定直流电压之比；
(1.2)由双向ac/dc变流器互联的直流供电区域和交流供电区域内的分布式电源、负荷和储能设备工作在下垂控制方式，实现交直流混合系统内的负荷波动平抑和功率平衡；其中，交直流区域之间的分布式电源通过双向ac/dc变流器的恒电压频率比控制实现整体的能量交换；
(1.3)由于双向ac/dc变流器的恒电压频率比控制，当交直流混合系统其中一侧区域电压发生变化时，另一侧电压也对应变化；此时，两侧的分布式电源或者储能设备通过下垂控制实现功率的平衡控制，抑制本侧或者另外一侧负荷的变化或者分布式电源出力的变化；
(2)当需要实现直流电压的恒定控制或者交流区域的电压频率恒定时，整个交直流混合系统切换到主从控制模式，在该模式下交直流混合系统内各设备的运行控制策略如下：
(2.1)双向ac/dc变流器仍保持恒电压频率比控制；
(2.2)以交流区域内部交流母线上连接的的某个分布式电源或者储能设备作为主电源，使其工作在交流电压频率和幅值控制模式，用于实现额定的交流电压控制，稳定交流区域的电压；或者，
以直流区域内部直流母线上连接的的某个分布式电源或者储能设备作为主电源，使其工作在直流电压恒定控制模式，稳定直流区域的直流电压；
由于交直流区域中交直流母线通过恒电压频率比控制的双向ac/dc控制的作用，另一侧的电压也为额定的恒定值；
(2.3)同时，其它分布式电源工作在最大功率跟踪模式、pq模式或下垂控制模式；
(2.4)未作为主电源的储能设备工作在pq模式或下垂模式。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中，当分布式电源或者负荷变换、分布式电源即插即用时，通过多个分布式电源的下垂控制以及交直流区域互联双向ac/dc变流器的恒电压频率比控制，实现了整个交直流混合供电系统内的能量无缝双向流动与交直流区域相互支撑而不需要切换控制模式。
2、当工作在主从控制模式时，只需要交流区域或者直流区域一侧有一个电压支撑源即可实现整个交直流混合供电系统的电压恒定，而整个交直流混合供电系统内功率的流动和控制模式的变换都不需要更改交双向ac/dc变流器的控制模式，实现了交直流混合供电系统的一体化控制，大大降低了交直流混合供电系统的控制难度，使得混合供电系统可以不断扩展到多区域混合供电而不用更改控制方法。
附图说明
图1为一个直流和一个交直流互联的交直流混合供电系统的结构示意图；
图2为双向ac/dc变流器的恒电压频率比控制框图。
图1中的附图标记为：1分布式电源；2负荷；3储能设备；4分布式电源；5负荷；6储能设备；7双向ac/dc变流器；8交流母线；9直流母线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述，给出一个典型的实现方法，该实施实例以一个直流区域和一个交流区域的交直流混合供电系统为例，根据本发明的基本原理，其他类似结构及多个交直流区域互联的系统和方法都属于本发明的范围。
如图1所示，本实施实例中提供一种基于双向ac/dc变流器互联、接入分布式电源的交直流混合供电系统分布式控制方法。该交直流混合系统包含一个直流供电区域和一个交流供电区域，交流供电区域的交流母线8上接入了与其运行特性相匹配的分布式电源1、负荷2和储能设备3；直流供电区域的直流母线9接入了与其运行特性相匹配的分布式电源4、负荷5和储能设备6；交流母线8和直流母线9通过双向ac/dc变流器7互联，实现交直流区域之间的电压变换和能量双向流动。交流母线8上可以接入大量交流分布式电源1、储能设备3以及各种交流负荷2。直流母线9上也可以接入大量的直流分布式电源4、储能设备6以及各种直流负荷5。
本发明提出了一种交直流互联双向ac/dc恒v/f比(恒电压频率比)的新型控制模式和方法。假设交直流互联双向ac/dc变流器交流侧额定电压频率为f0，实际频率为f，直流侧额定电压为v0，实际电压为v，额定的直流电压和交流频率比为k，则k＝v0/f0。控制算法通过实际的直流电压v和实际的交流频率f之比与额定之比k的偏差e进行计算，通过pid控制双向ac/dc变流器igbt的pwm控制输出u。整个控制算法框架如附图2所示。
e＝k-v/f＝v0/f0-v/f(1)
u＝e×(kp+ki/s)＝(k-v/f)×(kp+ki/s)(2)
其中kp为pid控制比例系数，ki为pid控制积分系数，s为积分因子。
本实例中，假定交流额定频率f0为50hz，直流侧额定电压为v0为400v，则额定的直流电压和交流频率比为k＝400/50＝8。根据公式(1)和(2)就可以计算出双向ac/dc变流器的控制输出量u。pid控制比例系数kp和pid控制积分系数ki可以采用临界比例度法、ziegler-nichols等方法设置。
基于上述交直流互联双向ac/dc变流器为恒v/f比(恒电压频率比)控制模式，交直流混合系统无缝连接的分布式控制方法，包括分布式控制和主从控制两种模式；
(1)在分布式控制模式下，交直流混合系统内各设备的运行控制策略如下：
(1.1)双向ac/dc变流器7为恒v/f比(恒电压频率比)控制模式控制，实现互联的交流区域中交流母线的频率和直流区域中直流电压之间的恒定比例控制，双向ac/dc变流器的恒电压频率比为互联的交流区域额定电压频率和直流区域的额定直流电压之比；例如，本实例中交流额定频率f0为50hz，直流侧额定电压为v0为400v，则额定的直流电压和交流频率比为k＝400/50＝8。
(1.2)双向ac/dc变流器7互联的直流供电区域交流母线9和交流供电区域直流母线8内的分布式电源1、4，负荷2、5和储能3、6设备工作在下垂控制方式，实现交直流混合系统内的负荷波动平抑和功率平衡；其中，交直流区域之间的分布式电源通过互联双向ac/dc变流器7的恒电压频率比控制实现整体的能量交换；
(1.3)由于双向ac/dc变流器7的恒电压频率比控制，当交直流混合系统其中一侧区域电压发生变化时，另一侧电压也对应变化；此时，两侧的分布式电源或者储能设备通过下垂控制实现功率的平衡控制，抑制本侧或者另外一侧负荷的变化或者分布式电源出力的变化；
(2)当需要实现直流电压的恒定控制或者交流区域的电压频率恒定时，整个交直流混合系统切换到主从控制模式，在该模式下交直流混合系统内各设备的运行控制策略如下：
(2.1)交直流混合系统中交直流母线互联的双向ac/dc变流器7仍保持恒电压频率比控制；
(2.2)以交流区域内部交流母线8上连接的某个分布式电源1或者储能3设备作为主电源，使其工作在交流电压频率和幅值控制模式，用于实现额定的交流电压控制，稳定交流区域的电压；或者，以直流区域内部直流母线9上连接的某个分布式电源4或者储能6设备作为主电源，使其工作在直流电压恒定控制模式，稳定直流区域的直流电压；
由于交直流区域中交直流母线通过恒电压频率比控制的双向ac/dc变流器7控制的作用，另一侧的电压也为额定的恒定值；
例如，本实施例中可以选择直流母线9上的储能6作为主控电压，工作在电压控制模式，为整个系统提供电压支撑。
(2.3)同时，其它分布式电源1、4工作在最大功率跟踪模式、pq模式或下垂控制模式；
(2.4)未作为主电源的储能3设备工作在pq模式或下垂模式。