直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制方法。
【背景技术】
[0002] 在能源和环境双重危机的背景下，可再生清洁能源分布式发电成为人类谋求发展 的重要出路。为了解决分布式发电并网的诸多难题，微网技术应运而生。但无论是单纯交 流微网或者是直流微网，对于吸纳这部分可再生能源都将面临频繁功率变换带来的效率与 可靠性低下的问题。此外，单纯交流或者直流微网对于交流负荷以及新兴直流负荷也有类 似的缺陷。考虑到可再生能源分布式发电运行的经济性，将它们合理分配到不同母线，与储 能装置和负载组成AC/DC混合微网成为一种必然选择。
[0003] 作为微电网的一种类型，混合微网同时具有孤岛和并网运行模式。在孤岛模式下， 微网与大电网电气隔离，分布式发电单元一方面为内部负载提供功率，另一方面需要维持 微网电能质量；在并网模式下，分布式发电单元可以为大电网提供功率，若微网功率不足， 大电网可以为其内负载供电。混合微网的并网运行一方面可以减轻大电网负荷负担，另一 方面可以作为馈线末端电压支撑，对于提高局部电网可靠性，保证科学、医疗、生活生产等 方面的正常运行意义重大。
[0004] 随着未来电网的容量和规模的进一步扩大，发电装置将以可再生能源为主，而其 间歇性不稳定性的特征，对以交流为主的大型电力系统带来巨大的挑战。采用直流输配电， 不仅可以提高电力系统容量，满足未来电网中的负荷对直流供电的需求，提高整体效率，而 且可以免除因交流而造成的系统稳定性问题，从而有助于提高输电网的安全可靠性。因此， 未来的输配电网和分布式电网将逐步向以直流为主的运行模式方向发展。考虑到直流微 源及负载在整个电网环境中的重要作用，研宄混合微网直流并网运行下的控制策略至关重 要。
[0005] 目前已有的混合微网双向变换器直流并网运行控制策略主要有：集中控制、分散 控制、分层控制。集中控制，主要是指通过分布于混合微网内的传感器网络实时监测微网运 行状态，根据能量管理系统由统一的中央控制器协调混合微网内各微源运行。混合微网以 及各微源的运行模式切换均由中央控制器统一处理，各微源只与中央控制器通信，微源之 间没有通信。混合微网的分散控制，是相对于集中控制而言的，各个微源之间通过检测本地 信息来调整运行状态，不需要中央控制器统一调度即可以自治运行，具有"即插即用"的特 性。混合微网的分层控制，底层是基于本地信息的功率控制，上两层是基于系统信息低带宽 通信的集中控制。
[0006] 三种控制策略均有各自的缺陷。集中控制无法保证混合微网的扩展性，无法解决 中央控制器的通信依赖问题；分散控制无法保证系统的优化运行和混合微网的可控性；分 层控制综合了集中控制与分散控制的优点，但是并没有从根本上解决上层集中控制对于中 央控制器的通信依赖问题，无法保证弱通信条件及系统故障下的稳定运行，对于混合微网 系统复杂问题的解决能力不足。
【发明内容】
[0007] 本发明为了解决上述问题，提出了一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分 布式分层控制方法，该方法分三层，底层采用基于本地信息的功率控制，第二层采用一种直 流侧的电流分布式二次控制策略，第三层通过接收每台双向变换器直流母线电流，经过直 流母线电流估计，求出直流母线电流的实时平均值，作为电流二次控制器的参考电流值。该 方法可以实现多台双向变换器并网运行时的分布式控制，理论上可以克服传统分层控制策 略在上层中央控制器通信失败时导致的混合微网并网不可控问题。相比于混合微网双向变 换器传统控制策略，该控制策略在保障混合微网扩展性的基础上，可以避免系统控制器通 信失败后无法进行混合微网并网控制的问题，保障了混合微网的可控性，增加了局部电网 的供电可靠性，对混合微网的研宄具有重要的理论和应用价值。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] 一种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布分层控制系统，包括多台并联的 双向变换器、交流侧和控制器，双向变换器均为LCL滤波的两电平变换器，包括并联的三相 桥臂，每相桥臂包括两个串联的IGBT管，各相桥臂的中点经LCL滤波器与交流电压源连接； 每台双向变换器的输入端并联有一个电容；在N台双向变换器直流端通过线路阻抗接入直 流电网，每台双向变换器的各个IGBT管均由控制电路驱动。
[0010] 所述LCL滤波电路的阻尼电阻具有一附加阻值，以抑制LCL滤波器固有的谐振问 题。
[0011] 所述控制电路包括保护电路、驱动电路、采样调理电路，采样调理电路连接DSP模 块，DSP模块与保护电路双向通信，DSP模块连接驱动电路，驱动电路输出PWM信号驱动桥臂 中IGBT管的开通与关断。
[0012] 所述采样调理电路采集输入电压源的直流电压、直流电流、滤波器输出的三相电 压值大小。
[0013] 所述采样调理电路的采样与转换由DSP进行控制，将调理好的模拟信号转换为数 字量；数字信号的处理以及SPWM控制、PWM产生均由DSP实现，最终生成的PWM信号送给驱 动电路去控制IGBT管的开通与关断。
[0014] 所述双向变换器均包含有直流电压闭环、交流电流内环和LCL滤波器电容电流反 馈的闭环控制；直流电压外环采集上位机传输的功率值，除以本地直流母线电流实时值，得 到直流电压参考值，与电压实时值相比较，通过PI控制器控制，用于稳定直流电压；交流电 流内环采用基于α β坐标系的闭环控制器，采用PR控制器实时跟踪给定值，控制变换器输 出功率跟踪给定值。
[0015] -种直流并网的交直流混合微网双向变换器分布式分层控制方法，包括：
[0016] (1)对每台双向变换器设置三层控制，分别为第一控制层、第二控制层和第三控制 层，其中第三控制层则属于信息交换层，通过低带宽通信与第二控制层交换信息；
[0017] (2)第一控制层的直流电压外环采集双向变换器直流母线电压信号，经过PI控制 器输出一个直流电压偏差值，送到直流电压外环，用于跟踪参考直流电压；交流电流内环采 用基于α β坐标系的闭环控制器，采用PR控制器实时跟踪给定值，控制变换器输出功率跟 踪给定值；
[0018] (3)第二控制层为电流二次控制，通过实时检测本地变换器直流母线电流，与参考 值的误差经过PI控制器输出一个直流电压校正值，送到直流电压外环，作为参考电压的修 正量，使直流母线电压跟踪参考电压值，在大电网和混合微网之间形成稳定的电压差，实现 混合微网并网功率的稳定传输；
[0019] (4)第三控制