一种微网双向dc/dc变化下垂系数的控制方法
【技术领域】
[OOOU 本发明设及一种控制方法，具体设及一种微网双向DC/DC变化下垂系数的控制方 法。
【背景技术】
[0002] 随着全球化石能源枯竭供应紧张、气候形势严峻，世界各国都认识到了发展新能 源的重要性。预计在2014年全球光伏新增装机量将达到43GW，我国将达到14GW，分布式发 电约为8GW左右。
[0003] 新能源发电多数采用交流汇集方案，即新能源发电经过电力电子设备，汇集到低 压交流母线，最终通过升压变压器连接到交流配电网。但采用此种方案，存在W下问题；（1) 新能源发电直流电压被逆变成交流电压过程中，新能源发电的效率降低，交流传输也会产 生线路损耗，从而导致发电系统成本的增加；（2)分布式电源与系统直接相连，分布式电源 与系统禪合较强，分布式电源侧或系统侧故障相互影响，导致故障扩大化；(3)输送相同的 功率，交流电缆造价高，与直流电缆相比，交流电缆运行时存在电阻损耗外，还有绝缘中的 介质损耗W及磁感应损耗，年运行费用高。
[0004] 相比之下直流汇集系统具有W下优点；（1)直流汇集方案将分布式电源与系统之 间存在直流隔离和缓冲，对电源测、系统侧电能质量、故障问题形成有效隔离与控制；（2) 无集肤效应，直流电源线提供了更强带载能力，直流微网比交流微网抗扰性更好，而且在基 础设施的投资上花费较少；（3)直流汇集不需要对电压的相位和频率进行跟踪，可控性和 可靠性大大提高，因而更加适合分布式电源与负载的接入；(4)直流电在传输过程中不需 要考虑线路的祸流损耗和线路吸收的无功能量，线路损耗得到降低。
[0005] 目前直流汇集系统中母线电压控制主要有主从控制、下垂控制两种。主从控制，是 将一个储能单元作为主单元采用恒压控制，其余储能单元作为从单元采用恒流控制。采用 主从控制可W根据所有储能单元总直流母线电流对各从储能单元输出进行调节，控制精度 高，且各储能单元不会出现环流，但采用该控制策略则系统无法采用冗余控制，若主储能单 元发生故障则整个系统无法正常工作。
[0006] 下垂控制，各储能单元均做恒压控制。采用下垂控制不需要通信线的连接，简化了 系统结构，易实现冗余控制，扩容简单方便。但是由于直流电压给定值需经下垂控制器校 正，会使直流母线电压有一定偏差。当下垂控制系数较小时直流母线电压偏差较小，但调节 速度较慢，动态性能较差；当下垂控制系数较大时调节速度快，系统动态性能好，但直流母 线电压偏差较大，特别是当功率流动较大时电压会更为明显。并且一旦下垂控制系数确定 后各储能单元充放电功率比例即确定，无法再次进行调节。
【发明内容】
[0007] 为了克服上述缺陷，本发明提出一种微网双向DC/DC变化下垂系数的控制方法， 采用变系数下垂控制控制策略W恒定母线电压；在传统下垂控制的基础之上根据母线电压 偏差w及储能系统自身容量不断调节下垂系数，当母线电压偏差较小即系统内功率流动较 小时增大下垂系数提高系统动态性能，当母线电压偏差较大即系统内功率流动较大时减小 下垂控制系数，W减小母线电压偏差；通过对各储能单元下垂系数的调节从而控制其充放 电功率大小，W提高各储能单元的利用率，使整个系统能够长期安全稳定的运行；有效解决 了下垂控制中DC/DC输出功率无法在线调节的问题，提高了直流汇集系统的动态性能、稳 态性能，减小了储能单元间环流。
[000引本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
[0009] 一种微网双向DC/DC变化下垂系数的控制方法，所述方法包括：
[0010] (1)检测输出侧的直流母线电压叫。和直流母线电流Id。；
[0011] (2)将所述直流母线电压Ud。、直流母线电流Id。、直流母线电压设定值Ul.和下垂系 数初始值k。输入直流母线下垂控制器中；
[001引 做将所述直流母线电压叫。与直流母线电压设定值进行比较，确定DC/DC工 作区域，并调节各区域下垂系数；
[001引 （4)计算DC/DC输出电压参考值叫。ref;
[0014] 妨将所述输出电压参考值Uderef与直流母线电压Ud。的差值送入直流电压PI调 节器，直流母线电流环的给定值4;
[001引 做比较所述4和直流母线电流Id。，差值输入直流电流PI调节器，并将输出作为PWM的给定值；
[0016] (7)生成PWM波，用于控制IGBT的导通和关断，W实现DC/DC的恒压控制。
[0017] 优选的，所述步骤（3)包括，根据实际所需确定DC/DC工作区域，包括正常工作区 Vi<Udc《V〇、母线电压偏低1区V2<Udc《Vi、母线电压偏低2区V3<Udc《V2、母线电压 偏高1区V〇<Udc《V4、母线电压偏高2区V4<UV5、欠压故障区Udc《V3和过压故障 区叫。>Vs。
[001引进一步地，处于所述正常工作区Vi<V。，直流母线电压叫。的波动在正常范 围内，此时分布式新能源发电量与负荷消耗电量基本平衡，各储能单元下垂系数为初始值。
[0019] 进一步地，处于所述母线电压偏低1区V2<Ud。^Vi，直流母线电压叫。偏低，此时 分布式新能源发电量小于负荷消耗量，根据直流母线电压降低幅度W及各储能单元自身 剩余容量减小下垂系数：
[0020]
【主权项】
1. 一种微网双向DC/DC变化下垂系数的控制方法，其特征在于，所述方法包括： (1) 检测输出侧的直流母线电压Ud。和直流母线电流Id。； (2) 将所述直流母线电压Ud。、直流母线电流Id。、直流母线电压设定值CC和下垂系数初 始值h输入直流母线下垂控制器中； ⑶将所述直流母线电压Ud。与直流母线电压设定值C/1进行比较，确定DC/DC工作区 域，并调节各区域下垂系数； (4) 计算DC/DC输出电压参考值Ud。ref; (5) 将所述输出电压参考值^。#与直流母线电压Ud。的差值送入直流电压PI调节器， 直流母线电流环的给定值; (6) 比较所述'和直流母线电流Id。，差值输入直流电流PI调节器，并将输出作为PWM 的给定值； (7) 生成PWM波，用于控制IGBT的导通和关断，以实现DC/DC的恒压控制。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤⑶包括：根据实际所需确定DC/ DC工作区域，包括正常工作区Vi<Ud。彡V。、母线电压偏低1区V2<Udc;<Vi、母线电压偏 低2区V3<Udc;<V2、母线电压偏高1区VfUd#V4、母线电压偏高2区V4<Udc;<V5、欠 压故障区KV3和过压故障区Ud。〉V5。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，处于所述正常工作区VfUV^，直流母 线电压Ud。的波动在正常范围内，此时分布式新能源发电量与负荷消耗电量基本平衡，各储 能单元下垂系数为初始值。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，处于所述母线电压偏低1区V2<Udc;<V 直流母线电压Ud。偏低，此时分布式新能源发电量小于负荷消耗量，根据直流母线电压降低 幅度以及各储能单元自身剩余容量减小下垂系数：
式（1)中kiahkjt+l)分别为当前时刻以及下一时刻第i个储能单元的下垂系数，Akn为第i个储能单元下垂系数变化值，S0为母线电压偏低1区的下垂系数变化量加权 值，soq为第i个储能单元的SOC，Si为初始时刻容量； 所述下垂系数约束条件为：
式⑵中h_、匕_分别为下垂系数最大、最小值。
5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，处于母线电压偏低2区V3<UV2，直流 母线电压Ud。偏低幅度较大； 根据直流母线电压降低幅度以及各储能单元自身剩余容量继续减小下垂系数：
式3中，kjt)、kjt+l)分别为当前时刻以及下一时刻第i个储能单元的下垂系数，Aki2为第i个储能单元下垂系数变化值，Su为母线电压偏低2区的下垂系数变化量加权 值，且满足Sl2>Su;SOCi为第i个储能单元的SOC，Si为初始时刻容量； 下垂系数约束条件为
式⑷中kiJiax、kiJlin分别为下垂系数最大、最小值。
6. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，处于所述母线电压偏高1区VfUdc;<V4， 直流母线电压Ud。偏高，此时分布式新能源发电量略高于负荷消耗量；根据直流母线电压升 高幅度以及各储能单元自身剩余容量调整下垂系数；
式（5)中，kjthkia+l)分别为当前时刻以及下一时刻第i个储能单元的下垂系数，Aki3为第i个储能单元下垂系数变化值，SH1为母线电压偏高1区的下垂系数变化量加权 值；soq为第i个储能单元的SOC，Si为初始时刻容量； 下垂系数约束条件为
式（6)中kiJiax、kiJlin分别为下垂系数最大、最小值。
7. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，处于母线电压偏高2区V4<UV5，所述 直流母线电压UJ扁高幅度较大，继续提高储能单元下垂系数：
式（7)中，kjthkia+i)分别为当前时刻以及下一时刻第i个储能单元的下垂系数，Aki4为第i个储能单元下垂系数变化值，sH2为母线电压偏高2区的下垂系数变化量加权 值，且满足SH2>SH1;S0Ci为第i个储能单元的SOC，Si为初始时刻容量； 下垂系数约束条件为
式⑶中，kiJiax、kiJlin分别为下垂系数最大、最小值。
8. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，处于欠压故障区UV3和过压故障区Ud。 >V5，直流母线电压Ud。过低，向协调控制器发送欠压故障、过压故障信号。
9. 如权利要求1-8任意一项所述的方法，其特征在于，所述步骤⑷包括，将步骤（3) 得到的下垂系数匕(^+1)，带入式（10)中，计算下一时刻第i台DC/DC的给定值Udc:_raf_i; CN104810822A 不乂利要豕书 3/3页
(10) 式（10)中，Id。i为第i台DC/DC的下垂控制曲线。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（4)中，DC/DC输出电压参考值为
，其中n为母线个数。
【专利摘要】一种微网双向DC/DC变化下垂系数的控制方法，包括，检测输出侧的直流母线电压Udc和直流母线电流Idc；将所述Udc、Idc、直流母线电压设定值和下垂系数初始值k0输入直流母线下垂控制器中；将所述直流母线电压Udc与直流母线电压设定值进行比较，确定DC/DC工作区域，并调节各区域下垂系数；计算DC/DC输出电压参考值Udc_ref；将所述直流母线电压参考值Udc_ref与直流母线电压Udc的差值送入直流电压PI调节器，输出为电流环的给定值比较所述和直流母线电流Idc，差值输入直流电流PI调节器，并将输出作为PWM的给定值；生成PWM波，用于控制IGBT的导通和关断，以实现DC/DC的恒压控制；有效解决了下垂控制中DC/DC输出功率无法在线调节的问题，提高了直流汇集系统的动态性能、稳态性能，减小了储能单元间环流。
【IPC分类】H02J1-12
【公开号】CN104810822
【申请号】CN201510266461
【发明人】余豪杰, 陈梅, 李官军, 陶以彬, 杨波, 赫卫国, 胡金杭, 周晨, 冯鑫振, 刘欢, 曹远志, 桑丙玉, 鄢盛驰, 俞斌, 崔红芬, 庄俊, 朱红保, 李跃龙, 卢俊峰, 张德隆, 侯书毅, 孙博, 张宇, 方陈
【申请人】中国电力科学研究院, 国家电网公司
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年5月22日