一种直流微电网系统的多模式切换协调控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种微电网协调控制方法，尤其是涉及一种直流微电网系统的多模式 切换协调控制方法。
【背景技术】
[0002] 直流微电网作为连接分布式电源与主网的一种微电网形式，能高效地发挥分布式 电源的价值与效益，具备比交流微电网更灵活的重构能力。此外，许多新能源单元具有直流 输出形式，且直流系统不存在相位同步、谐波和无功功率损耗等方面的问题，因此近年来直 流微电网逐渐得到了人们的重视，对直流微电网的结构、运行模式、控制方法等方面的研究 已有突破性的进展。
[0003] 但是由于微电网中的可控微电源较多，在不同工作模式及外界扰动下，协调各个 换流器工作以实现直流微电网的能量管理还需要进行深入的研究。直流微电网功率平衡能 够保证直流母线电压的稳定，电压的变化反映功率的波动。
[0004] ^Distributed Control for Autonomous Operation of a Three-Port AC/DC/DS Hybird Microgrid，Peng Wang，Chi Jin，IEEE Trans, on Industrial Electronics，2014， 62 (2) :1279-1290"提出一种基于AC/DC/DS三端口功率交换的分层控制方法，较好的实现 了微电网的可靠独立运行。然而未对微电网各运行模式及各种扰动下的微电网暂态稳定性 做出具体分析，这些可能会对系统的稳定运行和平滑切换造成影响。"
[0005] "风电直流微电网的电压分层协调控制，王毅，张丽荣，李和明等，中国电机工程学 报，2013, 33 (4) : 16-24"提出风电直流微电网电压分层协调控制策略，各变流器无需相互通 信，可简化控制系统结构。然而对变流器的功率等级和调节能力要求较高，这对系统稳定性 和安全性是一种挑战。
[0006] "多代理系统在直流微电网稳定控制中的应用，郝雨辰，吴在军，都晓波等，中国电 机工程学报，2012, 32 (25) :27-35"构建了层次化多代理系统框架来维持系统不同运行模式 下的电压稳定，实现了直流微电网能量分层管理和系统稳定控制。然而系统稳定性严重依 赖于通讯性能的好坏，一旦通讯失败，系统运行将会受到严重影响。
[0007] "新能源直流微电网的控制架构与层次划分，李武华，顾云杰，王宇翔等，电力系统 自动化，2015, 33 (9) :156-162"融合集中控制和分散控制特点，提出一种直流微电网层次控 制架构，能够实现直流微电网的分层次管理。
[0008] "Power Electronic Converters in DC Microgrid,Biczel P,Compatibility in Power Electronics(CPE)，2007 :1-6"提出两级控制方法，并对系统中各变流装置进行了分 析，从而实现系统的稳定运行，然而未对微电网中各微源建立具体模型。
[0009] uk hybrid renewable DC microgrid voltage control,Sun X,Lian Z,ffang B, 6th Power Electronics and Motion Control Conference，2009:725-729"利用直流母线 电压实现了不同微源间功率的实时分配，并充分考虑了负载变化对系统造成的实际影响， 从而维持系统稳定运行。然而对并网转离网运行等暂态过程未作具体分析。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种在不同工作条 件及外部干扰时可实现平滑切换的直流微电网的多模式切换协调控制方法。
[0011] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0012] -种直流微电网系统的多模式切换协调控制方法，所述的直流微电网系统包括直 流微电网和多个储能单元，所述的直流微电网包括多个微电网单元，所述的多个微电网单 元和多个储能单元分别与直流母线连接，各所述的微电网单元通过分布式电源DG发电，其 特征在于，所述的直流微电网系统的多模式切换协调控制方法包括以下步骤：
[0013] S1，获取直流微电网运行状态，若为并网运行，则进入步骤S2,若为孤岛运行，则进 入步骤S3 ;
[0014] S2,将直流母线负载功率与直流微电网输出功率之差作为缺额功率，若缺额功率 非负，则进入步骤S21，若缺额功率为负，则进入步骤S22 ;
[0015] S21，判断各储能单元S0C，若SOC均已达到上限，则交流主网向直流母线提供缺额 功率，若存在SOC未达到上限的储能单元，则交流主网给SOC未达到上限的储能单元充电， 同时交流主网向直流母线提供缺额功率，维持直流母线电压稳定；
[0016] S22,判断各储能单元S0C，若SOC均已达到上限，则直流微电网向交流主网回馈缺 额功率，若存在SOC未达到上限的储能单元，则直流微电网给相应储能单元充电，若充电时 直流微电网功率仍有盈余，则直流微电网将盈余的功率回馈给交流主网，交流主网维持直 流母线电压稳定；
[0017] S3,判断直流微电网是否正常运行，若是，则进入步骤S4,否则进入步骤S52 ;
[0018] S4,判断各储能单元是否均正常运行，若否，则进入步骤S52,若是，则将直流母线 负载功率与直流微电网输出功率之差作为缺额功率，若缺额功率非负，则进入步骤S41，若 缺额功率为负，则进入步骤S42 ;
[0019] S41，判断各储能单元S0C，若SOC均低于下限，则系统执行甩负荷操作，若存在SOC 未低于下限的储能单元，则相应储能单元向直流母线提供缺额功率，维持直流母线电压稳 定；
[0020] S42,判断各储能单元S0C，若SOC均已达到上限，则进入步骤S421，若存在未达到 上限的储能单元，则进入步骤S422 ;
[0021] S421，直流微电网进行下垂控制发电；
[0022] S422,直流微电网给相应储能单元充电；
[0023] S5,判断是否所有的储能单元都退出运行，若是，则进入步骤S51，若否，则进入步 骤 S52 ;
[0024] S51，判断微电网单元DG是否出现故障，若是，则进入步骤S511，若否，则进入步骤 S512 ；
[0025] S511，直流微网系统中剩余的正常微电网单元DG采用下垂控制提供负载所需功 率，降功率运行维持负载正常用电；
[0026] S512,直流微网系统中的各微电网单元DG进行下垂控制发电，共同承担负载用 电；
[0027] S52,故障储能单元退出运行，其余正常运行储能单元相应增大放电功率，承担直 流微网系统所需缺额功率来维持直流母线电压稳定；
[0028] 所述的步骤S21和S22中，直流微电网系统的工作模式为第一工作模式，所述的 步骤S41和S422中，直流微电网系统的工作模式为第二工作模式，所述的步骤S421和S51 中，直流微电网系统的工作模式为第三工作模式，所述的步骤S52中，直流微电网系统的工 作模式为第四工作模式。
[0029] 所述的第一工作模式和第二工作模式中，直流微电网中的DG进行MPPT控制发电。
[0030] 所述的步骤S511和S512中，若直流微电网进行MPPT控制发电后功率仍小于直流 母线负载功率，则直流母线进行次要负荷切除动作，再进行下垂控制。
[0031] 所述的直流母线连接直流负荷，同时直流母线通过DC/AC变换器连接交流负荷。
[0032] 所述的第二工作模式下，直流微电网进行下垂控制发电具体如下：
[0034] 对上式进行改写，可得出：
[0036] 各微电网单元的发电功率P&_y按下式计算：
[0038] 其中，FJ为直流母线参考电压，并取为其最大允许电压值，y= 1，2,…η，η为微 电网单元个数，Vdy为第y个微电网单元中DG的端电压，为第y个微电网单元中DG的 最大输出功率，Fj广为微电网单元的最小允许输出电压，为微电网单元的最大允许输 出电压，i^y为输出电流，Z 为输出阻抗。可见，各微电网单元在该控制下可按照各自最 大发电功率成相同比例进行发电控制