直流微网中的一种分布式协调控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微网控制领域，具体涉及直流微网的电压控制，应用于分布式发电、微 网的协调控制中。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业化的进步，人类对能源的需求也越来越大，这就加剧了对传统化石 能源的开发。传统发电方式往往是以燃烧化石能源为代价的，但化石能源是自然界中的有 限资源，而且燃烧化石能源会带来一系列的环境问题。在新形势下，面对新的挑战，人们不 得不寻求一些新的发电方式来满足人们对能源的需求与环境问题之间的矛盾。
[0003] 为了解决这个问题，不少学者提出了分布式发电与微电网的概念。微电网是指由 分布式电源、储能变换装置、相关负荷和监控状态、保护装置汇集而成的小型发配电系统， 是一个能够实现自我控制、保护和管理的自制系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤 立运行。其中分布式电源可以是太阳能、风能、燃料电池、核能、同步发电机发电等等，这一 概念的提出有利于新能源发电技术的实际应用。
[0004] 微网可以运行于孤岛模式，这对于一些偏远地区传统配电方式不方便而且风能或 太阳能丰富的地区是非常有利的；同时微网还可以与大电网并网运行，与大电网同时对负 载供电。
[0005] 虽然微网有许多的优点，但对微网的控制还有许多问题有待解决，比如微网的电 压与频率应该恒定在某个固定的值，在与大电网并网运行时，还应该抑制其功率流向大电 网，最后对于微网的上层控制还有优化调度与控制的问题。
[0006] 由于现在的大电网是交流电，所以现在往往也把微电网设计成交流微网，但是我 们考虑若把微网设计成直流微网也有许多优点。比如现在的可再生能源（比如太阳能）和 储能单元（如电池）本身就是直流源，这样一来可以减少DC/AC逆变这一环节，而换成DC/ DC就可以了。还有直流微网的模型和控制更简单，因为没有频率和无功功率的控制，因此直 流微网与交流微网相比具有更高的可靠性和稳定性。
[0007] 对于微电网的控制现在有许多的专利和技术文献都对此进行了阐述，比如申请号 为201310594821. 8,发明名称为《一种微网的离网控制方法》;申请号为201320775103. 6,发 明名称为《一种直流微网控制系统》;申请号为201310132584. 3,发明名称为《基于智能多代 理的直流微网能量协调控制方法》；申请号为201310156966. X，发明名称为《一种光电直流 微网电源装置及控制方法》等等。
[0008] 上述专利或是针对交流微网设计的控制方法，或是仅对直流微网系统进行了设 计，而没有针对具体的控制策略进行论述，或是针对某种微源的控制方法进行了论述，这些 都没有直接考虑直流微网的电压控制以及负载分配。
【发明内容】
[0009] 鉴于此，本发明的目的之一是提供一种直流微网中的一种分布式协调控制方法， 该方法对直流微网的电压控制和负载分配具有一般性，即直流微网采用该方法后可以保证 整个微网的电压恒定在某个常值，并且可以将负载按比例的分配给各个微源。与此同时，本 发明还提供一种直流微网中的一种分布式协调控制系统。
[0010] 本发明的目的之一是通过以下技术方案实现的，一种直流微网中的一种分布式协 调控制方法，包括
[0011] a.根据直流微网中的两个关键节点将该直流微网划分成第一微网和第二微网；
[0012] b.对第一微网，利用电压调节器产生第一电压矫正项以恒定整个直流微网的电 压；
[0013] c.对第二微网，利用电流调节器产生第二电压矫正项用于将负荷按一定比例分配 给各个微源。
[0014] 优选的，电压调节器根据邻居节点的信息估计第一直流微网的动态平均电压并根 据该平均电压产生第一电压矫正项。
[0015] 优选的，电流调节器将自身逆变器的单位电流与邻居节点的单位电流相比较，将 比较后的结果输入到第三PI控制器中并产生第二电压矫正项。
[0016] 优选的，所述电压调节器包括电压观测器和第一 PI控制器，所述电压观测器用于 估计直流微网中的动态平均电压?，然后将?与额定电压 << 相比较，将比较后的结果经第 一 PI控制器后产生第一电压矫正项。
[0017] 优选的，所述电压观测器包括分布式动态电压观测模块和噪声抑制模块，所述分 布式动态电压观测模块包括分布式动态电压观测器和积分器，所述分布式动态电压观测器
【主权项】
1. 一种直流微网中的一种分布式协调控制方法，其特征在于：包括 a. 根据直流微网中的两个关键节点将该直流微网划分成第一微网和第二微网； b. 对第一微网，利用电压调节器产生第一电压矫正项以恒定整个直流微网的电压； c. 对第二微网，利用电流调节器产生第二电压矫正项用于实现将负荷按比例分配给各 个微源。
2. 根据权利要求1所述的直流微网中的一种分布式协调控制方法，其特征在于：电压 调节器根据邻居节点的信息估计第一直流微网的动态平均电压并根据该平均电压产生第 一电压矫正项。
3. 根据权利要求1所述的直流微网中的一种分布式协调控制方法，其特征在于：电流 调节器将自身逆变器的单位电流与邻居节点的单位电流相比较，将比较后的结果输入到第 三PI控制器中并产生第二电压矫正项，单位电流是指逆变器的实际电流输出值与额定电 流的比值。
4. 根据权利要示1或2所述的直流微网中的一种分布式协调控制方法，其特征在于： 所述电压调节器包括电压观测器和第一PI控制器，所述电压观测器用于估计第一直流微 网中的动态平均电压f，然后将f-与额定电压vf相比较，将比较后的结果经第一PI控制 器后产生第一电压矫正项。
5. 根据权利要求4所述的直流微网中的一种分布式协调控制方法，其特征在于：所述 电压观测器包括分布式动态电压观测器和噪声抑制模块， 所述分布式动态电压观测模块包括分布式动态电压观测器和积分器，所述分布式动态 电压观测器为
其中，为微源间网络通讯拓扑的权值，Vi是微源i的 实际电压输出值，^是微源i的电压观测器的输出值，巧为邻居节点电压观测器的输出值， 分布式动态电压观测器的输出经积分器输入到比较器中； 所述噪声抑制模块包括噪声指示器和第二PI控制器，所述噪声指示器为
'其中，b为噪声指示器与电压协调控制的耦合增益，为微源间 网络通讯拓扑的权值，Wi是微源i的实际噪声输出值，且VI;. h是微源i的噪声指 示器的输出值，％为邻居节点噪声指示器的输出值，噪声指示器的输出经第二PI控制器输 入到比较器中。
6. 根据权利要求1或3所述的直流微网中的一种分布式协调控制方法，其特征在于： 所述电流调节器包括电流不匹配产生模块和第三PI控制器，电流不匹配产生模块将本节 点的单位电流与其邻居节点的单位电流相比较，并产生电流不匹配项，然后将该不匹配项 输入到PI控制器中，产生第二电压矫正项，所述电流不匹配定义为：
其中参数c为电流调节器与电压调节器的耦合增益常数，％为网络通讯拓扑图的权重值，f为邻居节点的单位电流，/广为本节点的单位电流。
7. -种直流微网中的一种分布式协调控制系统，其特征在于：包括第一微网、第二微 网、电压调节器和电流调节器， 所述第一微网具有一个关键节点和若干个普通节点； 所述第二微网具有一个关键节点和若干个普通节点； 所述电压调节器根据邻居节点的信息估计第一直流微网的动态平均电压并根据该平 均电压产生第一电压矫正项，用于恒定整个直流微网的电压； 所述电流调节器将自身逆变器的单位电流与邻居节点的单位电流相比较，将比较后的 结果输入到PI控制器中并产生第二电压矫正项，用于实现将负荷按比例分配给各个微源。
8. 根据权利要求7所述的直流微网中的一种分布式协调控制系统，其特征在于：所述 电压调节器包括电压观测器和第一PI控制器，所述电压观测器用于估计第一微网中的动 态平均电压f，然后将f与额定电压相比较，将比较后的结果经第一PI控制器后产生第 一电压矫正项加)。
9. 根据权利要求8所述的直流微网中的一种分布式协调控制系统，其特征在于：所述 电压观测器包括分布式动态电压观测模块和噪声抑制模块， 所述分布式动态电压观测模块包括分布式动态电压观测器和积分器，所述分布式动态 电压观测器为
'其中，aij为微源间网络通讯拓扑的权值，Vi是微源i的 实际电压输出值，g是微源i的电压观测器的输出值，巧为邻居节点电压观测器的输出值， 分布式动态电压观测器的输出经积分器输入到比较器中； 所述噪声抑制模块包括噪声指示器和第二PI控制器，所述噪声指示器为
'其中，b为噪声指示器与电压协调控制的耦合增益，为微源间 网络通讯拓扑的权值，Wi是微源i的实际噪声输出值，且U丨=f. 是微源i的噪声指 示器的输出值，％为邻居节点噪声指示器的输出值，噪声指示器的输出经第二PI控制器输 入到比较器中。
10. 根据权利要求7所述的直流微网中的一种分布式协调控制系统，其特征在于：所述 电流调节器包括电流不匹配产生模块和第三PI控制器，电流不匹配产生模块将本节点的 电流与其邻居节点的电流相比较，并产生电流不匹配项，然后将该电流不匹配项输入到第 三PI控制器中，产生第二电压矫正项，所述电流不匹配定义为：
其中 参数c为电流调节器与电压调节器的耦合增益常数，aij为网络通讯拓扑图的权重值，为 邻居节点的单位电流，zr为本节点的单位电流。
【专利摘要】本发明公开了直流微网中的一种分布式协调控制方法，包括a.根据直流微网中的两个关键节点将该直流微网划分成第一微网和第二微网；b.对第一微网，利用电压调节器产生第一电压矫正项以恒定整个直流微网的电压；c.对第二微网，利用电流调节器产生第二电压矫正项用于实现将负荷按比例分配给各个微源。本发明采用的是分布式协调控制策略，而不是简单的下垂控制，这样既可避免由于线路传输阻抗对下垂控制的影响，同时可以避免逆变器之间的相互影响，因为分布式协调控制的最终目标是使得整个微网的状态达到一致。这有利于提高控制器的性能，降低噪声的影响，同时由于微网结构的划分是时变的，这对于微网结构的即插即用性是有利的。
【IPC分类】H02J1-00
【公开号】CN104779607
【申请号】CN201510204651
【发明人】陈刚, 郭志军
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月27日