直流配电网的鲁棒下垂控制装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及下垂控制技术领域，具体设及一种直流配电网的鲁棒下垂控制装置和 方法。
【背景技术】
[0002] 随着传统化石能源的日益枯竭与日渐增加的环境压力，能源结构正经历着W传统 能源为主向可再生能源调整的过渡期。我国幅员迂阔，风能资源、海洋资源及生物能资源丰 富，运为我国的能源结构调整提供了基本的前提。
[0003] 新能源的分散特性使其更适用于W微电网的形式作为分布式电源向负载供电。日 常生活中种类众多的电器设备实质还是直流电驱动，常见的分布式电源可直接生产或间接 简单变换成直流形式电能。W直流形式向负载提供能电能可W节省大量整流、逆变环节，因 此可W显著降低成本和损耗。然而，采用分布式电源带来的问题之一就是各自发电单元所 生产的电能需要通过DC-DC变换器分别并入直流配电网，目前的DC-DC变换器并联方式主要 可W分为Ξ种:集中控制方式、主从控制方式、分散式控制方式。其中，集中控制方式和主从 控制方式需要通信线路进行通信，W协调各DC-DC变换器的正常工作。但是一旦通信失败， 所组成的直流配电网则将无法正常工作。结合分布式电源的特点，无主从控制的分散式控 制方式可W解决集中控制方式和主从控制方式中单台DC-DC变换器故障将导致系统擁痕的 问题，可W提高直流配电网的可靠性。分散式控制方式又可W分为有互连线控制方式和无 互联线控制方式，其中无互联线控制方式主要是指下垂控制方式。下垂控制方式即各DC-DC 变换器采用外特性下垂的控制方式，使输出外特性趋于一致，W达到均流的目的。因此下垂 控制方式在微电网中的应用得到了广大学者的关注。从理论上来说，下垂控制方式可W实 现DC-DC变换器之间电流的均流控制。尽管下垂控制方式能有效解决各DC-DC变换器的并联 问题，但仍存在W下问题：
[0004] (1)由于线路阻抗的存在，线路阻抗的不平衡影响负荷功率在多台DC-DC变换器之 间的均分，因此导致电流分配精度较低；
[0005] (2)下垂控制方式由于下垂系数的影响，依旧存在有母线电压下降幅度过大和DC- DC变换器间环流抑制不理想的问题。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是现有技术中线路阻抗的不平衡影响负荷功率在各 DC-DC变换器之间的均分、母线电压下降幅度过大和DC-DC变换器间环流抑制不理想。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明提出了一种直流配电网的鲁棒下垂控制装置和方 法。
[000引第一方面，该装置包括:鲁棒直流控制器、下垂控制器、积分模块、PI控制器及脉宽 调制驱动器，其中：
[0009]所述鲁棒直流控制器，连接所述积分模块，用于将直流配电网中直流母线侧的负 载电压与预设的目标参考电压作差，将得到的差值与鲁棒系数相乘，并将得到的乘积输出 至所述积分模块；
[0010] 所述下垂控制器，连接积分模块，用于将直流配电网中DC-DC变换器的输出电流经 LC滤波器滤波后得到的电流值与下垂系数相乘得到电压下垂值，并将所述电压下垂值发送 至积分模块；
[0011] 所述积分模块，连接至所述PI控制器，用于将所述鲁棒直流控制器输出的乘积与 所述下垂控制器输出的电压下垂值作差，将得到的差值进行积分，并将得到的积分输出至 所述PI控制器；
[0012] 所述PI控制器，连接至所述脉宽调制驱动器，用于将所述积分与所述DC-DC变换器 的输出电压作差，对差值进行PI运算，得到第一电流值;并将该第一电流值与所述DC-DC变 换器的输出电流作差，将得到的差值进行PI运算，得到第一电压信号，并将该第一电压信号 输出至所述脉宽调制驱动器；
[0013] 所述脉宽调制驱动器，用于生成银齿波信号，并将该银齿波信号与所述第一电压 信号进行比较运算，得到用于所述DC-DC变换器内开关管开闭的控制信号。
[0014] 可选的，所述脉宽调制驱动器包括银齿波发生器和比较器，其中：
[0015] 所述银齿波发生器用于生成所述银齿波信号；
[0016] 所述比较器用于将所述银齿波信号与所述第一电压信号进行比较运算，得到用于 所述DC-DC变换器内开关管开闭的控制信号。
[0017] 可选的，所述比较器具体用于:将在所述第一电压信号大于或等于所述银齿波信 号幅值的时间段内生成用于所述DC-DC变换器内开关管关断的控制信号，将在所述第一电 压信号小于所述银齿波信号幅值的时间段内生成用于所述DC-DC变换器内开关管闭合的控 制?胃号。
[0018] 可选的，所述ΡΙ控制器包括外环电压环和内环电流环，其中：
[0019] 所述外环电压环，用于将所述积分与所述DC-DC变换器的输出电压作差，对差值进 行ΡΙ运算，得到第一电流值；
[0020] 所述内环电流环，用于将所述第一电流值与所述DC-DC变换器的输出电流作差，将 得到的差值进行ΡΙ运算，得到第一电压信号，并将该第一电压信号输出至所述脉宽调制驱 动器。
[0021 ]可选的，所述鲁棒系数大于所述下垂系数。
[0022] 第二方面，该方法包括：
[0023] 将直流配电网中直流母线侧的负载电压与预设的目标参考电压作差，将得到的差 值与鲁棒系数相乘得到第一乘积；
[0024] 将直流配电网中DC-DC变换器的输出电流经LC滤波器滤波后得到的电流值与下垂 系数相乘得到电压下垂值；
[0025] 将所述第一乘积与所述电压下垂值作差，将得到的差值进行积分；
[0026] 将所述积分与所述DC-DC变换器的输出电压作差，对差值进行ΡΙ运算，得到第一电 流值；
[0027] 将所述第一电流值与所述DC-DC变换器的输出电流作差，将得到的差值进行ΡΙ运 算，得到第一电压信号；
[0028] 生成银齿波信号，并将所述银齿波信号与所述第一电压信号进行比较运算，得到 用于所述DC-DC变换器内开关管开闭的控制信号。
[0029] 可选的，所述将所述银齿波信号与所述第一电压信号进行比较运算，得到用于所 述DC-DC变换器内开关管开闭的控制信号，包括：
[0030] 将在所述第一电压信号大于或等于所述银齿波信号幅值的时间段内生成用于所 述DC-DC变换器内开关管关断的控制信号，将在所述第一电压信号小于所述银齿波信号幅 值的时间段内生成用于所述DC-DC变换器内开关管闭合的控制信号。
[0031] 本发明提供的鲁棒下垂控制装置和方法中，W负载电压为反馈量，从而将DC-DC变 换器与直流母线之间的线路阻抗变换成DC-DC变换器自身的等效输出阻抗，消除了因线路 阻抗的不平衡而导致的DC-DC变换器间电流分配不均及环流问题，提高了电流分配的精度。 同时保持负载电压在期望的运行范围内，提高了直流配电网的稳定性，提升了变换器间电 流分配的精确性。而且，本发明采用鲁棒直流控制器的输出值与传统下垂控制器的输出值 作差，对差值进行积分，将该积分输入到PI控制器中，对直流母线的电压下降率进行抑制， 解决了电压下降幅度过大的问题。可见，本发明实现了在直流配电网中DC-DC变换器并联运 行时的功率均衡控制。
【附图说明】
[0032] 通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征信息和优点，附图是示意性的而不 应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
[0033] 图1示出了根据本发明直流配电网的鲁棒下垂控制装置一实施例的结构框图；
[0034] 图2示出了本发明鲁棒下垂控制装置与直流配电网的连接示意图；
[0035] 图3示出了本发明鲁棒下垂控制装置的信号处理流程图；
[0036] 图4示出了本发明鲁棒下垂控制装置中脉宽调制驱动器的比较器的处理示意图。
【具体实施方式】
[0037] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实 施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施 例及实施例中的特征可W相互组合。
[0038] 在下面的描述中阐述了很多具体细节W便于充分理解本发明，但是，本发明还可 W采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开 的具体实施例的限制。
[0039] 本发明提供一种直流配电网的鲁棒下垂控制装置，如图1、2、3所示，该装置包括： 鲁棒直流控制器、下垂控制器、积分模块、PI控制器及脉宽调制驱动器，其中：
[0040] 所述鲁棒直流控制器，连接所述积分模块，用于将直流配电网中直流母线侧的负 载电压Vi与预设的目标参考电压V*作差，将得到的差值与鲁棒系数Ke相乘，并将得到的乘积 输出至所述积分模块；
[0041 ]所述下垂控制器，连接积分模块，用于将直流配电网中DC-DC变换器的输出电流经 LC滤波器滤波后得到的电流值i〇2与下垂系数山相乘得到电压下垂值，并将所述电压下垂值 发送至积分模块；
[0042] 所述积分模块，连接至所述PI控制器，用于将所述鲁棒直流控制器输出的乘积与 所述下垂控制器输出的电压下垂值作差，将得到的差值进行积分，并将得到的积分输出至 所述PI控制器；
[0043] 所述PI控制器，连接至所述脉宽调制驱动器，用于将所述积分与所述DC-DC变换器 的输出电压V〇2作差，对差值进行PI运算，得到第一电流值;并将该第一电流值与所述DC-DC 变换器的输出电流iL2作差，将得到的差值进行PI运算，得到第一电压信号re时丽，并将该第 一电压信号refpmi输出至所述脉宽调制驱动器；
[0044] 所述脉宽调制驱动器，用于生成银齿波信号，并将该银齿波信号与所述第一电压 信号re时丽进行比较运算，得到用于所述DC-DC变换器内开关管开闭的控制信号。
[0045] 本发明提供的鲁棒下垂控制装置中，W负载电压为反馈量，从而将DC-DC变换器与 直流母线之间的线路阻抗变换成DC-DC变换器自身的等效输出阻抗，消除了因线路阻抗的 不平衡而导致的DC-DC变换器间电流分配不均及环流问题，提高了电流分配的精度。同时保 持负载电压在期望的运行范围内，提高了直流配电网的稳定性。而且，本发明采用鲁棒直流 控制器的输出值与传统下垂控制器的输出值作差，对差值进行积分，将该积分输入到PI控 制器中，对直流母线的电压下降率进行抑制，解决了电压下降幅度过大的问题。可见，本发 明实现了在直流配电网中DC-DC变换器并联运行时的功率均衡控制。
[0046] 如图2