一种具备直流电压恢复特性的交直流微电网分层控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种具备直流电压恢复特性的交直流微电网分层控制方法，该方法内包括两层控制，分别为：第一层控制采用直流电压-有功功率的下垂控制方法，实现了负荷均匀分配；第二层控制针对下垂控制所导致的直流母线电压跌落，采用补偿直流母线电压参考值的方法，实现母线电压的恢复，保证了直流母线电压的质量。本发明在保证直流母线电压质量的同时，实现本地电源在负荷变动时的功率均匀分配。
【专利说明】-种具备直流电压恢复特性的交直流微电网分层控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种微电网中的控制方法，具体讲涉及一种具备直流电压恢复特性的 交直流微电网分层控制方法。
【背景技术】
[0002] 微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组 成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。采用交直流混合 微电网的形式，省略了许多变换环节和变换装置，使微网结构简单，控制更加灵活，损耗降 低，提高了整个系统的经济性和可靠性。为了实现电源和负荷之间的连接，一般采用集中控 制、主从控制、电流链控制和平均电流控制等多种方法，通过控制电力电子设备，实现负荷 功率在各并联变换器之间的均匀分配。但是这些控制方法仅仅针对纯交流微电网和直流微 电网，大多需要依赖高频通信线实现电流指令信号的传输。高频通信线会降低系统的可靠 性，提升系统维护成本。另外采用下垂控制手段，还会会造成电压跌落，降低电压的稳定性。 因此提供一种控制方法，以在实现直流负荷的均匀分配的同时，能改进电压质量。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具备直流电压恢复特性的交直流 微电网分层控制方法，该方法满足微电网中分布式结构要求，设计了控制策略，在保证直流 母线电压质量的同时，实现本地电源在负荷变动时的功率均匀分配。
[0004] 本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
[0005] 本发明提供一种具备直流电压恢复特性的交直流微电网分层控制方法，所述方法 适用于交直流母线间存在两个以上交流变换器连接情况，所述交直流微电网包括通过AC/ DC变流器连接的交流微电网系统和直流微电网系统；所述交流微电网系统的交流接口连 接在微电网交流母线上；所述直流微电网系统的直流接口连接在微电网直流母线上；
[0006] 其改进之处在于，所述方法通过功率-直流电压下垂控制的第一层控制和公共电 压恢复控制的第二层控制实现。
[0007] 进一步地，所述第一层控制中的功率-直流电压下垂控制包括对交流变换器（交 '流变换器指的是直流母线与交流母线间的DC-AC双向变流器）的输出功率和输出的直流电 压进行控制；计算输入功率误差ΔΡ，根据P-V下垂关系得到直流电压参考值11 (1_/，经过 电压电流双环产生交流变换器的电压调制信号Pm ;第一层控制采用的控制器包括：电流内 环控制器和直流电压环控制器。
[000S] 进一步地，所述电流内环控制器用于提高交流变换器输出的电能质量，动态响应 快；
[0009] 所述电流内环控制器采用基于帕克变换思想的dqo旋转坐标系，将三相瞬时值信 号变换到dqO旋转坐标系下，将三相控制转化为两相控制；三相瞬时值电流iab。经过帕克变 换变为dq轴分量 idq，与直流电压环控制器输出的参考信号、#进行比较，并对误差进行 PI控制输出电压控制信号Ρπ;
[0010] 电流内环控制器采用无补偿环节的解耦内环控制器，包括：交流电流比例积分控 制器GPI，交流变换器传递函数G PW，交流变换器的惯性环节GDelay，电感滤波器和线路的传递 函数GF ;表达式分别如下式1)?4)所示：
【权利要求】
1. 一种具备直流电压恢复特性的交直流微电网分层控制方法，所述方法用于其间存在 多个交流变电站的交直流母线，所述交直流微电网包括用变流器连接的交流和直流微电网 系统；所述交流微电网系统的交流接口连接在微电网交流母线上；所述直流微电网系统的 直流接口连接在微电网直流母线上； 其特征在于，所述方法采用功率-直流电压下垂控制的第一层控制和公共电压恢复控 制的第二层控制。
2. 如权利要求1所述的交直流微电网分层控制方法，其特征在于，所述第一层控制中 的功率-直流电压下垂控制包括对交流变换器的输出功率和输出的直流电压进行控制；计 算输入功率误差ΛΡ，根据P-V下垂关系得到直流电压参考值U drarf'，经过电压电流双环产 生交流变换器的电压调制信号Pm ;第一层控制用的控制器包括：电流内环控制器和直流电 压环控制器。
3. 如权利要求2所述的交直流微电网分层控制方法，其特征在于，所述电流内环控制 器用于提高交流变换器输出的电能质量，动态响应快； 所述电流内环控制器采用基于帕克变换思想的dqO旋转坐标系，将三相瞬时值信号变 换到dqO旋转坐标系下，将三相控制转化为两相控制；将三相瞬时值电流iab。经过帕克变换 变为dq轴分量i dq，与直流电压环控制器输出的参考信号id_f比较，并对误差进行PI控制 以输出电压控制信号P m; 电流内环控制器为无补偿环节的解耦内环控制器，包括：交流电流比例积分控制器 GPI，交流变换器传递函数GPWM，交流变换器的惯性环节GMay，电感滤波器和线路的传递函数 G F ;表达式分别如下式1)?4)所示：
1); 式中，ki和?\分别为电流内环控制器的比例系数和积分时间常数； GpiM - KPWM 2); 式中，KPWM为逆变器的增益；
3); 式中，TD为时间常数；
4); 式中，L和R分别为滤波器与线路的等效电感和电阻。 电流环闭环传递函数如下式5)所示：
5)〇
4. 如权利要求2所述的交直流微电网分层控制方法，其特征在于，所述直流电压环控 制器用于对直流电压和无功功率的控制，同时产生电流内环控制器的参考信号I Mf，动态响 应慢； 所述直流电压环控制器用比例-积分控制器，将用其测量的直流电压与参考电压比 较，经过PI控制得到内环电流id的参考信号，变流器交流侧电流q轴分量i,;参考值设定 为〇 ;直流电压环控制器包括：直流电压PI控制器GPI，电流环传递函数Gcumnt，用于连接交 流变换器交流电流和直流电压的传递函数，其表达式通过功率守恒得出； 在不涉及交流变换器损耗的情况下，交流变换器交直流两侧满足功率守恒关系，如下 式6)所示： edid+eqiq = iLUdc 6); 式中，ed和e,分别为交流侧电压的d、q轴分量；ud。为直流母线电压；k为交流变换器 直流侧流向直流微电网系统方向的电流； 将式6)进行小信号分析，并将结果转换到s域，得： edΔ id+idΔ ed+eq Δ iq+iq Δ eq = iL Δ udc+udc Δ iL 7); 若交流侧电压三相对称，且满足单位功率因数，在只涉及d轴电流干扰的情况下，解 得：
8); 变换到s域，SP
9); 直流电压环闭环传递函数如下式10):
10)。
5. 如权利要求1所述的交直流微电网分层控制方法，其特征在于，所述第二层控制中 的公共电压恢复控制用于补偿下垂控制造成的电压跌落，提高直流母线的电压质量；第二 层控制采用的控制器包括下垂控制器和二次控制器。
6. 如权利要求5所述的交直流微电网分层控制方法，其特征在于，所述下垂控制工作 原理为：交流变换器的初始运行点为A，输出的额定功率P。，直流侧母线额定电压为％ ;当直 流微电网系统内负荷突然增大或分布式电源输出功率减少时，交流变换器输出功率增大， 导致电压下降，系统运行点变为B ; 有功功率P和直流电压U的关系为： U = U〇+(P〇-P)K 11)； 式中，K为下垂系数； 下垂控制器采用比例控制器，测量得到的有功功率与P-V下垂控制的参考有功功率比 较，经过下垂控制得到电压参考值的补偿量；下垂控制器包括：电压环传递函数GV()ltage，用 于连接变换器有功功率和直流电压的传递函数G udc;_P ; 变流器输出有功功率和电压的关系如下式12)所示，进行小信号分析，并将结果转换 到s域，得到如下式13):
12)；
13)； Λ p 式中，&为负荷电阻；为以υ为自变量对Ρ求微分，ΛΡ表示有功功率增量，Λυ表 示电压增量。
7.如权利要求5所述的交直流微电网分层控制方法，其特征在于，所述二次控制器 用于对直流侧母线电压的恢复控制，所述二次控制器采用比例-积分控制器，测量的直流 电压与参考电压比较，经过ΡΙ控制得到电压参考值的补偿量；G PI为二次控制ΡΙ控制器， GV()ltage为直流电压环传递函数。
【文档编号】H02J1/14GK104300589SQ201410597057
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】季宇, 高泽, 刘海涛, 苏剑, 吴鸣, 李洋, 于辉 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 国网江西省电力科学研究院