一种直流源协调控制器及其控制直流变换器并联的方法
【专利摘要】本发明公开了一种直流源协调控制器，包括信息采集模块、功率计算模块、控制参数设置模块和协调控制模块；信息采集模块分别与功率计算模块和控制参数设置模块通信连接，功率计算模块和控制参数设置模块均与协调控制模块通信连接，信息采集模块和协调控制模块均外接各直流源；也公开了该直流源协调控制器控制直流变换器并联的方法；本发明的直流源协调控制器通过采集各直流源的容量、保护参数、限制参数、实时输出电流和实时输出电压，获得实时功率，设定边界值，根据实时功率和边界值调整各电流源的功率分配；通过该直流源协调控制器能够控制各直流变换器的下垂控制系数，控制各直流变换器的功率分配。
【专利说明】一种直流源协调控制器及其控制直流变换器并联的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种直流源协调控制器及其控制直流变换器并联的方法，属于直流变换器控制技术。
【背景技术】
[0002]目前，双向直流变换器在分布式微网的储能系统中得到广泛应用。通常分布式微网通常接入分布式光伏、风机等新能源发电设备，要求储能系统具备并、离网双模式运行功會K。
[0003]应用在储能系统的大功率双向直流变换器要求具有较高的动态性能。目前对双向直流变换器的研宄主要集中多对台直流变换器的并联控制技术，主要研宄如何实现功率均分问题上，对于不同分配原则及其实现方法研宄还是较少。
[0004]多个直流变换器的协调控制技术是当前的研宄热点，许多学者提出多种控制方法，多各有优缺点，在工程实践过程均存在一些技术障碍。目前，多个直流变换器并联的电源系统中，实现均流控制常用的技术有:输出阻抗法、主从设置法、平均电流均流法最大电流均流法等。
[0005]直流变换器主要控制方法主要分为电流源控制模式和电压源控制模式；电流电源控制模式的工作条件是直流变换器一端为直流电压源，一端为负荷或者直流电压电源，可以实现为负荷输出恒定电流或者2个电压源之间恒定电流双向流动；电压源控制模式的工作条件是一端为直流电压源，控制另一端直流电压。
[0006]主流的直流变换器并联技术为下垂控制模式，下垂控制主要优点能够实现多直流变换器并联控制以及系统冗余设计，多台直流变换器之间无需通信连接，便于系统拓展，一台直流变换器投入或者切除不影响整个系统稳定性，缺点不能控制多台直流变换器之间合理功率分配。
【发明内容】
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种直流源协调控制器及其控制直流变换器并联的方法，实现了一种协调控制多个直流源的装置，通过该装置解决了下垂控制模式下多台直流变换器之间合理功率分配的问题。
[0008]为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0009]一种直流源协调控制器，包括信息采集模块、功率计算模块、控制参数设置模块和协调控制模块；所述信息采集模块分别与功率计算模块和控制参数设置模块通信连接，所述功率计算模块和控制参数设置模块均与协调控制模块通信连接，所述信息采集模块和协调控制模块均外接各直流源；所述信息采集模块用以采集各直流源的容量、保护参数和限制参数，实时采集各直流源的输出电流和输出电压；所述功率计算模块接收信息采集模块发送的各直流源的容量、实时采集的输出电流和实时采集的输出电压，并对实时采集的输出电流和输出电压进行滤波，计算各直流源的功率；将各直流源的实时功率发送给协调控制模块；所述控制参数设置模块接收信息采集模块发送的各直流源的保护参数和限制参数，并根据保护参数和限制参数设定各直流源功率分配过程的边界值，所述边界值为所有直流源平稳时各直流源的功率值；将边界值发送给协调控制模块；所述协调控制模块根据实时功率和边界值，调整各直流源的功率分配。
[0010]一种直流源协调控制器控制直流变换器并联的方法，包括以下步骤，
[0011]步骤一，将并联的η台直流变换器与直流源协调控制器连接；
[0012]步骤二，直流源协调控制器采集各直流变换器的容量、保护参数和限制参数，实时采集各直流源的输出电流和输出电压；
[0013]步骤三，直流源协调控制器根据各直流变换器的保护参数和限制参数，设定各直流变换器在功率分配过程中的边界值；
[0014]步骤四，直流源协调控制器根据实时输出电流和实时输出电压，计算每台直流变换器的实时功率；
[0015]步骤五，直流源协调控制器通过控制每台直流变换器的下垂控制系数，控制各个直流变换器的功率分配。
[0016]各直流变换器的下垂控制系数kn，
[0017]kn= (U 0-Pn/idcn)/idcn
[0018]其中，kn为第η台直流变换器的下垂控制系数，U。为空载时，直流侧电压指令值，所述U。是并联的直流变换器决定的，是个定值，i dm为第η台直流变换器的输出电流，P ?为第η台直流变换器的实时功率。
[0019]本发明所达到的有益效果:本发明的直流源协调控制器通过采集各直流源的容量、保护参数、限制参数、实时输出电流和实时输出电压，获得实时功率，设定边界值，根据实时功率和边界值调整各电流源的功率分配；通过该直流源协调控制器能够控制各直流变换器的下垂控制系数，控制各直流变换器的功率分配。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为直流源协调控制器结构框图。
[0021]图2多台直变换器并联拓扑结构。
[0022]图3相同下垂特性曲线斜率。
[0023]图4不同下垂特性曲线斜率。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0025]如图1所示，一种直流源协调控制器，包括信息采集模块、功率计算模块、控制参数设置模块和协调控制模块。
[0026]信息采集模块用以采集各直流源的容量、保护参数和限制参数，实时采集各直流源的输出电流和输出电压。
[0027]功率计算模块接收信息采集模块发送的各直流源的容量、实时采集的输出电流和实时采集的输出电压，并对实时采集的输出电流和输出电压进行滤波，计算各直流源的功率；将各直流源的实时功率发送给协调控制模块。
[0028]控制参数设置模块接收信息采集模块发送的各直流源的保护参数和限制参数，并根据保护参数和限制参数设定各直流源功率分配过程的边界值，所述边界值为所有直流源平稳时各直流源的功率值；将边界值发送给协调控制模块。
[0029]协调控制模块根据实时功率和边界值，调整各直流源的功率分配。即实时功率大于边界值，则降低实时功率，小于边界值，则增大实时功率，其实时功率的调整方式由电流源本身决定的，不同的电流源调整方式也不同。
[0030]信息采集模块分别与功率计算模块和控制参数设置模块通信连接，功率计算模块和控制参数设置模块均与协调控制模块通信连接，信息采集模块和协调控制模块均外接各直流源。
[0031]直流源协调控制器通过采集各直流源的容量、保护参数、限制参数、实时输出电流和实时输出电压，获得实时功率，设定边界值，根据实时功率和边界值调整各电流源的功率分配。
[0032]这里设定两台直流变换器并联(DC/DC1和DC/DC2)，当下垂曲线斜率相同时，如图3所示，假设DC/DC1运行在功率点Pl处时DC/DC2投入使用，则DC/DC1回路放电电流降低输出电压减小(外特性轨迹Pl — P2)，DC/DC2放电电流增大输出电压增高(外特性轨迹PO — P2)，当二者运行至P2点时系统保持稳定DC/DC1、DC/DC2输出电压相同，电流相同，功率实现均分。当下垂曲线斜率不同时，SDCl为DC/DC1设置的下垂曲线，SDC2为DC/DC2设置的下垂曲线；如图4所示，假设DC/DC1运行于Pl点时DC/DC2投入运行，DC/DC1沿曲线SDCl由Pl — P2运行电压降低，DC/DC2沿曲线SDC2由PO — P3运行电压增大，当两台直流变换器输出相同后系统稳定，输出电压U23。
[0033]以两类曲线说明，设定相同的下垂曲线可以实现多台直流变换器按照功率均分原则进行运行，设定不同的下垂曲线可以实现多台并联直流变换器按照功率不均分原则运行，因此只要控制各下垂曲线的斜率，即下垂控制系数，即可控制功率的分配。
[0034]根据直流源协调控制器的功能特点，可以通过其控制多台直流变换器并联。具体方法步骤如下:
[0035]步骤一，将并联的η台直流变换器与直流源协调控制器连接。
[0036]步骤二，直流源协调控制器采集各直流变换器的容量、保护参数和限制参数，实时采集各直流源的输出电流和输出电压。
[0037]步骤三，直流源协调控制器根据各直流变换器的保护参数和限制参数，设定各直流变换器在功率分配过程中的边界值。
[0038]步骤四，直流源协调控制器根据实时输出电流和实时输出电压，计算每台直流变换器的实时功率。
[0039]步骤五，直流源协调控制器通过控制每台直流变换器的下垂控制系数，控制各个直流变换器的功率分配。
[0040]计算各直流变换器的下垂控制系数kn，推导如下:
[0041]根据各直流变换器的下垂曲线可得公式1，
[0042]Udref= U 0-knXidcn (I)
[0043]其中，Udref实时输出电压，U。为空载时，直流侧电压指令值，所述U。是并联的直流变换器决定的，是个定值，kn为第η个直流变换器的下垂控制系数，i dm为第η个直流变换器的输出侧电流。
[0044]η台直流变换器并联运行，总输出侧电流id。为，
[0045]idc= i dcl+idc2+idc3....+idcn ⑵
[0046]稳定后总功率P为，
[0047]P = udcX idc= u dc(idcl+idc2+idc3....+idJ
[0048]= Pi+P2***+Pn (3)
[0049]其中，ud。为稳定后的电压；p n为第η个直流变换器的功率。
[0050]在稳定时Utof与u d。相等，由式⑴和⑶可的第η个直流变换器的下垂控制系数
kn0
[0051]kn= (U 0-Pn/idcn)/idcn ⑷
[0052]本发明的直流源协调控制器通过采集各直流源的容量、保护参数、限制参数、实时输出电流和实时输出电压，获得实时功率，设定边界值，根据实时功率和边界值调整各电流源的功率分配；通过该直流源协调控制器能够控制各直流变换器的下垂控制系数，控制各直流变换器的功率分配。
[0053]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种直流源协调控制器，其特征在于:包括信息采集模块、功率计算模块、控制参数设置模块和协调控制模块；所述信息采集模块分别与功率计算模块和控制参数设置模块通信连接，所述功率计算模块和控制参数设置模块均与协调控制模块通信连接，所述信息采集模块和协调控制模块均外接各直流源； 所述信息采集模块用以采集各直流源的容量、保护参数和限制参数，实时采集各直流源的输出电流和输出电压； 所述功率计算模块接收信息采集模块发送的各直流源的容量、实时采集的输出电流和实时采集的输出电压，并对实时采集的输出电流和输出电压进行滤波，计算各直流源的功率；将各直流源的实时功率发送给协调控制模块； 所述控制参数设置模块接收信息采集模块发送的各直流源的保护参数和限制参数，并根据保护参数和限制参数设定各直流源功率分配过程的边界值，所述边界值为所有直流源平稳时各直流源的功率值；将边界值发送给协调控制模块； 所述协调控制模块根据实时功率和边界值，调整各直流源的功率分配。
2.基于权利要求1所述的一种直流源协调控制器控制直流变换器并联的方法，其特征在于:包括以下步骤， 步骤一，将并联的η台直流变换器与直流源协调控制器连接； 步骤二，直流源协调控制器采集各直流变换器的容量、保护参数和限制参数，实时采集各直流源的输出电流和输出电压； 步骤三，直流源协调控制器根据各直流变换器的保护参数和限制参数，设定各直流变换器在功率分配过程中的边界值； 步骤四，直流源协调控制器根据实时输出电流和实时输出电压，计算每台直流变换器的实时功率； 步骤五，直流源协调控制器通过控制每台直流变换器的下垂控制系数，控制各个直流变换器的功率分配。
3.根据权利要求2所述的一种直流源协调控制器控制直流变换器并联的方法，其特征在于:各直流变换器的下垂控制系数kn，
kn= (U O-Pn/ idcn) / idcn 其中，kn为第η台直流变换器的下垂控制系数，U。为空载时，直流侧电压指令值，所述U。是并联的直流变换器决定的，是个定值，idm为第η台直流变换器的输出电流，Ρη为第η台直流变换器的实时功率。
【文档编号】H02J1/10GK104518509SQ201410697482
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】李强, 袁晓冬, 李官军, 吕振华, 柳丹, 蔡冬阳, 陶以彬, 胡金杭, 周晨, 余豪杰, 冯鑫振, 曹远志, 刘欢, 杨波, 赫卫国, 鄢盛驰 申请人:国家电网公司, 江苏省电力公司, 江苏省电力公司电力科学研究院, 中国电力科学研究院