技术领域本发明涉及包含多类分布式能源的电网系统，具体地说，是涉及一种直流微电网控制策略研发平台及其工作方法。
背景技术：
随着全球经济和科技的发展水平不断提高，人类对能源的需求也急剧增长。与此同时，传统能源的过度开采，环境污染以及温室效应等问题也引起对社会对可再生能源开发利用的关注。近年来，以风能、太阳能等清洁能源作为主要能量供给的分布式发电技术的推广也已成为电力工业的发展趋势。但大部分可再生能源，受自然环境的影响较大，直接与大电网连接会对电压调峰和系统安全造成影响。为了减少由于分布式电源引起的消极影响，同时又能保留其原有的优势，因此微网的概念被提出。微网有直流、交流，交直流混合三种供电形式，其中直流微网具有：控制简单，有利于微网中各新能源电源的整合，减小对主网影响；可有效减少电力电子变流器的数量和容量，降低成本并减少损耗；直流微网不存在频率和功率稳定性、无功环流等问题等优势。现已建成的实验室及示范项目，对于电能质量问题和微网的能量管理以及运行管理等方面提供了大量实验数据。但是现已投入运行的示范工程，所采用的控制器都已经固定成熟，而且分布复杂，比较先进的控制算法及策略很难在这些系统中实现，大大限制了实验设备的灵活性，缩减了带有新算法控制系统的应用范围，所以这一问题亟需解决。针对直流微网系统中小范围的分布式电源，建立虚拟控制器实验平台，在局部范围内进行实验，实验平台要求：1可以灵活的应用于微网的各个分布式电源并网控制器，其中包括最大功率跟踪控制器、DC/DC稳压控制器等；2在加入虚拟控制器过程中，不能损坏现已运行微网的结构和器件。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述传统技术的不足之处，提供一种直流微电网控制策略研发平台及其工作方法，其目的是将正在研究的控制算法植入到虚拟控制器，通过直流微电网的开放式接口并入到直流微电网中，以验证该算法的可行性。本发明的技术方案是：直流微电网控制策略研发平台，其特征在于：包括直流微网母线；能源系统，与直流微网母线连接，包括光伏发电系统和/或风力发电系统和/或蓄电池系统；虚拟控制器系统，与能源系统连接并可对其进行控制。一种具体优化方案，虚拟控制器系统包括宿主机、目标机、仿真器、数据采集卡和硬件控制器，宿主机与目标机连接，目标机与数据采集卡连接，数据采集卡与硬件控制器连接，硬件控制器通过仿真器与宿主机连接。虚拟控制器系统，基于xPCTarget平台，构建虚拟控制硬件在环仿真系统，通过虚拟控制器对系统进行控制，实现对算法可行性的研究；虚拟控制器由宿主机和目标机构成，宿主机搭载所设计Matlab/Simulink算法模型，宿主机通过TCP/IP协议将C代码化的模型下载至目标机中，目标机搭载高速数据采集卡，与实物被控系统进行实时数据交换。一种具体优化方案，还包括电平转换电路，电平转换电路分别与硬件控制器和数据采集卡连接。电平转换电路作为接口电路其作用为电平转换。一种具体优化方案，能源系统包括控制器和虚拟控制器接口，控制器与虚拟控制器接口连接，虚拟控制器接口与虚拟控制器系统连接。一种具体优化方案，控制器包括最大功率跟踪控制器和/或稳压控制器。一种具体优化方案，还包括功能选择电路，功能选择电路与控制器连接。通过功能选择电路来确定生成改变变换器开关的PWM占空比的方法。一种具体优化方案，光伏发电系统包括MPPT控制器和/或斩波稳压DC/DC控制器。由于所设计的直流微网的电压等级为400V，如果不对光伏阵列的输出电压进行控制而直接并网，会造成直流微网电压无法维持所规定的电压值。为了能够使光伏阵列的输出电压稳定在400V，光伏阵列与直流微网之间的接口电路采用两级的DC/DC电路并联的结构。其中第一级DC/DC电路的作用是通过控制其占空比实现负载与光伏阵列内阻的匹配，从而实现最大功率跟踪；第二级DC/DC电路的作用则是将第一级DC/DC电路的输出电压进行升压，使其达到400V，实现光伏阵列与直流微网的并网；MPPT主电路是DC/DC电路，它的功能是实现光伏电池的最大功率跟踪，因为光伏电池的功率输出受日照强度、温度、负载的影响，为了在限定的条件下有效的利用光伏电池，就要进行最大功率跟踪MPPT－Maxi-mumPowerPointTracking。太阳能光伏电池的I-V特性具有非线性，并且我们无法改变外界环境温度、日照强度，只能通过改变占空比从而调节外界负载实现最大功率跟踪。一种具体优化方案，风力发电系统包括AC/DC控制器和/或斩波稳压DC/DC控制器。由于所设计的直流微网的电压等级为400V，如果不对风力发电机的输出电压进行控制而直接并网，会造成直流微网电压无法维持所规定的电压值。为了能够使风力发电机输出最大功率且输出电压稳定在400V，风力发电机与直流微网之间的接口电路采用两级。。其中第一级AC/DC电路的作用是将风力发电机输出的交流电转化为直流电，并通过控制占空比实现最大功率跟踪；第二级DC/DC电路的作用则是将第一级AC/DC电路的输出电压进行升压，使其达到400V，实现风力发电机与直流微网的并网。AC/DC主电路的功能是实现风力发电机的最大功率跟踪，因为风力发电机的输出功率与风速，桨距角，风轮转速都有关。为了在限定的条件下有效的利用风力发电机，就要进行最大功率跟踪，根据风轮速度和输出功率的变化情况；通过改变AC/DC主电路的占空比，改变等效输出电阻，进而改变发电机的输出电流，使发电机的电磁转矩相应变化，从而改变风轮速度，实现最大功率跟踪。一种具体优化方案，蓄电池系统包括双向DC/DC控制器。由于储能模块对微电网的运行起到削峰填谷的作用，根据微网运行的不同状态，及时地进行消耗和补充，因此储能模块的功率流动是双向的；并且储能模块输出电能为直流形式，因此采用双向DC/DC主电路。当母线电压过低时，铅酸电池需要放电，补充系统功率的缺失。由于蓄电池端电压等级远远低于母线电压，双向DC/DC主电路需工作在Boost模式；反之若母线电压过高，系统多余的功率要为蓄电池充电，双向DC/DC主电路需工作在Buck模式。直流微电网控制策略研发平台的工作方法，其特征在于，由功能选择电路选择以下两种方式：方式一、选择控制器中内置的成熟算法控制虚拟控制器系统运行；方式二、选择控制器接收虚拟控制器系统的指令，由虚拟控制器系统中运行的算法控制虚拟控制器系统运行。本发明巧妙地保留微网原有的保护系统，节约成本；在虚拟控制器接入到系统后，不影响现已运行微网的结构，而且可以保证安全运行；通过各个虚拟控制器接口，虚拟控制器可以与各个分布式电源方便连接，增加虚拟控制器的灵活性；利用功能选择电路使得分布式电源有多种运行控制方法，给直流微网的研究提供了很好的平台；可以将很多新的控制算法和策略通过虚拟控制器有效及时的加入微网系统中，在局部进行实验，不影响微网现已运行的状态，减小投入成本。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。附图说明图1是本发明直流微电网控制策略研发平台的结构示意图；图2是光伏发电系统的结构示意图；图3是风力发电系统的结构示意图；图4是蓄电池系统的结构示意图；图5是虚拟控制器系统的结构示意图；图6是通讯的总体结构；图7是电平转换电路图。具体实施方式实施例：如图1至图7所示，直流微电网控制策略研发平台，包括直流微网母线；多类分布式能源系统，包括光伏发电系统1、风力发电系统2和蓄电池系统3，光伏发电系统1、风力发电系统2和蓄电池系统3，且分别与直流微网母线连接；虚拟控制器系统4，分别与光伏发电系统1、风力发电系统2和蓄电池系统3中的控制部分连接。如图5和图6所示，虚拟控制器系统4包括虚拟控制器13和接口电路14。具体的，包括宿主机401、目标机404、仿真器402、数据采集卡405、硬件控制器403以及通讯部分，宿主机401与目标机404连接，目标机404与数据采集卡405连接，数据采集卡405与硬件控制器403连接，硬件控制器403通过仿真器402与宿主机401连接。宿主机401采用普通PC机，操作系统采用windows操作系统，宿主机401中建立基于Matlab/Simulink的虚拟控制算法模型；目标机404采用高速工控机，使用U盘并且通过DOS方式启动，载入xPC实时内核，运行C语言程序；硬件控制器403采用DSP2812硬件控制器；数据采集卡405选用NI公司生产的PCI-6503高速数据采集卡。平台以xPCTarget为核心，实现双机通讯，编译器使用VisualC++6.0，Matlab/Simulink中RTW模块将建立的模型C代码化，并加载到目标机404中，两机之间通讯部分使用TCP/IP协议，宿主机401通过TCP/IP协议将C代码化的模型下载至目标机404中，安装在目标机404上的xPC专用数据采集卡利用电阻分压的方式与DSP硬件控制器403相连接。实验环境下采用的双机通讯协议为TCP/IP通讯协议。将宿主机401和目标机404的网卡连接到同一台路由器上即可实现两者物理上的连通。本实施例中验证DSP2812硬件控制器403作为DC/DC模块的实际控制器。宿主机401把matlab仿真平台下验证可行的DC/DC控制策略程序转换成C代码下载到虚拟控制器中，利用到数据采集及电平转换电路将DC/DC电路的电流、电压反馈到虚拟控制器，虚拟控制器计算出DC/DC控制器的输出，再经数据采集及电平转换电路送回实际控制器，由DC/DC控制器实现对DC/DC模块的控制。DSP2812硬件控制器403能承受的电压是+3.3V，数据采集卡输出的电压为+5V，需采用电平转换电路。如图7所示，还包括电平转换电路，电平转换电路分别与硬件控制器403和数据采集卡405连接。电平转换电路实现+3.3V到+5V之间的转换。如图2所示，光伏发电系统1包括光伏电池阵列组5、最大功率跟踪控制系统6和稳压控制系统7。光伏电池阵列组5包括光伏电池15；最大功率跟踪控制系统6包括MPPT主电路16、MPPT控制器19、驱动电路20、虚拟控制器接口18、功能选择电路17；稳压控制系统7包括斩波稳压DC/DC主电路21、斩波稳压DC/DC控制器24、驱动电路25、虚拟控制器接口23、功能选择电路22；光伏电池15、MPPT主电路16、斩波稳压DC/DC主电路21与直流微网母线连接，MPPT控制器19、驱动电路20分别与MPPT主电路16连接，MPPT控制器19和驱动电路20连接，斩波稳压DC/DC控制器24和驱动电路25分别与斩波稳压DC/DC主电路21连接，斩波稳压DC/DC控制器24和驱动电路25连接，虚拟控制器接口18、功能选择电路17分别与MPPT控制器19连接；虚拟控制器接口23和功能选择电路22分别与斩波稳压DC/DC控制器24连接。直流微电网控制策略研发平台的工作方法，由功能选择电路选择以下方式：其中：通过功能选择电路17来确定生成改变变换器开关的PWM占空比的方法：方式一：采用MPPT控制器19内置的成熟控制算法；方式二：通过开放式接口接收虚拟控制器的指令，由虚拟控制器中运行的控制算法来实现控制，以验证虚拟控制器内正在研究算法的可行性。方式二具体实施方法如下：MPPT主电路16将电压、电流信号经过MPPT控制器19、虚拟控制器接口18、接口电路14传递给虚拟控制器13。虚拟控制器13经过宿主机Matlab/Simulink算法模型产生的PWM信号经过接口电路14、虚拟控制器接口18、MPPT控制器19传递给驱动电路20。驱动电路20对信号进行放大后，将信号传递给MPPT主电路16，实现对其占空比的控制，达到最大功率跟踪的目的，以验证虚拟控制器13内部研究算法的可行性。斩波稳压主电路21是第二级DC/DC电路，第二级DC/DC变换器将不可控的直流输出变为可控的直流输出，通过控制开关器件的开通或关断稳定光伏阵列的输出电压。通过功能选择电路22来确定生成改变变换器开关的PWM占空比的方法：方式一：采用斩波稳压DC/DC控制器24内置的成熟控制算法；方式二：通过开放式接口接收虚拟控制器的指令，由虚拟控制器中运行的控制算法来实现控制，以验证虚拟控制器内正在研究算法的可行性。方式二具体实施方法如下：斩波稳压主电路21将电压、电流信号经过斩波稳压DC/DC控制器24、虚拟控制器接口23、接口电路14传递给虚拟控制器13。虚拟控制器13经过宿主机Matlab/Simulink算法模型产生的PWM信号经过接口电路14、虚拟控制器接口23、斩波稳压DC/DC控制器24传递给驱动电路25。驱动电路25对信号进行放大后，将信号传递给斩波稳压主电路21，实现对其占空比的控制，达到稳压并网目的，以验证虚拟控制器13内部研究算法的可行性。如图3所示，风力发电系统2包括风力发电机组8、最大功率跟踪控制系统9和稳压控制系统10；风力发电机组8包括风力发电机26；最大功率跟踪控制系统9包括AC/DC主电路27、AC/DC控制器30、驱动电路31、虚拟控制器接口29、功能选择电路28；稳压控制系统10包括斩波稳压DC/DC主电路32、斩波稳压DC/DC控制/35、驱动电路36、虚拟控制器接口34、功能选择电路33；风力发电机26、AC/DC主电路27和斩波稳压DC/DC主电路32分别与直流微网母线连接，AC/DC控制器30、驱动电路31分别与AC/DC主电路27连接，AC/DC控制器30和驱动电路31连接，斩波稳压DC/DC控制/35和驱动电路36分别与斩波稳压DC/DC主电路32连接，斩波稳压DC/DC控制/35和驱动电路36连接，虚拟控制器接口29和功能选择电路28分别与AC/DC控制器30连接，虚拟控制器接口34和功能选择电路33分别与斩波稳压DC/DC控制/35连接。直流微电网控制策略研发平台的工作方法，由功能选择电路选择以下方式：其中：通过功能选择电路28来确定生成改变变换器开关的PWM占空比的方法：方式一：采用AC/DC控制器30内置的成熟控制算法；方式二：通过开放式接口接收虚拟控制器的指令，由虚拟控制器中运行的控制算法来实现控制，以验证虚拟控制器内正在研究算法的可行性。方式二具体实施方法如下：AC/DC主电路30将电压、电流信号经过AC/DC控制器30、虚拟控制器接口29、接口电路14传递给虚拟控制器13。虚拟控制器13经过宿主机Matlab/Simulink算法模型产生的PWM信号经过接口电路14、虚拟控制器接口29、AC/DC控制器30传递给驱动电路31。驱动电路31对信号进行放大后，将信号传递给AC/DC主电路27，实现对其占空比的控制，达到最大功率跟踪的目的，以验证虚拟控制器13内部研究算法的可行性。斩波稳压主电路32是第二级DC/DC电路，第二级DC/DC变换器将不可控的直流输出变为可控的直流输出，通过控制开关器件的开通或关断稳定风力发电机的输出电压。通过功能选择电路33来确定生成改变变换器开关的PWM占空比的方法：方式一：采用斩波稳压DC/DC控制器35内置的成熟控制算法；方式二：通过开放式接口接收虚拟控制器的指令，由虚拟控制器中运行的控制算法来实现控制，以验证虚拟控制器内正在研究算法的可行性。方式二具体实施方法如下：斩波稳压主电路32将电压、电流信号经过斩波稳压DC/DC控制器35、虚拟控制器接口34、接口电路14传递给虚拟控制器13。虚拟控制器13经过宿主机Matlab/Simulink算法模型产生的PWM信号经过接口电路14、虚拟控制器接口34、斩波稳压DC/DC控制器35传递给驱动电路36。驱动电路36对信号进行放大后，将信号传递给斩波稳压主电路32，实现对其占空比的控制，达到稳压并网目的，以验证虚拟控制器13内部研究算法的可行性。如图4所示，蓄电池系统3包括充放电稳压控制系统12和蓄电池组11；蓄电池组11包括蓄电池37；充放电稳压控制系统12包括双向DC/DC电路38、双向DC/DC控制器41、驱动电路42、功能选择电路39、虚拟控制器接口40；蓄电池37和双向DC/DC电路38分别与直流微网母线连接，双向DC/DC控制器41和驱动电路42分别与双向DC/DC电路38连接，双向DC/DC控制器41和驱动电路42连接，功能选择电路39和虚拟控制器接口40分别与双向DC/DC控制器41连接。直流微电网控制策略研发平台的工作方法，由功能选择电路选择以下方式：其中：通过功能选择电路39来确定生成改变变换器开关的PWM占空比的方法：方式一：采用双向DC/DC控制器41内置的成熟控制算法；方式二：通过开放式接口接收虚拟控制器的指令，由虚拟控制器中运行的控制算法来实现控制，以验证虚拟控制器内正在研究算法的可行性。方式二具体实施方法如下：双向DC/DC主电路38将电压、电流信号经过双向DC/DC控制器41、虚拟控制器接口40、接口电路14传递给虚拟控制器13。虚拟控制器13经过宿主机Matlab/Simulink算法模型产生的PWM信号经过接口电路14、虚拟控制器接口40、双向DC/DC控制器41传递给驱动电路42。驱动电路42对信号进行放大后，将信号传递给双向DC/DC主电路38，实现对其占空比的控制，达到稳压并网目的，以验证虚拟控制器13内部研究算法的可行性。