一种协调多分布式电源直流并网控制方法和系统与流程

本发明属于电网控制技术领域，具体涉及一种协调多分布式电源直流并网控制方法和系统。

背景技术：

由多个分布式电源组成的直流电网将在未来的电网中占到越来越大的作用，直流电网和交流电网的区别在于直流电网的稳定主要取决于直流母线电压是否合格和稳定，不用再考虑电压的频率和相位。目前直流电网往往采用分层次控制：设备层控制、直流母线层控制和系统层控制。系统层的控制往往通过通信线路发送调度或控制信号来对直流母线层或者设备层进行控制。直流电网在大多数情况下，通过设备层和直流母线控制层就能稳定运行。对于直流并网的控制主要是由直流母线控制层进行控制。直流母线控制层采用的协调控制策略是分段阈值进行不同控制模式的切换，这种控制策略要求阈值选择非常合理才能达到理想的效果，如果阈值选择太小，测量误差会影响控制模式间的切换；如果阈值选择太大，控制过程中母线的变化太大导致保护动作，影响直流电网的正常运行。

技术实现要素：

为克服上述现有技术需要非常合理选择阈值的不足，本发明提出一种协调多分布式电源直流并网控制方法和系统。该方法和系统提出一种控制优先级分段延时的控制策略，在选择正常工作波动范围阈值的基础上添加周期延时，共同作为分布式电源控制模式切换的条件，这样就可以避免因阈值选择不合理导致控制直流电网的不稳定运行。本发明专利通过协调多种分布式电源的控制模式，提升多分布式电源直流并网时直流电网的稳定性。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种协调多分布式电源直流并网控制方法，其改进之处在于，包括：

基于预先制定的分布式电源控制器优先级序列，多个分布式电源控制器分别根据对应的直流母线电压和优先级确定控制模式信号，并将所述模式信号向控制系统发送；

控制系统根据所述控制模式信号控制各分布式电源控制器对直流电源进行控制，调节直流母线电压。

本发明提供的第一优选技术方案，其改进之处在于，所述分布式电源控制器优先级序列的制定包括：

基于各分布式电源的容量、分布式电源的特性和所述分布式电源控制器的响应能力，确定所述分布式电源控制器的优先级；

基于优先级确定所述分布式电源控制器的电压波动范围和延时；

按照优先级顺序制定分布式电源控制器优先级序列。

本发明提供的第二优选技术方案，其改进之处在于，所述基于优先级确定所述分布式电源控制器的电压波动范围和延时包括：

按照优先级由高到低的顺序：

设定所述优先级分布式电源控制器对应的延时依次增加；

设定所述优先级分布式电源控制器对应的电压波动范围依次扩大。

本发明提供的第三优选技术方案，其改进之处在于，所述按照优先级由高到低的顺序：设定所述优先级分布式电源控制器对应的延时依次增加，包括：

设定最高优先级分布式电源控制器对应的延时为0；

其余优先级分布式电源控制器对应的延时以上一优先级分布式电源控制器对应的延时为基础，增加指定时长。

本发明提供的第四优选技术方案，其改进之处在于，所述按照优先级由高到低的顺序：设定所述优先级分布式电源控制器对应的电压波动范围依次扩大，包括：

根据直流母线电压等级和最高优先级分布式电源控制器响应能力，设定最高优先级分布式电源控制器对应的电压波动范围；

其余优先级分布式电源控制器对应的电压波动范围以上一优先级分布式电源控制器对应的电压波动范围为基础，根据当前优先级分布式电源控制器的响应能力，依次扩大电压波动范围。

本发明提供的第五优选技术方案，其改进之处在于，所述基于预先制定的分布式电源控制器优先级序列，多个分布式电源控制器分别根据对应的直流母线电压和优先级确定控制模式信号，包括：

对于最高优先级分布式电源控制器，判断对应的直流母线电压是否在所述分布式电源控制器对应的电压波动范围内：

若是，发送最高优先级分布式电源控制器的第一控制模式信号至控制系统，否则发送最高优先级分布式电源控制器的第二控制模式信号至控制系统；

其中，所述控制模式信号包括每个分布式电源控制器的第一控制模式信号和第二控制模式信号。

本发明提供的第六优选技术方案，其改进之处在于，所述基于预先制定的分布式电源控制器优先级序列，多个分布式电源控制器分别根据对应的直流母线电压和优先级确定控制模式信号，还包括：

对除最高优先级以外的每个分布式电源控制器：

判断所述分布式电源控制器对应的直流母线电压是否在所述分布式电源控制器对应的电压波动范围内：

若是，发送所述分布式电源控制器的第一控制模式信号至控制系统；

否则：经过所述分布式电源控制器对应的延时，检测直流母线电压，判断所述直流母线电压是否在电压波动范围内：若是，发送所述分布式电源控制器的第一控制模式信号至控制系统，否则发送所述分布式电源控制器的第二控制模式信号至控制系统。

一种协调多分布式电源直流并网控制系统，其改进之处在于，包括：信号确定模块和控制系统；

所述信号确定模块，用于基于预先制定的分布式电源控制器优先级序列，控制多个分布式电源控制器分别根据对应的直流母线电压和优先级确定控制模式信号，并将所述模式信号向控制系统发送；

所述控制系统，用于根据所述控制模式信号控制各分布式电源控制器对直流电源进行控制，调节直流母线电压。

本发明提供的第七优选技术方案，其改进之处在于，还包括用于制定分布式电源控制器优先级序列的序列制定模块，所述序列制定模块包括：优先级单元、电压波动范围单元、延时单元和序列单元；

所述优先级单元，用于基于各分布式电源的容量、分布式电源的特性和所述分布式电源控制器的响应能力，确定所述分布式电源控制器的优先级；

所述电压波动范围单元，用于基于优先级确定所述分布式电源控制器的电压波动范围；

所述延时单元，用于基于优先级确定所述分布式电源控制器的延时；

所述序列单元，用于按照优先级顺序制定分布式电源控制器优先级序列。

本发明提供的第八优选技术方案，其改进之处在于，所述信号确定模块包括：最高优先级判断单元和最高优先级信号单元；

所述最高优先级判断单元，用于对于最高优先级分布式电源控制器，判断对应的直流母线电压是否在所述分布式电源控制器对应的电压波动范围内；

所述最高优先级信号单元，用于当判断结果为是时，发送最高优先级分布式电源控制器的第一控制模式信号至控制系统，否则发送最高优先级分布式电源控制器的第二控制模式信号至控制系统；

其中，所述控制模式信号包括每个分布式电源控制器的第一控制模式信号和第二控制模式信号。

本发明提供的第九优选技术方案，其改进之处在于，所述信号确定模块还包括：首次判断单元、二次判断单元和其它优先级信号单元；

所述首次判断单元，用于对除最高优先级以外的每个分布式电源控制器，判断所述分布式电源控制器对应的直流母线电压是否在所述分布式电源控制器对应的电压波动范围内；

所述二次判断单元，用于当首次判断单元判断结果为否时，检测直流母线电压，判断所述直流母线电压是否在电压波动范围内；

所述其它优先级信号单元，用于当所述首次判断单元或二次判断单元判断结果为是时，发送所述分布式电源控制器的第一控制模式信号至控制系统，以及用于当所述二次判断单元判断结果为否时，发送所述分布式电源控制器的第二控制模式信号至控制系统。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

本发明基于预先制定的分布式电源控制器优先级序列，多个分布式电源控制器分别根据对应的直流母线电压和优先级确定控制模式信号，由控制系统根据控制模式信号控制各分布式电源控制器对直流电源进行控制，调节直流母线电压，可以避免阈值选择不合理对直流电网造成的影响，提高直流电网的稳定性。

本发明的直流电网中的各个分布式电源控制器通过添加阈值和延时来进行模式切换，通过控制优先级分段延时的协调控制策略，可以减小直流母线电压在暂态控制过程中的变化量，缩短暂态控制过程的时间。

附图说明

图1为本发明提供的一种协调多分布式电源直流并网控制方法流程示意图；

图2为本发明涉及的包括三个分布式电源的协调多分布式电源直流并网控制方法的逻辑控制过程；

图3为本发明涉及的江苏同里示范项目简化拓扑图；

图4为一个控制器阈值选择太大时直流母线电压波形；

图5为控制器阈值选择太小时直流母线电压波形；

图6为控制器添加阈值和延时后直流母线电压的波形图；

图7为本发明提供的一种协调多分布式电源直流并网控制系统基本结构示意图；

图8为本发明提供的一种协调多分布式电源直流并网控制系统详细结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

实施例1：

本发明提供的一种协调多分布式电源直流并网控制方法流程示意图如图1所示，包括：

步骤1：基于预先制定的分布式电源控制器优先级序列，多个分布式电源控制器分别根据对应的直流母线电压和优先级确定控制模式信号，并将模式信号向控制系统发送；

步骤2：控制系统根据控制模式信号控制各分布式电源控制器对直流电源进行控制，调节直流母线电压。

具体的，协调多分布式电源直流并网控制方法的逻辑控制过程包括：

步骤101：确定多个分布式电源控制器的优先级ω1，ω2，ω3…，其中，各分布式电源控制器的优先级根据对应分布式电源的容量、分布式电源的特性和分布式电源控制器的响应能力来确定；

步骤102：对于最高优先级的分布式电源控制器ω1，通过采样系统对直流母线电压进行采样检测，并将得到的直流母线电压的数值传输给控制器ω1，作为直流母线电压判断的依据；

步骤103：根据直流母线电压的电压等级和控制器ω1的响应能力等因素来确定直流母线电压正常工作时的波动范围，其中本发明中电压正常工作时的波动范围简称电压波动范围，即确定umax1和umin1。当直流母线的工作电压处于正常工作时的波动范围时，即umin1<udc<umax1，控制器ω1发送第一控制模式信号即控制模式1信号给控制系统；若直流母线的工作电压不在正常工作时的波动范围内，即udc<umin1或udc>umax1，控制器发送第二控制模式信号控制模式2信号给原来的控制系统；

步骤104：对于次高优先级的分布式电源控制器ω2，采集直流母线电压并传输给控制器ω2为直流母线电压的判断做准备；

步骤105：根据控制器ω2的响应能力和负荷的特性等因素来确定直流母线电压正常工作时的波动范围，即确定umax2和umin2，需要注意的是umax2和umin2所表示的电压范围要比umin1<udc<umax1大，且umax2和umin2在umax1和umin1构成的区间之外，即各优先级的控制器对应的正常工作波动范围按照优先级序列顺序依次增大且包含上一优先级分布式电源控制器的正常工作波动范围。当直流母线的工作电压处于正常工作时的波动范围时，即umin2<udc<umax2，控制器ω2发送第一控制模式信号即控制模式1′信号给原来的控制系统；若直流母线的工作电压不在正常工作时的波动范围内，即udc<umin2或udc>umax2，则控制器延时基准延时δt，然后重新采集直流母线电压到控制器ω2中，当直流母线的工作电压处于正常工作时的波动范围时，即umin2<udc<umax2，控制器ω2发送控制模式1′信号给原来的控制系统；若直流母线电压的工作电压不在正常工作时的波动范围内，即udc<umin2或udc>umax2，则控制器ω2发送第二控制模式信号即控制模式2′信号给原来的控制系统；

步骤106：对于优先级处于第三位的分布式电源控制器ω3，采集直流母线电压并传输给控制器ω3，作为判断直流母线电压正常与否的输入。

步骤107：根据控制器ω3的响应能力和负荷的特性等因素来确定直流母线电压正常工作时的波动范围，即确定umax3和umin3，这里需要注意的是umax3和umin3所表示的电压范围要比umin2<udc<umax2大。当直流母线的工作电压处于正常工作时的波动范围时，即umin3<udc<umax3，控制器ω3发送控制模式1″信号给原来的控制系统；若直流母线的工作电压不在正常工作时的波动范围内，即udc<umin3或udc>umax3，则控制器延时δt+△t，这里需要注意的是递增延时δt>0，即按照优先级序列的顺序，每个分布式电源控制器的延时依次递增，然后重新采集直流母线电压到控制器ω3中，当直流母线的工作电压处于正常工作时的波动范围时，即umin3<udc<umax3，控制器ω3发送控制模式1″信号给原来的控制系统；若直流母线电压的工作电压不在正常工作时的波动范围内，即udc<umin3或udc>umax3，则控制器ω3发送控制模式2″信号给原来的控制系统；

步骤108：对于其他优先级的分布式电源控制器ω4，ω5，ω6…，按照优先级进行分段延时加阈值的协调控制方式进行控制，具体与控制器ω2，ω3的逻辑过程一致其中需要注意的是优先级低的直流母线电压正常工作范围要比优先级高的大，同时优先级低的控制器延时要比优先级高的时间长，能够保证各分布式电源控制器有序地参与直流电网的控制，提高直流并网的稳定性；

步骤109：控制系统根据控制模式信号控制各分布式电源控制器对直流电源进行控制，调节直流母线电压。

需要进行特别说明的是，在上述步骤中，步骤102、104、106和108等偶数步骤并不是按照数字依次进行的，而是同时进行的。在每个控制周期开始时，所有分布式电源控制器同时获得直流母线电压，并进行第一次判断直流母线电压是否在每个控制器是否在控制器对应的正常工作波动范围内，若是，所有控制器发送第一控制模式信号至控制系统，否则，优先级最高的控制器ω1发送第二控制模式信号至控制系统，其他控制器进过对应延时，再次检测直流母线电压进行第二次判断，并根据判断结果向控制系统发送控制信号。因此，除了最高优先级的控制器ω1外，其他控制器第二次判断直流母线电压的时间根据延时的不同而有先后顺序。如果一个高优先级的控制器切换了控制模式，使得直流母线电压在低优先级控制器的延时到达前恢复到稳定值即正常工作波动范围内，低优先级控制器就不会再动作了，即不会切换控制模式了。

此外，对于单个控制器来说，采用第一控制模式表示母线电压的范围在正常工作波动范围内；采用第二控制模式表示母线电压的不在正常工作波动范围内。在整个系统工作过程中，所有控制器的控制模式有多种组合，若只考虑三个优先级三级的话，不是只有111，或者222，还有可能是221等等。这些控制模式是已经在现有的控制系统中设置好的。

图2以三个分布式电源控制器为例，示出了上述协调多分布式电源直流并网控制方法的逻辑控制过程。

实施例2：

如图3所示为江苏同里示范项目的简化拓扑图，电力电子变压器pet的三个端口有两个构成直流电网dc±750v和dc±375v，还包括一个交流端口ac380v，通过pet接入电网pgrid。运用发明专利中的方法时要注意：

1)直流电网中须含有多个分布式电源、负荷；

2)储能单元具有一定的容量，能够满足短时间直流微网的正常工作，各分布式电源具有一定控制直流母线电压稳定的能力；

3)各个分布式电源的控制器中须包含阈值和延时模块，通过设置不同的阈值和延时来协调各个分布式电源控制器的模式切换。

实施例3：

在simulink中搭建含有多个分布式电源的直流电网模型，直流母线电压的额定值为750v。为了研究各个分布式电源在直流电网并网过程中的控制作用，模拟各个分布式电源依次发生故障，即当t＝1s时直流电网发生故障、t＝1.5s时储能单元发生故障、t＝2s时光伏发电单元发生故障。为了协调各个分布式电源的控制模式切换，对各个分布式电源的控制器添加阈值和延时。在仿真中各个分布式电源控制器的阈值和延时分别为：储能单元控制器的阈值为直流母线电压低于740v或者高于760v，同时延时超过5ms；光伏单元控制器的阈值为直流母线电压低于730v或者高于770v，同时延时超过8ms；风电单元控制器的阈值为直流母线电压低于700v或者高于800v，同时延时超过10ms。图4为控制器正常工作波动范围阈值选择太大时直流母线电压波形图，图5为控制器正常工作波动范围阈值选择太小时直流母线电压波形图，图6为各个分布式电源控制器控制直流母线电压的波形图。图6中，在t＝1.01s时储能单元控制器开始动作，经过约10ms的时间直流母线电压稳定到750v，控制过程中直流母线电压的跌落约30v；t＝1.51s时光伏单元控制器开始动作，经过约10ms的时间直流母线电压稳定到750v，控制过程中直流母线电压的跌落约80v；t＝2.01s时风电单元控制器开始动作，经过约10ms的时间直流母线电压稳定到750v，控制过程中直流母线电压的跌落约120v。从图6可以看出在各个分布式电源的协调控制作用下，直流母线电压能够快速稳定到750v，母线电压的跌落较小。

对分布式电源控制器采用添加阈值和延时来进行模式切换，可以避免阈值选择的困难。阈值选择原则上可以很接近，即高优先级与低优先级分布式电源控制器所包含的电压范围很接近，电压阈值选择原则上只受采集系统的灵敏性限制。虽然图6中的电压阈值选择比较小，却避免了图5中分布式电源控制器竞争动作来控制直流母线电压的现象，直流母线电压出现震荡；而原则上阈值选择大一些是能保证分布式电源控制器按照优先级分别动作来控制直流母线电压，但是阈值选择较大则导致直流母线电压在控制过程中出现较大的跌落，出现图4所示直流母线电压降落超过200v的情况，可能导致直流保护动作，不利于直流电网的稳定性。

实施例4：

基于同一发明构思，本发明还提供了一种协调多分布式电源直流并网控制系统，由于这些设备解决技术问题的原理与协调多分布式电源直流并网控制方法相似，重复之处不再赘述。

该系统基本结构如图7所示，包括：

信号确定模块和控制系统；

其中，信号确定模块，用于基于预先制定的分布式电源控制器优先级序列，控制多个分布式电源控制器分别根据对应的直流母线电压和优先级确定控制模式信号，并将模式信号向控制系统发送；

控制系统，用于根据控制模式信号控制各分布式电源控制器对直流电源进行控制，调节直流母线电压。

其中，该系统详细结构示意图如图8所示，还包括用于制定分布式电源控制器优先级序列的序列制定模块，序列制定模块包括：优先级单元、电压波动范围单元、延时单元和序列单元；

优先级单元，用于基于各分布式电源的容量、分布式电源的特性和分布式电源控制器的响应能力，确定分布式电源控制器的优先级；

电压波动范围单元，用于基于优先级确定分布式电源控制器的电压波动范围；

延时单元，用于基于优先级确定分布式电源控制器的延时；

序列单元，用于按照优先级顺序制定分布式电源控制器优先级序列。

其中，信号确定模块包括：最高优先级判断单元和最高优先级信号单元；

最高优先级判断单元，用于对于最高优先级分布式电源控制器，判断对应的直流母线电压是否在分布式电源控制器对应的电压波动范围内；

最高优先级信号单元，用于当判断结果为是时，发送最高优先级分布式电源控制器的第一控制模式信号至控制系统，否则发送最高优先级分布式电源控制器的第二控制模式信号至控制系统；

其中，控制模式信号包括每个分布式电源控制器的第一控制模式信号和第二控制模式信号。

其中，信号确定模块还包括：首次判断单元、二次判断单元和其它优先级信号单元；

首次判断单元，用于对除最高优先级以外的每个分布式电源控制器，判断分布式电源控制器对应的直流母线电压是否在分布式电源控制器对应的电压波动范围内；

二次判断单元，用于当首次判断单元判断结果为否时，检测直流母线电压，判断直流母线电压是否在电压波动范围内；

其它优先级信号单元，用于当首次判断单元或二次判断单元判断结果为是时，发送分布式电源控制器的第一控制模式信号至控制系统，以及用于当二次判断单元判断结果为否时，发送分布式电源控制器的第二控制模式信号至控制系统。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。