用于超级UPS的直流母线电压稳定控制方法、装置及系统与流程
本发明属于电气控制技术领域，具体涉及一种用于超级ups的直流母线电压稳定控制方法、装置及系统。
背景技术：
随着社会的迅速发展，不间断电源(uninterruptiblepowersystem，ups)被广泛运用在数据中心、银行和核心的能源领域。随着设备容量的不断增加，传统的ups难以满足供电可靠性的要求。为了将可再生能源和供电可靠性联系起来，超级ups的概念被提了出来。多智能体技术已经被运用到一系列的微网，多智能体技术的用途包括二级控制和经济分配，另外，现有技术中的普通下垂控制方法对电压的稳定控制和功率的比例分配效果不太明显，且下垂控制还会引起的电压下降和各个变换器引起的电压不协调以及功率分配不协调等问题。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提出一种用于超级ups的直流母线电压稳定控制方法、装置及系统，通过在多智能体平均电压一致控制和多智能体平均电流一致控制算法的基础上叠加电压参考值进行三级电压控制，最后实现超级ups的直流母线电压稳定控制和超级ups中的分布式储能装置的功率比例分配。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种用于超级ups的直流母线电压稳定控制方法，包括以下步骤：
获取分布式储能的本地电压电流信息以及与其邻接的分布式储能的电压电流信息；
分别采用多智能体平均电压一致控制算法和多智能体平均电流一致控制算法对获取到的电压、电流信息进行处理，获得该分布式储能的输出平均电压和输出平均电流；
将所述输出平均电压和输出平均电流输入至三级电压控制模块获得该分布式储能的输出电压参考值；
最后将所述输出电压参考值送入电压电流双环控制单元生成pwm信号，并传递给设于该分布式储能与直流母线之间的dc/dc变换器，实现对超级ups直流母线电压稳定控制。
优选地，所述超级ups包括直流母线和若干个分布式储能，各分布式储能分别通过dc/dc转换器或者ac/dc转换器与所述直流母线相连。
优选地，所述dc/dc转换器包括电感、第一igbt和第二igbt；
所述分布式储能的正极与所述电感的一端相连；
所述电感的另一端分别与所述第一igbt和第二igbt的一端相连；
所述第一igbt的另一端连接至直流母线；
所述第二igbt的另一端与所述分布式储能的负极相连后连接至直流母线。
优选地，所述分别采用多智能体平均电压一致控制算法和多智能体平均电流一致控制算法对获取到的电压、电流信息进行处理，获得该分布式储能的输出平均电压和输出平均电流，具体包括以下步骤：
获取多智能体平均电压一致控制算法的计算公式，所述计算公式具体为：
式中，|ni|为分布式储能i的邻接分布式储能的数目，vti(t)为智能体i的本地输出母线电压；
利用公式(1)对获取到的电压信息进行处理，获得该分布式储能的输出平均电压
获取多智能体平均电流一致控制算法的计算公式，所述计算公式具体为：
式中：ili(t)为智能体i的储能侧输出电流；
利用公式(2)对获取到的电流信息进行处理，获得该分布式储能的输出平均电压
优选地，所述将所述输出平均电压和输出平均电流输入至三级电压控制模块获得该分布式储能的输出电压参考值，具体包括以下步骤：
将所述输出平均电压和输出平均电流输入至三级电压控制模块；
所述三级电压控制模块按照下式对所述输出平均电压和输出平均电流进行计算，得到输出电压参考值：
式中，vti(t)ref为输出电压的参考值，vref为期望得到的母线电压参考值；
第二方面，本发明提供了一种用于超级ups的直流母线电压稳定控制装置，包括：
获取模块，用于获取分布式储能的本地电压电流信息以及与其邻接的分布式储能的电压电流信息；
第一计算模块，用于分别采用多智能体平均电压一致控制算法和多智能体平均电流一致控制算法对获取到的电压、电流信息进行处理，获得该分布式储能的输出平均电压和输出平均电流；
第二计算模块，用于将所述输出平均电压和输出平均电流输入至三级电压控制模块获得该分布式储能的输出电压参考值；
控制模块，用于将所述输出电压参考值送入电压电流双环控制单元生成pwm信号，并传递给设于该分布式储能与直流母线之间的dc/dc变换器，实现对超级ups直流母线电压稳定控制。
优选地，所述第一计算模块包括第一计算子模块和第二计算子模块；
所述第一计算子模块获取多智能体平均电压一致控制算法的计算公式，并基于所述计算公式对获取到的电压信息进行处理，获得该分布式储能的输出平均电压
式中，|ni|为分布式储能i的邻接分布式储能的数目，vti(t)为智能体i的本地输出母线电压；
所述第二计算子模块获取多智能体平均电流一致控制算法的计算公式，并基于所述计算公式对获取到的电流信息进行处理，获得该分布式储能的输出平均电压
式中：ili(t)为智能体i的储能侧输出电流；
优选地，所述将所述输出平均电压和输出平均电流输入至三级电压控制模块获得该分布式储能的输出电压参考值，具体包括以下步骤：
将所述输出平均电压和输出平均电流输入至三级电压控制模块；
所述三级电压控制模块按照下式对所述输出平均电压和输出平均电流进行计算，得到输出电压参考值：
式中，vti(t)ref为输出电压的参考值，vref为期望得到的母线电压参考值；
第三方面，本发明提供了一种用于超级ups的直流母线电压稳定控制系统，包括：
处理器，适于实现各指令；以及
存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行第一方面中任一项所述的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提出一种用于超级ups的直流母线电压稳定控制方法，通过在多智能体平均电压一致控制和多智能体平均电流一致控制算法的基础上叠加电压参考值进行三级电压控制，最后实现超级ups的直流母线电压稳定控制和超级ups中的分布式储能装置的功率比例分配，有效解决了下垂控制引起的电压下降和各个变换器引起的电压不协调以及功率分配不协调问题。
附图说明
图1是本发明一种实施例的超级ups拓扑图；
图2是本发明一种实施例的超级ups中分布式储能接入超级ups的拓扑图；
图3是本发明一种超级ups直流母线电压稳定控制策略的分布式储能单元和直流母线的连接框图。
图4是本发明一种超级ups直流母线电压稳定控制系统的分布式储能单元的控制框图；
图5是本发明一种超级ups直流母线电压稳定控制策略的光伏电源输出功率图。
图6是本发明一种超级ups直流母线电压稳定控制策略的各个锂电池的电流响应图。
图7是本发明一种超级ups直流母线电压稳定控制策略的各个锂电池的功率响应图。
图8是本发明一种超级ups直流母线电压稳定控制策略的超级ups直流母线电压响应图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
如图1和2所示，超级ups包括直流母线和若干个分布式储能，各分布式储能分别通过dc/dc转换器或者ac/dc转换器与所述直流母线相连；所述的分布式储能可以是：燃机、光伏、燃料电池、锂电池、直流负载、超级电容等。
如图3所示，所述dc/dc转换器包括电感l、第一igbt和第二igbt；所述分布式储能(比如锂电池i)的正极与所述电感的一端相连；所述电感的另一端分别与所述第一igbt和第二igbt的一端相连；所述第一igbt的另一端连接至直流母线；所述第二igbt的另一端与所述分布式储能的负极相连后连接至直流母线。
本发明实施例中提供了一种用于超级ups的直流母线电压稳定控制方法，其包括以下步骤：
步骤(1)获取分布式储能的本地电压电流信息以及与其邻接的分布式储能的电压电流信息，该相邻即与该储能组成多智能体的相邻分布式储能；
步骤(2)分别采用多智能体平均电压一致控制算法和多智能体平均电流一致控制算法对获取到的电压、电流信息进行处理，获得该分布式储能的输出平均电压和输出平均电流；
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述分别采用多智能体平均电压一致控制算法和多智能体平均电流一致控制算法对获取到的电压、电流信息进行处理，获得该分布式储能的输出平均电压和输出平均电流，具体包括以下步骤：
(2.1)获取多智能体平均电压一致控制算法的计算公式，所述计算公式具体为：
式中，|ni|为分布式储能i的邻接分布式储能的数目，vti(t)为智能体i的本地输出母线电压；
(2.2)利用公式(1)对获取到的电压信息进行处理，获得该分布式储能的输出平均电压
(2.3)获取多智能体平均电流一致控制算法的计算公式，所述计算公式具体为：
式中：ili(t)为智能体i的储能侧输出电流；
(2.4)利用公式(2)对获取到的电流信息进行处理，获得该分布式储能的输出平均电压
其中，(2.1)和(2.2)与(2.3)和(2.4)的执行先后可以调换，也可以同时执行，具体看设计需求；
步骤(3)将所述输出平均电压和输出平均电流输入至三级电压控制模块获得该分布式储能的输出电压参考值；
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述将所述输出平均电压和输出平均电流输入至三级电压控制模块获得该分布式储能的输出电压参考值，具体包括以下步骤：
将所述输出平均电压和输出平均电流输入至三级电压控制模块；
所述三级电压控制模块按照下式对所述输出平均电压和输出平均电流进行计算，得到输出电压参考值：
式中，vti(t)ref为输出电压的参考值，vref为期望得到的母线电压参考值；
当每个分布式储能(锂电池)的输出平均电压
步骤(4)将所述输出电压参考值送入电压电流双环控制单元生成pwm信号，并传递给设于该分布式储能与直流母线之间的dc/dc变换器，实现对超级ups直流母线电压稳定控制。
在实际应用过程中，本发明实施例中的用于超级ups的直流母线电压稳定控制方法是设于各分布式储能中的，通过采集各个分布式储能的本地和邻接分布式储能的电压、电流信息，并进行适当的后续处理，最后生成pwm信号传递给图3中各自储能的dc/dc变换电路的igbt，从而完成对超级ups直流母线电压稳定控制。其中，图3中的下垂控制公式为：
vti(t)ref＝v′ti-r·iti(t)
式中：vti(t)ref为智能体i的输出电压参考值；v′ti为修改过的智能体i的额定电压；r为下垂系数，iti(t)为智能体i的输出电流。
实施例2
在matlab中搭建仿真模块并进行仿真。图5为给定的光伏输出功率，图6为各个锂电池的电流，图7为各个锂电池的吸收的功率，图8为超级ups的直流母线电压响应。由图6和图7可以看出本发明实施例中的控制方法实现了各个分布式储能的吸收电流一致，由于各个锂电池的电压不同，所以各个锂电池的吸收功率呈比例分配，吸收功率比为各个锂电池的电压比；从图8中可以看出在5.2s左右，分布式储能吸收功率增加，由于下垂控制的控制效果，直流母线电压上升，此时三级电压控制策略发挥作用，锂电池i的输出电压参考值vti(t)ref降低，从而控制直流母线电压稳定为500v；在9.2s左右，分布式储能吸收功率开始趋于稳定，由于下垂控制的控制效果，直流母线电压下降，此时三级电压控制策略发挥作用，锂电池i的输出电压参考值vti(t)ref增高，从而控制直流母线电压稳定为500v。
实施例3
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例中提供了一种用于超级ups的直流母线电压稳定控制装置，包括：
获取模块，用于获取分布式储能的本地电压电流信息以及与其邻接的分布式储能的电压电流信息；
第一计算模块，用于分别采用多智能体平均电压一致控制算法和多智能体平均电流一致控制算法对获取到的电压、电流信息进行处理，获得该分布式储能的输出平均电压和输出平均电流；
第二计算模块，用于将所述输出平均电压和输出平均电流输入至三级电压控制模块获得该分布式储能的输出电压参考值；
控制模块，用于将所述输出电压参考值送入电压电流双环控制单元生成pwm信号，并传递给设于该分布式储能与直流母线之间的dc/dc变换器，实现对超级ups直流母线电压稳定控制。
优选地，所述第一计算模块包括第一计算子模块和第二计算子模块；
所述第一计算子模块获取多智能体平均电压一致控制算法的计算公式，并基于所述计算公式对获取到的电压信息进行处理，获得该分布式储能的输出平均电压
式中，|ni|为分布式储能i的邻接分布式储能的数目，vti(t)为智能体i的本地输出母线电压；
所述第二计算子模块获取多智能体平均电流一致控制算法的计算公式，并基于所述计算公式对获取到的电流信息进行处理，获得该分布式储能的输出平均电压
式中：ili(t)为智能体i的储能侧输出电流；
优选地，所述将所述输出平均电压和输出平均电流输入至三级电压控制模块获得该分布式储能的输出电压参考值，具体包括以下步骤：
将所述输出平均电压和输出平均电流输入至三级电压控制模块；
所述三级电压控制模块按照下式对所述输出平均电压和输出平均电流进行计算，得到输出电压参考值：
式中，vti(t)ref为输出电压的参考值，vref为期望得到的母线电压参考值；
实施例4
基于与实施例1相同的发明构思，本发明实施例提供了一种用于超级ups的直流母线电压稳定控制系统，包括：
处理器，适于实现各指令；以及
存储设备，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行实施例中所述的步骤。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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