孤立直流微电网改进自适应有源阻尼控制方法与流程

[0001]
本发明涉及一种应用于孤立直流微电网蓄电池dc-dc变换器的改进自适应有源阻尼控制方法，在自适应有源阻尼控制策略的基础上增加直流母线电压无偏差控制，提高系统的稳定性的同时减小自适应有源阻尼控制策略带来的直流母线电压偏差，属于供电控制技术领域。


背景技术：

[0002]
为了缓解能源短缺和环境污染问题，太阳能、风能等新能源大量接入，作为发挥分布式电源效能的有效途径，微电网得到广泛应用。微电网利用电力电子变换器实现能量控制和转换，具有并网运行和孤立运行两种模式。当大电网发生故障时，微电网转换为孤岛运行模式继续为负荷提供电能，提高供电的可靠性和安全性。随着直流电源和直流负荷的不断增加，直流微电网得以快速发展。和交流微电网相比，直流微电网控制结构简单，转换效率高，无需考虑对电压的相位和频率的跟踪以及无功补偿问题，具有很大优势。
[0003]
作为衡量直流微电网内功率平衡的唯一指标，直流母线电压的稳定是直流微电网控制的重要目标。但是恒功率负荷表现为负阻尼特性，大量接入会降低系统阻尼，影响系统稳定性，从而制约直流微电网的应用。
[0004]
为了提高直流微电网的稳定性，众多学者提出了多种解决方法。季宇等人在电工技术学报，2018，33(2)：370-379.“提高直流微电网稳定性的有源阻尼方法”中针对并网变换器提出一种输出电流前馈的有源阻尼方法，但并未给出有源阻尼控制器参数的具体设计方法。郭力等人在中国电机工程学报，2016，36(4)： 927-936.“直流微电网稳定性分析及阻尼控制方法研究”中在直流母线电压控制单元的下垂控制环中串联低通滤波的补偿环节，改变变换器的输出阻抗，提高系统稳定裕度，但补偿后对全频段阻抗特性均有影响。伍文华等人在中国电机工程学报，2018，38(15)：4359-4368+4636.“海岛vsc-hvdc输电系统直流阻抗建模、振荡分析与抑制方法”中针对整流站公开了一种虚拟阻感性阻抗稳定性控制方法，有效抑制vsc-hvdc输电系统的直流侧振荡。然而，上述文献是针对固定运行点下直流微电网稳定性的提高方法，当恒功率负荷增加，运行点改变时，控制策略可能失效。因此，针对传统阻尼控制策略在恒功率负荷功率增加时补偿能力不足的问题，研究一种自适应有源阻尼控制方法，增强孤立直流微电网系统的稳定性。同时，引入直流母线电压无偏差控制，用以减小所提自适应有源阻尼控制策略带来的直流母线电压偏差问题，保证孤立直流微电网的安全稳定运行。


技术实现要素：

[0005]
本发明要解决的技术问题是提供一种孤立直流微电网蓄电池dc-dc变换器的改进自适应有源阻尼控制方法。
[0006]
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案，包括以下步骤：
[0007]
步骤1：建立孤立直流微电网模型：所述孤立直流微电网包含分布式发电单元、储
能单元和负荷单元。所述孤立直流微电网包含的分布式电源、蓄电池、恒功率负荷通过相应的dc-dc或ac-dc变换器连入直流母线；所述孤立直流微电网包含的分布式发电单元、储能单元和负荷单元均包括控制系统、测量元件和变换器；所述孤立直流微电网包含的分布式发电单元、储能单元和负荷单元的控制系统输入端分别与相应的测量元件输出端相连，其输出端与相应的变换器输入端相连；所述孤立直流微电网中测量元件主要包括分布式发电单元、储能单元和负荷单元的直流母线侧电压传感器和电流传感器以及分布式电源侧、蓄电池侧和恒功率负荷侧的电压传感器和电流传感器等。当交流主网退出运行使直流微电网处于离网模式时，蓄电池采用下垂控制，维持系统内有功功率平衡，保证直流母线电压稳定。
[0008]
步骤2：信号测量：通过电压传感器测量孤立直流微电网中直流母线电压u
dc
，和蓄电池dc-dc变换器输入电压u
b
，通过电流传感器测量蓄电池dc-dc变换器输入电流i
b
、输出电流i
o
和直流母线侧电流i
dc
。
[0009]
步骤3：自适应有源阻尼控制：利用自适应虚拟电阻控制补偿下垂系数。引入功率因子ξ
p
，自适应虚拟电阻r
va
表达式如式(1)所示：
[0010][0011]
式中：p
m
为并网变换器的额定容量；u
dc*
为直流母线电压参考值；i
dc
为直流侧电流；r
v
为固定虚拟电阻。
[0012]
根据自适应有源阻尼控制策略得到直流母线电压参考值u
dc*
为：
[0013][0014]
式中：u
n
为变换器空载输出电压；i
dc*
为直流侧电流参考值。
[0015]
步骤4：电压无偏差控制：为了实现直流母线电压无偏差控制，在式(2)基础上增加补偿项ε
u
，得到直流母线电压参考值u
dc*
为：
[0016][0017]
步骤5：求取占空比：根据一个开关周期内的电压平均方程计算得到所述蓄电池dc-dc变换器的占空比d，将控制信号送入所述蓄电池dc-dc变换器的开关管进行pwm调制控制。
[0018][0019]
式中：l、r分别为所述蓄电池dc-dc变换器的滤波电感和寄生电阻。
[0020]
采用上述技术方案所取得的技术效果在于：
[0021]
本发明采用一种改进自适应有源阻尼控制方法，同时引入自适应有源阻尼控制和直流母线电压无偏差控制，其中，自适应有源阻尼控制提高了孤立直流微电网系统的稳定裕度，而电压无偏差控制减小了自适应有源阻尼控制策略带来的直流母线电压偏差，二者共同作用，有利于直流微电网的安全稳定运行。
附图说明
[0022]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0023]
图1是本发明的流程图；
[0024]
图2是孤立直流微电网的结构示意图；
[0025]
图3是本发明中蓄电池dc-dc变换器控制原理图。
具体实施方式
[0026]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0027]
参考图1-图3，一种孤立直流微电网蓄电池dc-dc变换器的改进自适应有源阻尼控制方法，包括如下步骤：
[0028]
步骤1：建立孤立直流微电网模型：所述孤立直流微电网包含分布式发电单元、储能单元和负荷单元。所述孤立直流微电网包含的分布式电源、蓄电池、恒功率负荷通过相应的dc-dc或ac-dc变换器连入直流母线；所述孤立直流微电网包含的分布式发电单元、储能单元和负荷单元均包括控制系统、测量元件和变换器；所述孤立直流微电网包含的分布式发电单元、储能单元和负荷单元的控制系统输入端分别与相应的测量元件输出端相连，其输出端与相应的变换器输入端相连；所述孤立直流微电网中测量元件主要包括分布式发电单元、储能单元和负荷单元的直流母线侧电压传感器和电流传感器以及分布式电源侧、蓄电池侧和恒功率负荷侧的电压传感器和电流传感器等。当交流主网退出运行使直流微电网处于离网模式时，蓄电池采用下垂控制，维持系统内有功功率平衡，保证直流母线电压稳定。
[0029]
步骤2：信号测量：通过电压传感器测量孤立直流微电网中直流母线电压u
dc
，和蓄电池dc-dc变换器输入电压u
b
，通过电流传感器测量蓄电池dc-dc变换器输入电流i
b
、输出电流i
o
和直流母线侧电流i
dc
。
[0030]
步骤3：自适应有源阻尼控制：利用自适应虚拟电阻控制补偿下垂系数。引入功率因子ξ
p
，自适应虚拟电阻r
va
表达式如式(1)所示：
[0031][0032]
式中：p
m
为并网变换器的额定容量；u
dc*
为直流母线电压参考值；i
dc
为直流侧电流；r
v
为固定虚拟电阻。
[0033]
根据自适应有源阻尼控制策略得到直流母线电压参考值u
dc*
为：
[0034][0035]
式中：u
n
为变换器空载输出电压；i
dc*
为直流侧电流参考值。
[0036]
步骤4：电压无偏差控制：为了实现直流母线电压无偏差控制，在式(2)基础上增加补偿项ε
u
，得到直流母线电压参考值u
dc*
为：
[0037][0038]
步骤5：求取占空比：根据一个开关周期内的电压平均方程计算得到所述蓄电池dc-dc变换器的占空比d，将控制信号送入所述蓄电池dc-dc变换器的开关管进行pwm调制控制。
[0039]
[0040]
式中：l、r分别为所述蓄电池dc-dc变换器的滤波电感和寄生电阻。