一种直流孤岛微电网的控制方法及相关设备与流程

本发明属于微电网领域，尤其涉及一种直流孤岛微电网的控制方法及相关设备。

背景技术：

1、直流孤岛微电网是指在电力系统中，通过分布式(直流)电源和负载组成的小型独立电网。以光伏系统发电为例，直流孤岛微电网由光伏子系统、电池储能子系统和负载组成。由于光伏子系统和电池储能子系统的输出均为直流电压，因此为了减小能量转换形式带来的损耗，一般默认为光伏微电网为直流型微电网，微电网发电的波动性和负荷突增，都会在一定程度上引起微电网母线电压的波动。如何维持微电网母线电压的稳定性是目前业界亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种直流孤岛微电网的控制方法及相关设备，用以解决现有技术中微电网母线电压不稳定的缺陷，实现有效地维持母线电压的稳定。

2、本发明第一实施例的具体技术方案为：一种直流孤岛微电网的控制方法，所述方法包括：监测直流孤岛微电网中各个电池储能子系统的供电状态监测数据；利用预设的有限时域优化方法将所述直流孤岛微电网中直流母线电压调整为直流母线参考电压；基于所述供电状态监测数据和所述直流母线参考电压获得全部电池储能子系统的总输出电流预测值；基于所述总输出电流预测值、所述直流母线参考电压和预设的功率分配方法获得各个电池储能子系统的负载侧输出电流参考值；基于所述供电状态监测数据、所述直流母线参考电压和所述各个电池储能子系统的负载侧输出电流参考值，确定各个电池储能子系统中整流器的第一控制信号；所述第一控制信号用于调控电池储能子系统的输出功率。

3、优选的，所述基于所述供电状态监测数据、所述直流母线参考电压和所述各个电池储能子系统的负载侧输出电流参考值，确定各个电池储能子系统中整流器的第一控制信号，包括：基于所述直流母线参考电压和所述供电状态监测数据中负载侧输出电压监测数据，通过比例积分双环控制，生成各个电池储能子系统的误差信号；基于虚拟电容滤波器的第二控制信号和各个电池储能子系统的负载侧输出电流参考值及误差信号，确定各个电池储能子系统的蓄电池目标输出电流信号；所述虚拟电容滤波器用于模拟电池储能子系统在工作过程中所具有的高通滤波特性；基于各个电池储能子系统的目标蓄电池输出电流信号，通过脉宽调制，确定各个电池储能子系统中整流器的第一控制信号。

4、优选的，所述各个电池储能子系统的误差信号采用如下公式获得：

5、

6、其中，esi(k)为在k时刻下第i个电池储能子系统的误差信号，为所述直流母线参考电压，vdc(k)为在k时刻下电池储能子系统的负载侧输出电压监测值，kp,i为第i个电池储能子系统的电压环的比例系数，ki,i为第i个电池储能子系统的电压环的积分系数。

7、优选的，所述各个电池储能子系统的蓄电池目标输出电流信号采用如下公式获得：

8、

9、其中，为在k时刻下第i个电池储能子系统的蓄电池目标输出电流信号，esi(k)为在k时刻下第i个电池储能子系统的误差信号，λi(k)为k时刻第i个电池储能子系统的虚拟电容滤波器所输出的第二控制信号，kc为虚拟电容调节系数，为在k时刻下第i个电池储能子系统的负载侧输出电流参考值。

10、优选的，所述基于所述供电状态监测数据和所述直流母线参考电压获得全部电池储能子系统的总输出电流预测值，包括：基于所述供电状态监测数据和预设的整流器开关状态方程预测各个电池储能子系统的蓄电池输出电流预测值；基于预设的预测时间域、所述直流母线参考电压和所述供电状态监测数据中负载侧输出电压监测数据确定各个电池储能子系统的负载侧输出电压预测值；所述预设的预测时间域用于将直流母线电压调整为所述直流母线参考电压所用的步数；基于各个电池储能子系统的蓄电池输出电流预测值、负载侧输出电压预测值和预设的拓扑结构获得所述总输出电流预测值。

11、优选的，所述蓄电池输出电流预测值采用如下公式获得：

12、x(k+1)＝ax(k)+bu(k)+cv(k)；

13、其中，x(k+1)为所述蓄电池输出电流预测值，a为m阶的单位矩阵；ib,i(k)为在k时刻下第i个电池储能子系统的蓄电池输出电流监测值，下标i的取值范围为1至m，m电池储能子系统的总数量，ui(k)在k时刻下第i个电池储能子系统的整流器开关状态方程，vb,i(k)为在k时刻下第i个电池储能子系统的蓄电池输出电压监测值，ts为供电状态监测的采样周期，vdc,i为第i个电池储能子系统的负载侧输出电压监测值，li表示第i个电池储能子系统的整流器的电感；其中，蓄电池输出电流监测值、蓄电池输出电压监测值和所述负载侧输出电压监测值构成所述供电状态监测数据。

14、优选的，所述负载侧输出电压预测值采用如下公式获得：

15、

16、其中，vdc(k+1)为在k+1时刻下的负载侧输出电压预测值，vdc(k)为在k时刻下的负载侧输出电压监测值，n为预设的预测时间域，为直流母线参考电压。

17、本发明第二实施例的具体技术方案为：一种直流孤岛微电网的控制系统，所述系统包括：监测模块、调整模块、预测模块、第一参考电流获取模块和第二参考电流获取模块；所述监测模块用于监测直流孤岛微电网中各个电池储能子系统的供电状态监测数据；所述调整模块用于利用预设的有限时域优化方法将所述直流孤岛微电网中直流母线电压调整为直流母线参考电压；所述预测模块用于基于所述供电状态监测数据和所述直流母线参考电压获得全部电池储能子系统的总输出电流预测值；所述第一参考电流获取模块用于基于所述总输出电流预测值、所述直流母线参考电压和预设的功率分配方法获得各个电池储能子系统的负载侧输出电流参考值；所述第二参考电流获取模块用于基于所述供电状态监测数据、所述直流母线参考电压和所述各个电池储能子系统的负载侧输出电流参考值，确定各个电池储能子系统中整流器的第一控制信号；所述第一控制信号用于调控电池储能子系统的输出功率。

18、本发明第三实施例的具体技术方案为：一种直流孤岛微电网的控制设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如本技术第一实施例中任一项所述方法的步骤。

19、本发明第四实施例的具体技术方案为：一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如本技术第一实施例中任一项所述方法的步骤。

20、通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

21、本发明通过监测直流孤岛微电网中各个电池储能子系统的供电状态监测数据；利用预设的有限时域优化方法将直流孤岛微电网中直流母线电压调整为直流母线参考电压，基于供电状态监测数据和直流母线参考电压获得全部电池储能子系统的总输出电流预测值，可以动态地在各个电池储能子系统之间进行功率分配，以补偿分布式电源的输出功率的波动性，确定各个电池储能子系统的负载侧输出电流参考值，进而可以根据总输出电流预测值、直流母线参考电压和负载侧输出电流参考值、功率分配方法和供电状态监测数据，确定各个电池储能子系统中整流器的控制信号，以调控电池储能子系统的输出功率，能够在电池储能子系统输出功率大变化的情况下，以有限时域优化方式快速地跟踪电流的动态期望，以补偿分布式电源的输出功率的波动性，对于受外部环境因素而改变了输出功率的影响较弱，能够有效地维持母线电压的稳定，并提高了对于负载即插即用的鲁棒性。