一种直流微电网多源协调控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种直流微电网多源协调控制方法，应用于包括N台分布式发电单元和M台储能单元的直流微电网，该方法包括M台储能单元均按照下垂控制关系式进行下垂控制，N台分布式发电单元中每一台分布式发电单元将本地测量的直流母线电压以及从与其直接连接的相邻单元获取的M台储能单元输出电流标幺值的平均值作为控制模式切换的判断条件，以实现对N台分布式发电单元和M台储能单元的多源协调控制，为第t台储能单元通过基于一致性算法的电流观测器得到的M台储能单元输出电流标幺值的平均值，本发明在最大程度利用可再生能源与保持直流微电网系统内的能量平衡的前提下，有效减少了直流母线的电压的大范围的波动，提高了系统的电能质量。
【专利说明】
-种直流微电网多源协调控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及微电网协调控制技术领域，特别是设及一种直流微电网多源协调控制 方法。
【背景技术】
[0002] 随着太阳能、风能等各种形式的可再生能源的大量利用，微电网作为分布式电源 接入电网的有效途径得到了国内外的广泛关注。由于运些可再生能源大多都是输出直流电 (或者存在直流的中间环节），而且众多的家用电器和办公设备等本质上也都需要直流电源 才能正常工作。因此，如果微电网W直流作为电能的传输形式，能够减少转化环节，提高能 源利用效率。
[0003] 直流微电网可W工作在并网模式或者独立模式下，其中，工作在独立模式下的直 流微电网的控制策略本就非常复杂，另外，由于大规模的可再生能源的接入W及其出力的 不确定性，使得直流微电网在独立运行的条件下更容易出现能量的不平衡，运不仅仅可能 损坏相关的储能单元，甚至威胁到系统的稳定性。因此需要一种可靠的独立微网多源协调 控制方法来解决运一问题。目前解决多源协调控制的方法大致可W分为两类，集中控制和 分布式控制。其中，集中控制通过中央控制器和高速通信来进行控制，中央控制器通过采集 各个微源的运行状态，得到控制指令在下发给各个微源，但集中控制十分依赖于中央控制 器和高速通信，一旦二者中某一个出现故障则会导致控制失效，系统则面临着崩溃的危险。 目前的分布式控制能够有效避免集中控制的通信故障的缺点，其多是利用直流母线电压是 直流微网内唯一反应能量平衡的指标的原理，根据直流母线电压的变化而实现各个微源的 协调控制，但是不可避免的会给直流母线的电压带来大范围的波动，影响系统的电能质量。
[0004] 因此，如何提供一种能够有效减小直流母线电压的波动的直流微电网多源协调控 制方法是本领域技术人员目前需要解决的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种直流微电网多源协调控制方法，在最大程度利用可再生 能源与保持直流微电网系统内的能量平衡的前提下，有效减少了直流母线的电压的大范围 的波动，最终保证了直流微电网系统的母线电压稳定在额定值，提高了系统的电能质量。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种直流微电网多源协调控制方法，应用于 直流微电网，所述直流微电网包括交直流负载、N台分布式发电单元和Μ台储能单元，其中，N 台所述分布式发电单元和Μ台所述储能单元的通信网络中至少包括一个生成树，Ν、Μ为正整 数，该方法包括：
[0007] Μ台所述储能单元均按照下垂控制关系式进行下垂控制，其中，第i台储能单元的 下垂巧制关系式为：Vi_ref = Vrate-kiii+A Vil+Δ Vi2;
[000引其中，Vi_ref、ki、ii分别为所述第i台储能单元的输出电压参考值、下垂系数、实际 输出电流，Vrate为所述直流微电网的直流母线电压的设定值，Δ Vil、Δ Vi2分别为所述电压设 定值的电压恢复修正量和均流改善修正量，1含i <M;
[0009] N台所述分布式发电单元中每一台分布式发电单元将本地测量的直流母线电压W 及从与其直接连接的相邻单元获取的Μ台储能单元输出电流标么值的平均值/；，.,,，作为控制 模式切换的判断条件，W实现对所述Ν台分布式发电单元和Μ台储能单元的多源协调控制， 其中具体为第t台储能单元通过基于一致性算法的电流观测器得到的Μ台储能单元输 出电流标么值的平均值，1 < t < Μ。
[0010] 优选地，第j台分布式发电单元的控制模式切换的控制表达式为：
[0011]
[0012]其中，Pj_ref、Pj_MPPT_ref分别为第j台分布式发电单兀的实际输出功率参考值和在 MPPT控制模式下的输出功率参考值，V1H为N台所述分布式电源在两种模式切换时的电压阔 值;V2H为通信故障情况下，所述直流母线电压的上限值;lp、li分别为第j台分布式发电单元 的限流PI控制器的比例系数和积分系数；为第j台分布式发电单元的电压观测器得到 的当前直流母线电压平均值，-a为的阔值，1 < j < N。
[0013] 优选地，该方法还包括：
[0014] 在对第i台储能单元按照下垂控制关系式进行下垂控制时，当所述第i台储能单元 的SOCi达到SOCimax时，将电流内环的电流参考值-Iimax设定为0,将所述第i台储能单元的输 出电流标么值与,u.i设定为-a，其中，SOCi、SOCimax分别为所述第i台储能单元的S0C值、S0C值 的上限。
[001引优选地，所述均流改善修正量A Vi2的获取过程为：
[0016] 获取与所述第i台储能单元直接连接的或者通过分布式发电单元间接相连的共X 台的储能单元的均流改善参数，其中，第S台储能单元的均流改善参数包括下垂系数ksW及 实际输出电流is，l<X<M;
[0017] 依据所述均流改善参数W及本地的所述第i台储能单元与第S台储能单元的权重 值ais通过均流改善关系式得到均流改善初值A，其中，所述均流改善关系式为；
[001 引
[0019] 将所述均流改善初值经过PI控制器处理，得到所述均流改善修正量Δνι2。
[0020] 优选地，所述下垂系数ki具体为：
[0021]
[002^ 其中，limax为所述第i台储能单元的最大充放电电流，SOCi、SOCimax、SOCimin分别为 所述第i台储能单元的SOC值、SOC值的上限w及SOC值的下限，1<0表示所述第i台储能单元 处于充电状态，1>0表示所述第i台储能单元处于放电状态，η为调节系数，SOCi(t=o)为所述 第i台储能单元的初始soc值，。为所述第i台储能单元的容量。
[0023] 优选地，所述电压恢复修正量Δνι?的获取过程为：
[0024] 利用与所述第i台储能单元直接连接的相邻单元本地测量的直流母线电压W及所 述第i台储能单元直接连接的相邻单元的电压观测器得到的直流母线电压平均值，通过所 述第i台储能单元的电压观测器，得到当前直流母线电压平均值巧；
[0025] 将所述第i台储能单元的当前直流母线电压平均值巧与所述直流微电网的直流母 线电压的设定值Vrate进行做差比较，并将差值经过PI控制器处理，得到所述电压恢复修正 量 A vilo
[0026] 优选地，所述ξ.。,,的获取过程为：
[0027] 第t台储能单元利用与其直接连接的或者通过分布式发电单元间接相连的共Υ台 的储能单元的实际输出电流标么值W及电流观测器得到的系统中Μ台储能单元输出电流标 么值的平均值，通过所述第t台储能单元的电流观测器得到当前Μ台储能单元输出电流标么 值的平均值马.《，其中，1 < Υ < Μ。
[0028] 优选地，Ν台所述分布式发电单元中每一台分布式发电单元通过无线的方式从与 其直接连接的相邻单元获取Μ台储能单元输出电流标么值的平均值
[00巧]优选地，所述无线的方式具体为Zi浊ee或WiFi。
[0030] 优选地，-a具体为-0.95。
[0031] 本发明提供了一种直流微电网多源协调控制方法，应用于直流微电网，该方法包 括第i台储能单元按照下垂控制关系式进行下垂控制，并采用电压恢复修正量和均流改善 修正量对直流微电网的直流母线电压的设定值进行修正，从而保证了在直流母线电压无明 显偏移的前提下，N台分布式发电单元中每一台分布式发电单元不仅将本地测量的直流母 线电压vパ乍为控制模式切换的判断条件，还将从与其直接连接的相邻单元获取的Μ台储能 单元中第t台储能单元通过基于一致性算法得到的电流观测器得到的Μ台储能单元输出电 流标么值的平均值fpw也作为控制模式切换的判断条件，也即，本发明在直流母线电压无明 显偏移的前提下，不仅根据当前的直流母线电压，还根据当前储能单元目前的充放电状态， 对分布式发电单元的控制模式进行平滑切换，实现了直流微电网内多种分布式发电单元与 储能单元的协调控制，有效减少了直流母线的电压的大范围的波动，最终保证了直流微电 网系统的母线电压稳定在额定值，提高了系统的电能质量。
【附图说明】
[0032] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W根据运些附图获 得其他的附图。
[0033] 图1为本发明提供的一种直流微电网多源协调控制方法的过程的流程图；
[0034] 图2为本发明提供的一种典型的直流微电网的结构示意图；
[0035] 图3为本发明提供的一种两机下垂控制并联运行的控制原理图；
[0036] 图4为本发明提供的一种储能单元分层控制的结构示意图；
[0037] 图5为本发明提供的一种分布式发电单元的控制框图；
[0038] 图6为本发明提供的一种分布式发电单元的运行曲线图；
[0039] 图7为本发明提供的一种直流微电网仿真通信结构示意图；
[0040] 图8为本发明提供的一种直流微电网系统的仿真波形图。
【具体实施方式】
[0041] 本发明的核屯、是提供一种直流微电网多源协调控制方法，在最大程度利用可再生 能源与保持直流微电网系统内的能量平衡的前提下，有效减少了直流母线的电压的大范围 的波动，最终保证了直流微电网系统的母线电压稳定在额定值，提高了系统的电能质量。
[0042] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0043] 请参照图1，图1为本发明提供的一种直流微电网多源协调控制方法的过程的流程 图，该方法应用于直流微电网，直流微电网包括交直流负载、N台分布式发电单元和Μ台储能 单元，其中，Ν台分布式发电单元和Μ台储能单元的通信网络中至少包括一个生成树，Ν、Μ为 正整数，该方法包括：
[0044] 步骤S101:M台储能单元均按照下垂控制关系式进行下垂控制，其中，第i台储能单 元的下垂控制关系式为：Vi_ref = Vrate-kiii+A Vil+Δ Vi2;
[0045] 其中，Vi_ref、ki、ii分别为第i台储能单元的输出电压参考值、下垂系数、实际输出 电流，Vrate为直流微电网的直流母线电压的设定值，A VII、Δνι2分别为电压设定值的电压恢 复修正量和均流改善修正量，1含i <Μ;
[0046] 请参照图2,图2为本发明提供的一种典型的直流微电网的结构示意图，该直流微 电网主要由Ξ部分组成：1)分布式发电单元、储能单元W及交直流负载，其中，分布式发电 单元通常由风机、光伏等可再生能源构成，通过AC-DC或DC-DC变流器接入直流母线;2)储能 单元主要是指蓄电池、超级电容等储能设备，通过双向DC-DC变流器接入;3)直流微电网中 还存在多种类型的交直流负载，同样是通过相应的接口变流器接入直流系统。直流微电网 运行的基本目标是确保直流母线电压始终处于额定值附近，在保证供电可靠性的同时还要 最大程度上利用可再生能源。
[0047] 可W理解的是，请参照图3,图3为本发明提供的一种两机下垂控制并联运行的控 制原理图，当系统中存在多台储能单元时，为了实现多台储能单元并联且避免环流，提高供 电可靠性，一次控制采用U-I下垂控制，其下垂控制方程表示为：
[004引 Vi_ref = Vrate-kiii;
[0049] Vi_ref、ki、ii分别为第i台储能单元的输出电压参考值、下垂系数、实际输出电流， Vrate为直流微电网的直流母线电压的设定值，一般选择系统的额定电压。为了弥补储能单 元下垂控制的固有缺陷，本发明增加了基于低带宽点对点的分布式二次控制，通过电压恢 复控制器和均流改善控制器，得到电压设定值Vrate的两个修正量Δ VII、Δ Vi2。其本质是通过 合理调节预先设定的电压设定值Vrate实现对系统电压的恢复同时提高各个储能单元之间 的均流效果。当增加了二次控制后储能单元的电压参考值关系式也即下垂控制关系式可表 示为：
[0050] Vi_ref = Vrate-kiii+A Vil+Δ Vi2;
[0051 ]其中，Δ vii、Δ vi2分别为电压设定值的电压恢复修正量和均流改善修正量。
[0052] 作为优选地，均流改善修正量Δ vi2的获取过程为：
[0053] 获取与第i台储能单元直接连接的或者通过分布式发电单元间接相连的共X台的 储能单元的均流改善参数，其中，第S台储能单元的均流改善参数包括下垂系数ksW及实际 输出电流is，l^X含M;
[0054] 依据均流改善参数W及本地的第i台储能单元与第S台储能单元的权重值ais通过 均流改善关系式得到均流改善初值A，其中，均流改善关系式为：
[0化5]
[0化6] 将均流改善初值经过PI控制器处理，得到均流改善修正量Δνι2。
[0057] 可W理解的是，假设运里与第i台储能单元直接连接的储能单元的个数为Xi台，第 i台储能单元通过分布式发电单元间接相连的储能单元的个数为X2台，贝化1+X2 = X，其中， XI、拉为整数。
[005引通过获得不同储能单元之间出力与下垂系数乘积的差Δ，然后经过PI控制器就可 W获得Δνι2,通过对电压设定值Vrate进行修正，实现改善不同储能单元之间按照下垂系数 进行出力分配的效果，如果任意两个储能单元的出力不是按照下垂系数进行分配的，则A 不为零，PI控制器则会不断调整A Vi2,直到所有储能单元按照下垂系数进行出力分配。
[0059] 另外，考虑到多台储能单元可能拥有不同的额定功率，且荷电状态（state of charge, SOC)存在差异。为了让额定功率大的储能单元拥有较大的充放电功率，让SOC高的 单元在放电时的输出功率较大(充电时功率较小）：
[0060] 作为优选地，下垂系数ki具体为：
[0061]
[0062] 其中，I imax为第i台储能单元的最大充放电电流，SOCi、SOCimax、SOCimin分别为第i台 储能单元的SOC值、SOC值的上限W及SOC值的下限，η为调节系数，1<0表示第i台储能单元 处于充电状态，1>〇表示第i台储能单元处于放电状态，SOCi(t=o)为第i台储能单元的初始 S0C值，Cl为第i台储能单元的容量。可见，本发明提供的下垂控制策略能够使储能单元之间 合理分配输出功率，不同S0C状态的储能单元会逐渐趋于平衡，提高了各储能电源之间按照 S0C和容量均流的效果，恢复了由于下垂控制所带来的电压偏差。
[0063] 可W理解的是，运里的调节系数η可W是用户根据直流微电网的规模和组成、储能 单元的组成W及数量等因素来进行设置。
[0064] 作为优选地，电压恢复修正量Δ vii的获取过程为：
[0065] 利用与第i台储能单元直接连接的相邻单元本地测量的直流母线电压W及第i台 储能单元直接连接的相邻单元的电压观测器得到的直流母线电压平均值，通过第i台储能 单元的电压观测器，得到当前直流母线电压平均值巧；
[0066] 最终所有电压观测器得到的直流母线电压平均值趋于同一个值，即系统真实的母 线电压的平均值。
[0067] 将第i台储能单元的当前直流母线电压平均值巧与直流微电网的直流母线电压的 设定值Vrate进行做差比较，并将差值经过PI控制器处理，得到电压恢复修正量Δ Vil。
[0068] 步骤S102:N台分布式发电单元中每一台分布式发电单元将本地测量的直流母线 电压W及从与其直接连接的相邻单元获取的Μ台储能单元输出电流标么值的平均值作 为控制模式切换的判断条件，W实现对Ν台分布式发电单元和Μ台储能单元的多源协调控 审IJ，其中，具体为第t台储能单元通过基于一致性算法的电流观测器得到的Μ台储能单 元输出电流标么值的平均值，1 < t < Μ。
[0069] 作为优选地，写.。.,的获取过程为：
[0070] 第t台储能单元利用与其直接连接的或者通过分布式发电单元间接相连的共Y台 的储能单元的实际输出电流标么值W及电流观测器得到的系统中Μ台储能单元输出电流标 么值的平均值，通过第t台储能单元的电流观测器得到当前Μ台储能单元输出电流标么值的 平均值fp,"，其中，1八含Μ。
[0071] 最终所有电流观测器得到的Μ台储能单元输出电流标么值的平均值会趋于同一个 值，即真实系统中所有储能单元的输出电流标么值的平均值。
[0072] 可W理解的是，为了实现储能单元与其他分布式电源之间的协调控制，避免由于 大规模的可再生能源的接入和其出力的不确定性，导致直流微电网在独立运行时出现能量 的不平衡，威胁系统稳定，需要利用电流观测器t得到的系统中各个储能出力与容量之比的 平均值，也即将Ip.u.t=it/Itmax作为基于一致性算法的电流观测器t的被观测对象，从而得 到标么值的平均值利用来对目前系统当中所有储能的出力状态进行衡量，当 1时，证明当前所有的储能均已按照最大功率充电，运时就需要其他可再生分布式 能源进行限功率控制。当ζ，.。,,* -}时，证明系统中至少存在一个储能单元没有W最大功率 充电，运时为了最大程度上利用可再生能源，各个可再生分布式能源依然采用ΜΡΡΤ控制。
[0073] 为了优先使用可再生能源产生的清洁电能，直流微电网内的分布式发电单元通常 工作在MPPT(Maximum化wer化int Tracking,最大功率点跟踪)模式下，当分布式发电单 元的输出功率大于负载的消耗功率W及储能单元的充电功率之和时，分布式发电单元会自 动转为限功率运行状态。为了保证其能在MPPT模式与限功率模式间平滑切换。根据从相邻 单元获得的及本地测量的直流母线电压作为判断条件实现两个模式之间的切换。
[0074] 作为优选地，第j台分布式发电单元的控制模式切换的控制表达式为：
[0075]
[0076] 其中，Pj_ref、Pj_MPPT_ref分别为第j台分布式发电单兀的实际输出功率参考值和在 MPPT控制模式下的输出功率参考值，V1H为N台分布式电源在两种模式切换时的电压阔值； V2H为通信故障情况下，直流母线电压的上限值；lp、li分别为第j台分布式发电单元的限流 PI控制器的比例系数和积分系数;尽_?·/为第j台分布式发电单元的电压观测器得到的当前 直流母线电压平均值，-a为与",的阔值，1 y < N。
[0077] 可见，直流微电网需优先使用可再生分布式单元产生的清洁能源，并能根据负荷 需求，自动调节可再生分布式发电单元的工作模式。
[0078] 具体地，请参照图4、图5和图6,其中，图4为本发明提供的一种储能单元分层控制 的结构示意图，图5为本发明提供的一种分布式发电单元的控制框图，图6为本发明提供的 一种分布式发电单元的运行曲线图。
[0079] 可W理解的是，储能单元利用电流观测器所获得的系统中各个储能出力与容量之 比的平均值4?,,用作表征储能目前的状态，作为分布式发电单元切换状态的判断条件，在 实际应用过程中可W选取-a = -0.95作为控制模式切换的口槛，其目的是为了防止系统中 的储能单元过度充电，通过上式可W得出，当可再生能源启动限功率控制时，可W将本地估 算的系统全局母线电压的平均值与母线额定电压Vrate做差，其差值经过PI控制后对预 先设定的电压点V1H进行修正，从而最终在最大程度上利用可再生能源的前提下，使系统母 线电压保持在额定值附近。
[0080] 作为优选地，上述-a可W为-0.95。
[0081] 当然，运里的-a还可W是其他数值，本发明在此不做特别限定，根据直流微电网的 具体情形进行设置。
[0082] 同时为了保证在通信故障的情况下，分布式发电单元依然可W对直流母线电压的 变化实现切换模式，设计一个口槛电压V1H作为切换的判断条件，运时可W通过预先设定的 下垂曲线限制输出功率，维持系统的能量平衡。
[0083] 作为优选地，该方法还包括：
[0084] 在对第i台储能单元按照下垂控制关系式进行下垂控制时，当第i台储能单元的 SOCi达到SOCimax时，将电流内环的电流参考值-I imax设定为0，将第i台储能单元的输出电流 标么值fpw;设定为-a，其中，S0Ci、S0Cimax分别为第i台储能单元的S0C值、S0C值的上限。
[0085] 作为优选地，N台分布式发电单元中每一台分布式发电单元通过无线的方式从与 其直接连接的相邻单元获取Μ台储能单元输出电流标么值的平均值
[00化]作为优选地，无线的方式具体为Zi浊ee或WiFi。
[0087] 当然，运里还可W采用其他无线的方式，本发明在此不作特别的限定。
[0088] 请参照图7,图7为本发明提供的一种直流微电网仿真通信结构示意图，为了实现 上述的多源协调控制，每个控制代理(储能控制单元或者分布式发电控制单元)需要与直接 连接的相邻的其他代理进行通信，所有单元的通信网络需要包含一个生成树从而实现对系 统全局母线电压的估算，同时为了实现储能控制单元之间按照下垂系数均流W及对储能出 力的估算，要保证所有储能控制代理之间也包含一个生成树，运就要求某些分布式发电控 审IJ单元作为信息的中继节点将其接收到的储能单元的下垂系数ki，实际输出电流ii，储能出 力与容量的比的平均值7,,,,，向其他单元传递。
[0089] 储能单元的通信内容主要包括:本地测量的母线电压VI，电压观测器i所得到的母 线电压全局的平均值馬，本地的下垂系数ki，实际输出电流ii，本地测量的输出电流标么值 Ip.u.t，通过电流观测器i得到的系统中各个储能出力与容量的比的平均值。
[0090] 可再生能源单元的通信内容主要包括:本地测量的母线电压VI，电压观测器i所得 到的母线电压全局的平均值，从其他单元接收到的储能单元的下垂系数ki，实际输出电流 ii，通过电流观测器i得到的系统中各个储能出力与容量的比的平均值
[0091] 为验证本发明提供的直流微电网多源协调控制方法的可靠性，请参照图8,图8为 本发明提供的一种直流微电网系统的仿真波形图。
[0092] 该直流微电网中各单元运行状态波形，从上至下分别为电网电价、直流母线电压、 并网变流器输入功率、光伏输出功率、储能单元输出功率和负荷功率波形。初始系统内负载 为IkW，分布式电源1、2均出力IKw，储能单元控制电压到额定值附近，1.1S，光伏1的出力增 加 2kW，运时，光伏启动限功率模式，控制电压恢复到额定值附近，3s时，光伏出力减少2kW， 运时光伏退出限功率控电压模式，储能控制直流母线电压。可W看出，在所有的模式切换过 程中母线电压一直保持稳定，维持在200V左右。
[0093] 可见，本发明利用点对点无线通信，每个控制单元仅与相邻的控制单元通信，根据 相邻控制单元W及本地的局部信息，对本地控制信息进行更新，在最大程度利用可再生能 源与直流母线电压无明显偏移的前提下，根据系统实时的能量平衡状态，通过对分布式发 电单元的控制模式进行平滑切换，实现直流微电网内多种分布式发电单元与储能单元的协 调控制，最终保证直流微电网系统的母线电压稳定在额定值，同时提高储能单元之间按照 S0C和容量的功率分配的效果，防止储能变流器的过载W及储能的过度放电或者充电。
[0094] 本发明提供的控制策略直流微电网多源协调控制方法，系统中各个控制单元通过 本发明所提出的控制方法不仅能够主动参与直流母线电压调节、维持母线电压稳定在额定 值，还能保证多个储能单元之间的功率根据容量和S0C进行合理分配。由于系统当中的各个 控制单元只需要与相邻控制单元进行通信，从而实现了变流器"即插即用"，适用于居民住 宅、商用楼宇等中、小型直流微电网系统中。
[00%]本发明提供了一种直流微电网多源协调控制方法，应用于直流微电网，该方法包 括第i台储能单元按照下垂控制关系式进行下垂控制，并采用电压恢复修正量和均流改善 修正量对直流微电网的直流母线电压的设定值进行修正，从而保证了在直流母线电压无明 显偏移的前提下，N台分布式发电单元中每一台分布式发电单元不仅将本地测量的直流母 线电压vパ乍为控制模式切换的判断条件，还将从与其直接连接的相邻单元获取的Μ台储能 单元中第t台储能单元通过基于一致性算法得到的电流观测器得到的Μ台储能单元输出电 流标么值的平均值fp?也作为控制模式切换的判断条件，也即，本发明在直流母线电压无明 显偏移的前提下，不仅根据当前的直流母线电压，还根据当前储能单元目前的充放电状态， 对分布式发电单元的控制模式进行平滑切换，实现了直流微电网内多种分布式发电单元与 储能单元的协调控制，有效减少了直流母线的电压的大范围的波动，最终保证了直流微电 网系统的母线电压稳定在额定值，提高了系统的电能质量。
[0096]需要说明的是，在本说明书中，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖 非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要 素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为运种过程、方法、物品或者设备 所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并不排除在 包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0097]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对运些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可W在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的运些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种直流微电网多源协调控制方法，应用于直流微电网，所述直流微电网包括交直 流负载、N台分布式发电单元和Μ台储能单元，其中，N台所述分布式发电单元和Μ台所述储能 单元的通信网络中至少包括一个生成树，Ν、Μ为正整数，其特征在于，该方法包括： Μ台所述储能单元均按照下垂控制关系式进行下垂控制，其中，第i台储能单元的下垂 控制关系式为 :Vi-ref - Vrate_kiii+ Λ Vil+ Λ Vi2 ; 其中，分别为所述第i台储能单元的输出电压参考值、下垂系数、实际输出电 流，Vrate为所述直流微电网的直流母线电压的设定值，A Vil、△ Vi2分别为所述电压设定值的 电压恢复修正量和均流改善修正量，1 < i 5M; N台所述分布式发电单元中每一台分布式发电单元将本地测量的直流母线电压以及从 与其直接连接的相邻单元获取的Μ台储能单元输出电流标么值的平均值1^1,作为控制模式 切换的判断条件，以实现对所述Ν台分布式发电单元和Μ台储能单元的多源协调控制，其中， 具体为第t台储能单元通过基于一致性算法的电流观测器得到的Μ台储能单元输出电 流标幺值的平均值，1 <t<M。2. 如权利要求1所述的直流微电网多源协调控制方法，其特征在于，第j台分布式发电 单元的控制模式切换的控制表达式为：其中，Pj_ref、Pj_MPPT_ref分别为第j台分布式发电单兀的实际输出功率参考值和在MPPT控 制模式下的输出功率参考值，V1H为N台所述分布式电源在两种模式切换时的电压阈值;V2H 为通信故障情况下，所述直流母线电压的上限值;lP、h分别为第诒分布式发电单元的限流 PI控制器的比例系数和积分系数;为第j台分布式发电单元的电压观测器得到的当前 直流母线电压平均值，-a为/^的阈值，1 < j < N。3. 如权利要求2所述的直流微电网多源协调控制方法，其特征在于，该方法还包括： 在对第i台储能单元按照下垂控制关系式进行下垂控制时，当所述第i台储能单元的 SOCi达到SOCimaJt，将电流内环的电流参考值-Iimax设定为0,将所述第i台储能单元的输出 电流标么值IP. u. i设定为-a，其中，SOCi、S0Cimax分别为所述第i台储能单元的S0C值、S0C值的 上限。4. 如权利要求1所述的直流微电网多源协调控制方法，其特征在于，所述均流改善修正 量A Vi2的获取过程为： 获取与所述第i台储能单元直接连接的或者通过分布式发电单元间接相连的共X台的 储能单元的均流改善参数，其中，第S台储能单元的均流改善参数包括下垂系数ks以及实际 输出电流i s，l<X<M; 依据所述均流改善参数以及本地的所述第i台储能单元与第s台储能单元的权重值ais 通过均流改善关系式得到均流改善初值A，其中，所述均流改善关系式为：将所述均流改善初值经过PI控制器处理，得到所述均流改善修正量△ Vi2。5. 如权利要求1所述的直流微电网多源协调控制方法，其特征在于，所述下垂系数1^具 体为：其中，Iimax为所述第i台储能单元的最大充放电电流，SOCi、SOCimax、SOC imin分别为所述第 i台储能单元的S0C值、S0C值的上限以及S0C值的下限，I < 0表示所述第i台储能单元处于充 电状态，I >0表示所述第i台储能单元处于放电状态，η为调节系数，S0Ci(t=Q)为所述第i台储 能单元的初始S0C值，(^为所述第i台储能单元的容量。6. 如权利要求1所述的直流微电网多源协调控制方法，其特征在于，所述电压恢复修正 量A Vil的获取过程为： 利用与所述第i台储能单元直接连接的相邻单元本地测量的直流母线电压以及所述第 i台储能单元直接连接的相邻单元的电压观测器得到的直流母线电压平均值，通过所述第i 台储能单元的电压观测器，得到当前直流母线电压平均值巧； 将所述第i台储能单元的当前直流母线电压平均值R与所述直流微电网的直流母线电 压的设定值进行做差比较，并将差值经过PI控制器处理，得到所述电压恢复修正量A Vil〇7. 如权利要求1所述的直流微电网多源协调控制方法，其特征在于，所述的获取过 程为： 第t台储能单元利用与其直接连接的或者通过分布式发电单元间接相连的共Υ台的储 能单元的实际输出电流标幺值以及电流观测器得到的系统中Μ台储能单元输出电流标幺值 的平均值，通过所述第t台储能单元的电流观测器得到当前Μ台储能单元输出电流标么值的 平均值，其中，8. 如权利要求1所述的直流微电网多源协调控制方法，其特征在于，Ν台所述分布式发 电单元中每一台分布式发电单元通过无线的方式从与其直接连接的相邻单元获取Μ台储能 单元输出电流标幺值的平均值。9. 如权利要求8所述的直流微电网多源协调控制方法，其特征在于，所述无线的方式具 体为 ZigBee 或 WiFi。10. 如权利要求2所述的直流微电网多源协调控制方法，其特征在于，-a具体为-0.95。
【文档编号】H02J1/10GK105870911SQ201610330000
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】陈安伟, 李继红, 池伟, 郭力, 张雪松, 张绍辉, 周金辉
【申请人】国网浙江省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司