[發明專利]直流配電網的魯棒下垂控制裝置和方法

有效

• 申請號: 201610114523.8
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN105656021B
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 帥智康
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 李相雨

技術領域

本發明涉及下垂控制技術領域，具體涉及一種直流配電網的魯棒下垂控制裝置和方法。

背景技術

隨著傳統化石能源的日益枯竭與日漸增加的環境壓力，能源結構正經歷著以傳統能源為主向可再生能源調整的過渡期。我國幅員遼闊，風能資源、海洋資源及生物能資源豐富，這為我國的能源結構調整提供了基本的前提。

新能源的分散特性使其更適用于以微電網的形式作為分布式電源向負載供電。日常生活中種類眾多的電器設備實質還是直流電驅動，常見的分布式電源可直接生產或間接簡單變換成直流形式電能。以直流形式向負載提供能電能可以節省大量整流、逆變環節，因此可以顯著降低成本和損耗。然而，采用分布式電源帶來的問題之一就是各自發電單元所生產的電能需要通過DC-DC變換器分別并入直流配電網，目前的DC-DC變換器并聯方式主要可以分為三種：集中控制方式、主從控制方式、分散式控制方式。其中，集中控制方式和主從控制方式需要通信線路進行通信，以協調各DC-DC變換器的正常工作。但是一旦通信失敗，所組成的直流配電網則將無法正常工作。結合分布式電源的特點，無主從控制的分散式控制方式可以解決集中控制方式和主從控制方式中單臺DC-DC變換器故障將導致系統癱瘓的問題，可以提高直流配電網的可靠性。分散式控制方式又可以分為有互連線控制方式和無互聯線控制方式，其中無互聯線控制方式主要是指下垂控制方式。下垂控制方式即各DC-DC變換器采用外特性下垂的控制方式，使輸出外特性趨于一致，以達到均流的目的。因此下垂控制方式在微電網中的應用得到了廣大學者的關注。從理論上來說，下垂控制方式可以實現DC-DC變換器之間電流的均流控制。盡管下垂控制方式能有效解決各DC-DC變換器的并聯問題，但仍存在以下問題：

(1)由于線路阻抗的存在，線路阻抗的不平衡影響負荷功率在多臺DC-DC變換器之間的均分，因此導致電流分配精度較低；

(2)下垂控制方式由于下垂系數的影響，依舊存在有母線電壓下降幅度過大和DC-DC變換器間環流抑制不理想的問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是現有技術中線路阻抗的不平衡影響負荷功率在各DC-DC變換器之間的均分、母線電壓下降幅度過大和DC-DC變換器間環流抑制不理想。

為解決上述技術問題，本發明提出了一種直流配電網的魯棒下垂控制裝置和方法。

第一方面，該裝置包括：魯棒直流控制器、下垂控制器、積分模塊、PI控制器及脈寬調制驅動器，其中：

所述魯棒直流控制器，連接所述積分模塊，用于將直流配電網中直流母線側的負載電壓與預設的目標參考電壓作差，將得到的差值與魯棒系數相乘，并將得到的乘積輸出至所述積分模塊；

所述下垂控制器，連接積分模塊，用于將直流配電網中DC-DC變換器的輸出電流經LC濾波器濾波后得到的電流值與下垂系數相乘得到電壓下垂值，并將所述電壓下垂值發送至積分模塊；

所述積分模塊，連接至所述PI控制器，用于將所述魯棒直流控制器輸出的乘積與所述下垂控制器輸出的電壓下垂值作差，將得到的差值進行積分，并將得到的積分輸出至所述PI控制器；

所述PI控制器，連接至所述脈寬調制驅動器，用于將所述積分與所述DC-DC變換器的輸出電壓作差，對差值進行PI運算，得到第一電流值；并將該第一電流值與所述DC-DC變換器的輸出電流作差，將得到的差值進行PI運算，得到第一電壓信號，并將該第一電壓信號輸出至所述脈寬調制驅動器；

所述脈寬調制驅動器，用于生成鋸齒波信號，并將該鋸齒波信號與所述第一電壓信號進行比較運算，得到用于所述DC-DC變換器內開關管開閉的控制信號。

可選的，所述脈寬調制驅動器包括鋸齒波發生器和比較器，其中：

所述鋸齒波發生器用于生成所述鋸齒波信號；

所述比較器用于將所述鋸齒波信號與所述第一電壓信號進行比較運算，得到用于所述DC-DC變換器內開關管開閉的控制信號。

可選的，所述比較器具體用于：將在所述第一電壓信號大于或等于所述鋸齒波信號幅值的時間段內生成用于所述DC-DC變換器內開關管關斷的控制信號，將在所述第一電壓信號小于所述鋸齒波信號幅值的時間段內生成用于所述DC-DC變換器內開關管閉合的控制信號。

可選的，所述PI控制器包括外環電壓環和內環電流環，其中：

所述外環電壓環，用于將所述積分與所述DC-DC變換器的輸出電壓作差，對差值進行PI運算，得到第一電流值；