[發(fā)明專利]一種直流微電網(wǎng)穩(wěn)定控制方法

有效

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• 申請日: 2016-12-05
• 公開（公告）號: CN106711993B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于晶榮;王越;王家明;于佳琪;韓華;粟梅
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學
• 主分類號: H02J1/12
• 分類號: H02J1/12
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 曹少華

直流微電網(wǎng)中，DC/DC變換器的輸入電壓、輸出電流和參考電壓的擾動對直流微電網(wǎng)母線電壓的穩(wěn)定性有著不可避免的影響。為了提高微電網(wǎng)的抗擾性，本專利提出一種基于無源判據(jù)的改進控制策略，即一種直流微電網(wǎng)穩(wěn)定控制方法；該控制策略在PI控制器基礎(chǔ)上加入一階高通濾波器(即準PID控制器)，分別保證輸入電壓和參考電壓到輸出電壓的無源性；在準PID控制器的輸出側(cè)疊加一個輸出電流反饋環(huán)，從而確保輸出電流到輸出電壓也即輸出阻抗的無源性。因此，本發(fā)明通過輸入電壓、輸出電流和參考電壓到輸出電壓的無源性即保障了直流微電網(wǎng)總線電壓在這三種擾動下的穩(wěn)定性，并搭建了光儲直流微電網(wǎng)仿真驗證了所提出策略的正確性和有效性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種直流微電網(wǎng)穩(wěn)定控制方法。

背景技術(shù)

隨著直流電源、儲能電池和直流耦合負載的廣泛應(yīng)用，直流微電網(wǎng)以其高效率、強魯棒性和低諧波等方面的突出優(yōu)勢，在可再生發(fā)電系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用前景。而恒功率負載(Constant Power Load，CPL)單元或者表現(xiàn)恒功率負載特性的儲能單元(EnergyStorage System，ESS)容易導致直流微電網(wǎng)不穩(wěn)定，故直流微電網(wǎng)的穩(wěn)定性問題一直以來都是提高其性能的重點難題。

阻抗匹配判據(jù)是目前直流微電網(wǎng)常用的一種穩(wěn)定性分析方法，在保證每個子系統(tǒng)的穩(wěn)定性的前提下，通過阻抗幅值比條件解決了獨立子系統(tǒng)級聯(lián)帶來的穩(wěn)定性問題，提供了一種處理直流微電網(wǎng)小信號穩(wěn)定性的簡單方法。然而，阻抗匹配判據(jù)是在假定了功率方向的前提下實現(xiàn)穩(wěn)定性分析，當系統(tǒng)因為運行模式的改變而改變源和負載的角色時，即功率方向改變時，原來的判定條件已經(jīng)不再適用，例如儲能模塊充放電模式切換時。

基于無源理論的穩(wěn)定性分析方法無需預先規(guī)定子模塊的角色，解決了阻抗匹配判據(jù)不適用于功率方向改變的情況。有文獻提出了基于無源的穩(wěn)定性判據(jù)(Passivity-BasedStability Criterion，PBSC)，通過引入正前饋控制使得系統(tǒng)無源，解決了采用Middlebrook判據(jù)帶來的人為保守性和ESAC判據(jù)對元件分組敏感等穩(wěn)定性難題。因為上述判據(jù)僅考慮了總線阻抗，所以并不能解決其他輸入擾動的情況。文獻[Y.Gu，W.Li，X.He，“Passivity-Based Control of DC Microgrid for Self-Disciplined Stabilization，”IEEE Trans.Power system，vol.30，no.5，pp.2623-2632，Sept 2016.]提出了一種自律穩(wěn)定的改進無源判據(jù)，用以解決可能存在欠阻尼振蕩的問題，同時保證變換器的無源性。該文獻在經(jīng)典PI控制方法的基礎(chǔ)上加入了電壓前饋環(huán)，使得系統(tǒng)滿足無源準則，但是也僅考慮了輸出電流擾動的情況。目前采用的PBSC判據(jù)主要通過判斷輸出阻抗/導納的無源性來判斷系統(tǒng)的無源性。但是在直流微電網(wǎng)中，直流電壓的穩(wěn)定性同時受參考電壓、輸入電壓和輸出電流的影響，這意味著必須同時保證參考電壓到輸出電壓是無源的、輸入電壓到輸出電壓是無源的、輸出電流到輸出電壓(即輸出阻抗)是無源的才能保證母線電壓的穩(wěn)定。

因此，有必要設(shè)計一種在輸入電壓、輸出電流和參考電壓三種擾動下仍能保持直流微電網(wǎng)總線電壓穩(wěn)定的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種直流微電網(wǎng)穩(wěn)定控制方法，該直流微電網(wǎng)穩(wěn)定控制方法能有效保障直流微電網(wǎng)穩(wěn)定運行。

發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種直流微電網(wǎng)穩(wěn)定控制方法，直流微電網(wǎng)為光儲微電網(wǎng)系統(tǒng)，包括4個部分：

(1)作為供電單元的帶光伏陣列的Boost變換器；

(2)儲能系統(tǒng)，所述的儲能系統(tǒng)為帶電池的雙向Buck/Boost變換器；

(3)直流負載，為帶電阻的Buck變換器，為恒功率負載；

(4)電阻負載；