[發明專利]一種基于一致性的直流電彈簧分布式控制方法及系統

有效

• 申請號: 201710366027.6
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107017615B
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 陳霞;石夢璇;孫海順
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10;H02J7/34
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 趙偉;李智

本發明公開了一種基于一致性的直流電彈簧分布式控制方法及系統，其系統包括一次控制單元和二次控制單元；其方法包括一次控制和二次控制；一次控制采用傳統的下垂控制；二次控制包括SoC控制和平均電壓控制，均采用一致性算法，使得DC?ESs出口處的平均母線電壓達到額定值，從而整體提升系統的電壓水平；并使得DC?ESs的輸出功率按SoC分配，避免單個儲能電池的過充或過放；本發明提供的方法解決了分散式控制存在控制誤差的問題，且不需要集中式控制所必需的中央控制器，實現了“即插即用”，提升了系統的靈活性、魯棒性和可拓展性，適于多DC?ESs并聯的直流微網系統；并可擴展到其他多電源并聯的微網系統的應用中，用于提升并聯型DC?ESs穩定直流母線電壓的效果以及優化電彈簧的工作條件。

技術領域

本發明屬于電氣工程技術領域，更具體地，涉及一種基于一致性的直流電彈簧分布式控制方法及系統。

背景技術

光伏電池(Photovoltaics，PVs)、燃料電池和風電等直流可再生能源的發展以及直流負載容量的增加推動了直流微網的快速發展，相比于交流微網，直流微網不存在同步、無功功率傳輸、諧波電流及逆變器損耗等問題，僅需要簡單的電力電子接口，就能夠實現更有效的電力傳輸。直流微網技術已廣泛應用于船舶系統，家庭用電系統和遠程通訊系統。但由于可再生能源存在間歇性，同時負載存在不可預測的波動，導致直流微網中可能出現瞬時的功率不平從而影響直流母線電壓的穩定。為平抑系統中的功率波動，保持供需平衡，通常會在孤立的微網中采用儲能裝置；而電彈簧(Electric Springs，ESs)是一種解決功率不平衡的新方法，能夠減小對儲能裝置的容量需求。

電彈簧最早是作為一種需求響應技術用于交流系統的電壓調整，后來拓展到功率調整，通過提供電壓和頻率支撐來提高微網的可靠性。研究表明，通過控制次要負載的功率實現功率平衡能有效減少儲能裝置的容量需求。直流電彈簧(DC Electric Springs，DC-ESs)與交流電彈簧一樣，串聯次要負載，在可再生能源功率波動或故障導致電壓跌落時，DC-ESs能夠將直流母線電壓維持在限定值以內，并聯DC-ESs較串聯DC-ESs有更快的響應速度。

在分布式網絡中，各個分布式電源處均需安裝DC-ES，多DC-ESs同時工作時，如不對并聯的多DC-ESs進行有效控制，會出現功率分配不合理，儲能電池過充或過放，母線電壓跌落等問題。現有直流微網中，通常采用集中式控制或分散式控制的方法來對電彈簧進行控制，但分散式控制存在較大誤差，集中式控制必需中央控制器，無法實現“即插即用”，系統的靈活性和可拓展性有局限。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于一致性的直流電彈簧分布式控制方法及系統，其目的在于解決現有分散式控制方法存在較大誤差，而集中式控制方法無法實現“即插即用”的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種基于一致性的直流電彈簧分布式控制方法，具體包括如下步驟：

(1)根據直流電彈簧單元的荷電狀態和輸出功率的采樣值，計算直流電彈簧的狀態變量；

(2)根據相鄰節點的平均電壓值以及本節點電壓的采樣值，計算本節點的平均電壓值；

(3)采用PI控制器，以第i個直流電彈簧的狀態變量和與之通信的第j個直流電彈簧的狀態變量的差值作為輸入信號，獲取用于調節荷電狀態的參考電壓修正量；

(4)采用雙積分控制器，以第i個節點的平均電壓v_avgi與參考電壓v_ref的差值作為輸入信號，獲取用于調節平均電壓的參考電壓修正量；

(5)將用于調節荷電狀態的參考電壓修正量、用于調節平均電壓的參考電壓修正量和參考電壓v_ref相加，形成一次控制的電壓給定值作為一次控制的輸入信號；