[發明專利]基于電流一致性的直流微網自適應下垂控制方法

有效

• 申請號: 202011491369.9
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112688295B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發明（設計）人: 韓楊;曾浩;徐吉瑞;王叢嶺;楊平;熊靜琪
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H02J1/00
• 分類號: H02J1/00;H02J1/10;H02M3/155;G06F17/11
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1.一種基于電流一致性的直流微網自適應下垂控制方法，該方法基于由6個升壓變換器組成的直流微電網系統； 6個BOOST變換器分別命名#1變換器，…，#6變換器，六個升壓變換器電路參數一致，區別在于各變換器輸出線路阻抗不同； 每一個變換器都通過開關并聯于直流母線，并且可以通過Switch1…Switch6進行變換器投切； 負載接入阻性負載與直流母線并聯，并且可以通過開關SwitchR投切改變負載大小； 所述的#1變換器到#6變換器控制主要分三部分； 第一部分是參考電壓補償，第二部分是各反饋電流的一致性迭代和下垂系數修正，第三部分是PI控制器構成的電壓電流雙環控制； 在負載情況不穩定、輸入電壓不穩定、變換器脫機復雜工況時，控制策略需要達到較好的控制效果，不能出現輸出振蕩、電流不均分，控制策略分為以下步驟：

S1、完成電氣量的采集，獲取母線電壓u_bus，然后和所設定的參考電壓值u_ref做比較，求差得到電壓控制誤差u_error1…u_error6；

S2、將S1步驟得到電壓控制偏差u_error1…u_error6分別送入PI控制器； #1變換器到#6變換器分別采用的是不同的六個PI控制器，六個控制器輸入相同的控制誤差電壓，輸出不同的補償量； #1變換器得到參考電壓補償量Δu₁，將參考電壓補償量Δu₁與原參考電壓值u_ref求和得到一個新的參考電壓值u_ref1； 同理，#2變換器到#6變換器經過PI控制器得到參考電壓補償量Δu₂…Δu₆，將參考電壓補償量Δu₂…Δu₆與原參考電壓值u_ref求和得到新的參考電壓值u_ref2…u_ref6； 產生新的參考電壓過程滿足式(1)：

S3、對于微網的6個升壓變換器，按照式(2)計算各個變換器的一次控制電壓環控制誤差u_{c_error_i}，步驟S3中下標i＝1…6； 每一個變換器的下垂系數K需要一個修正量ΔK_i，將各變換器的輸出電流i_i乘以下垂系數K和修正量ΔK_i的和K_i，得到droop_i，再將droop_i與S2步驟得到的新的電壓參考值u_refi做差得到新的各變換器電容電壓參考值u_i^*； 其中修正量ΔK_i是根據各變換器輸出電流i_i和一致性控制輸出i_Xi的差i_{error_i}經過PI控制器得到的輸出結果； 用得到的u_i^*減去電容電壓反饋值u_i得到各個變換器的電壓環控制誤差u_{c_error_i}；

S4、將S3步驟得到的電壓環控制誤差u_{c_error_i}，步驟S4中下標i＝1…6，經過PI控制器得到電流環的參考值，然后引入電感電流i_Li經過電流環得到輸出控制量d_i，然后將d_i送入三角波比較器，進行PWM調制，從而得到每一個升壓變換器開關管的控制信號PWM_i；

步驟S3中的電流一致性控制包括以下步驟：

S31、傳統離散一致性控制用如下公式描述：

x_i(k+1)＝x_i(k)+ε·∑_j∈Na_ij·(x_j(k)-x_i(k)) (3)

其中，k表示當前狀態，k+1表示下一個狀態，下標i表示第i個變換器的參數，x_i表示第i個變換器的狀態變量； a_ij表示第i個變換器和第j個變換器之間的連接狀態，a_ij＝1表示直流變換器相互連接； N表示所有可以與第i個變換器通信的數目和；

S32、在步驟S31中表示的離散一致性控制基礎上進行改進，確保在動態環境改變下的一致性收斂，改進后的電流一致性控制如公式(4):

公式(4)表示了進行一致性迭代產生一個一致性目標； 其中，k表示當前狀態，k+1表示下一個狀態，下標i表示第i個變換器的參數，x_i表示第i個變換器的電流狀態變量，作為一致性控制目標輸出； a_ij表示第i個變換器和第j個變換器之間的連接狀態，a_ij＝1表示直流變換器相互連接； N表示所有可以與第i個變換器通信的數目和,δ_ij表示累計誤差，x_i(0)表示第i個變換器的電感電流初始狀態變量，ε表示一個與通訊拓撲有關的常數權重；

S33、步驟S32中的迭代過程描述為矩陣形式如下：

其中，k表示當前狀態，k+1表示下一個狀態，狀態變量x表示一致性迭代輸出，W表示在考慮邊緣權重ε時的一個與通訊拓撲有關的權重矩陣，L表示一個與通訊網絡相關的拉普拉斯矩陣，I表示一個單位矩陣，如式(6)：

其中，a_ij表示第i個變換器和第j個變換器之間的連接狀態，a_ij＝1表示直流變換器相互連接，N表示全部通訊網絡個數，N_i表示與變換器i有關的指針；

S34、選擇直流微電網的通訊拓撲，選擇交叉通訊拓撲，在這種拓撲結構下拉普拉斯矩陣表達式如下：

S35、最終，一致性可控制迭代表達式如下所示：

其中，k表示當前狀態，x_eq表示最終一致性輸出量，W表示在考慮邊緣權重ε時的一個與通訊拓撲有關的權重矩陣，N表示全部通訊網絡個數，T表示矩陣轉置運算，1表示所有分量均等于1的向量。