[發明專利]一種直流微網變流器的自適應分段下垂控制方法

有效

• 申請號: 202110055922.2
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112928746B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 劉增;趙普;劉進軍;王晴;趙穎
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02J1/00
• 分類號: H02J1/00;H02J1/10;H02M3/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李紅霖

本發明公開了一種直流微網變流器的自適應分段下垂控制方法，本發明通過在不同負載范圍內，設計不同的下垂特性曲線，在系統負載切換后，自適應的對下垂特性曲線進行平滑準確的切換，實現更好的控制效果，為工程應用提供了很好的參考價值。對變流器輸出特性曲線進行自適應平滑切換，為工程應用提供了很好的參考價值。本發明控制策略無需通訊，具有控制器復雜度低，可靠性高等優勢；并且具有很強的靈活性以及自適應性，可在允許的母線電壓偏差范圍內，有效提升分布式單元間功率均分效果；本發明能夠有效改善現有基于滯環的分段下垂控制策略的不足，從而大大提升了分段下垂工程應用的可能性。

技術領域

本發明屬于分布式直流微網協調控制研究領域，具體涉及一種直流微網變流器的自適應分段下垂控制方法。

背景技術

電是現代人類文明不可或缺的一部分，傳統發電主要依賴于煤、石油、天然氣等化石燃料，與之相伴的是環境污染，能源枯竭，溫室效應等一系列的問題。為此，基于光能、風能等可再生能源的微電網技術應運而生。現階段，微電網主要可分為直流微網和交流微電網兩大類，其中，直流微網以其更簡單的拓撲結構，更強的系統可控性，以及更大的電能傳輸容量等優勢得到了越來越多學者的青睞。

為了提高系統效率，延長分布式單元使用壽命，直流微網協調控制的一個重要目標之一就是能夠實現各個分布式單元輸出功率按其額定容量合理分配。各類方法中，下垂控制以其結構簡單，無需通訊，可靠性高等優勢，應用最為廣泛。但是傳統下垂控制采用固定下垂系數，因此存在功率均分效果與母線電壓跌落之間相互制約的不足。為解決這一問題，諸多學者致力于改進下垂控制策略的研究，現階段改進下垂控制策略主要可分為兩大類：基于通訊的控制策略以及無通訊控制策略。

針對基于通訊的控制策略，其控制目標的實現有賴于通訊線路，因此存在可靠性低，成本以及系統復雜度高等缺點，難以應用于實際。

針對無通訊控制策略，現階段主要分為3類：非線性下垂控制策略、基于線路電阻補償的改進下垂控制策略以及分段下垂控制策略。非線性下垂控制策略通過將傳統下垂控制中固定下垂系數用與變流器輸出電流有關的多項式替代，有效改善了重載情況下的控制效果，但在輕載段甚至中載段，功率均分效果相比于傳統下垂控制明顯變差。基于線路電阻補償的改進下垂控制策略通過對線路電阻測量估計之后進行反向補償，有效減小了線路電阻對于功率均分效果的影響。但在實際應用中，受測量誤差以及實際工況的影響，控制效果很難達到預期；此外，線路電阻的測量往往對直流微網的工作模式以及系統參數存在要求，例如系統需工作于并網模式或者直流母線電容需足夠大。分段下垂控制策略通過在不同的負載范圍內，靈活的設置不同的下垂特性曲線，實現更好的控制效果。相比于其他兩種控制策略，分段下垂控制具有更強的靈活性以及自適應性，但是，如何實現負載切換后，下垂特性曲線之間平滑準確地切換，成為了限制分段下垂實際工程應用的重要問題。現階段，不同下垂特性曲線之間的切換主要基于滯環特性，但是，該方法存在以下三方面不足：

1)滯環控制本質上屬于單點瞬態切換，對于結構復雜的直流微網系統，輸出特性曲線瞬間的跳變極易導致系統發生震蕩；

2)滯環寬度設計受限于輸出電流紋波峰峰值的影響，實際工況下，變流器元件參數受溫度等影響因素常會發生變化，當主電路參數變化時，輸出電流紋波峰峰值可能會超出了預設滯環寬度。此時，若變流器輸出電流恰好落在切換點附近，便會引起輸出特性曲線在兩條不同的特性曲線之間來回跳變，從而導致整個系統不穩定；

3)加入滯環控制后，為了保證由于下垂控制引起的母線電壓波動仍然在允許的范圍之內，在實際下垂曲線設計中需要將滯環寬度考慮在內，由此導致各段下垂特性曲線的等效下垂系數小于理想下垂系數值，從而削弱了各分布式單元間的功率均分效果。

以上不足，導致基于滯環的分段下垂控制策略難以應用于工程實際。

發明內容