[發明專利]一種用于多變換器協調運行的分布式控制方法和系統

有效

• 申請號: 202110062213.7
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112865064B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 陳霞;周建宇;石夢璇;文勁宇
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;國網湖北省電力有限公司
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10;H02J1/14;H02M3/156
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 胡秋萍;李智

本發明公開了一種用于多變換器協調運行的分布式控制方法和系統，屬于電氣工程領域。本發明通過對變換器之間的功率狀態變量的偏差進行校正，實現了功率的精確分配；通過對變換器的功率分配調節修正量和與其通信的所有變換器的功率分配調節修正量的偏差進行加權求和，在相互作差中消除擾動和時延帶來的誤差，進一步消除了擾動和時延對控制精度的影響，同時保證了所有變換器得到的平均電壓調節量之和始終為零；通過平均電壓調節修正量對參考電壓進行修正，由于所有變換器得到的平均電壓調節量之和始終為零，實現對輸出電壓的平均值的準確調節。此外，通過精簡電壓控制結構，加快了整體響應速度。

技術領域

本發明屬于電氣工程領域，更具體地，涉及一種用于多變換器協調運行的分布式控制方法和系統。

背景技術

直流系統中往往存在多個變換器，多個變換器之間需要共同出力。目前直流系統中通常采用分層控制以協調多個變換器的運行。下垂控制被應用于一次控制層中實現功率分配和電壓調節。然而，下垂控制器固有地遭受因下垂特性和線路電阻引起的電壓偏差和功率分配不準確問題。因此，通常引入基于通信網絡的二次控制來修改一次控制的操作。二次分布式控制在控制器性能和通信要求之間取得了平衡，較集中控制器而言，其在通信成本、靈活性以及可靠性等方面均具有顯著的優勢。在直流系統中，借助于與相鄰控制器之間的點對點通信，分布式控制器可以對變換器進行調控實現對全局電壓的調節和精確的功率分配，從而提升直流系統的性能。

在數字信號處理和信息交換過程中，干擾和時延是常見且不可避免的。它們會降低控制器的性能，并引入潛在的不穩定性。分布式控制依賴于相鄰控制器的相互通信以實現其控制性能，同時本地也存在信號處理過程。因此，干擾和時延也將對分布式控制器的性能帶來影響。對于現有的分布式控制方案，擾動表現為功率分配調節修正量和平均電壓調節修正量的信號處理過程中，為非零的噪聲信號或者非零的積分器初始值，而時延則表現為功率狀態變量和功率分配調節修正量的信號通信過程中的隨機傳輸延遲，以及功率分配調節修正量和平均電壓調節修正量的信號處理過程中的隨機處理延遲。

現有的分布式控制方案往往在理想通信情況下進行設計，忽視了實際系統中干擾和時延的影響，極大制約了分布式控制器的適用范圍和有效性。雖有部分分布式控制方案考慮了非理想情況，但是缺乏對于擾動和時延的雙重考慮，實現方案也較為復雜，需要大量計算資源用于擾動或者誤差的消除，同時需求變換器間交換大量變量，通信成本高。同時，現有分布式控制器通常處于二次控制層，用于調節變換器內部下垂控制的工作點。受制于下垂控制器的響應速度，分布式控制器的控制性能難以提高。如何對分布式控制器和變換器內部控制器的整體控制結構進行優化，是提高分布式控制器動態性能的關鍵。

發明內容

針對現有分布式控制在擾動和時延下存在控制偏差的缺陷和改進需求，本發明提供了一種用于多變換器協調運行的分布式控制方法和系統，其目的在于采用集成擾動消除功能的分布式平均電壓調節，在得到平均電壓調節修正量的過程中，對系統中變換器的功率分配調節修正量進行了再次的信息交換與作差求和，一方面，擾動和時延帶來的誤差在相互作差中消除，另一方面，保證了所有變換器得到的平均電壓調節量之和始終為零，從而使得平均電壓調節依舊有效的同時克服了擾動和時延的影響，使所有變換器在存在擾動和時延時仍能夠實現對輸出電壓的平均值的準確調節。

為實現上述目的，按照本發明的第一方面，提供了一種用于多變換器協調運行的分布式控制方法，該方法用于調節直流系統中多個變換器的輸出電壓和輸出功率，多個變換器的通信拓撲為網形，且每兩個變換器之間的通信權重非負，該方法包括：

S1.對于每個變換器，對該變換器的功率狀態變量和與其通信的所有變換器的功率狀態變量的偏差進行加權求和，權值為變換器之間的通信權重，對和值進行誤差校正后，得到該變換器的功率分配調節修正量；

S2.對于每個變換器，對該變換器的功率分配調節修正量和與其通信的所有變換器的功率分配調節修正量的偏差進行加權求和，權值為變換器之間的通信權重，得到該變換器的平均電壓調節修正量；