[發明專利]一種基于虛擬發電機的直流微電網無通信均流方法

有效

• 申請號: 202110571979.8
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113193545B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 張勤進;張瀚文;劉彥呈;胡王寶;王洪來;于春來;郭昊昊;呂旭
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: H02J1/10
• 分類號: H02J1/10;H02J1/12;H02M3/158
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李馨

本發明提供一種基于虛擬發電機的直流微電網無通信均流方法，應用于虛擬直流發電機結構，所述虛擬直流發電機結構包括若干并聯設置的電源，任意所述電源通過雙向DC/DC變換器連接到直流母線上，所述DC/DC變換器與直流母線之間設置有線路阻抗；該方法包括：將虛擬直流發電機結構控制中的電樞電動勢前饋至電壓控制環節使所述電樞電動勢在穩態時保持定值，從而恢復虛擬阻抗的下垂作用，實現電流調節。本發明方法可在提高系統運行穩定性的同時，實現負載電流的精確分配，該方法中虛擬阻抗在自適應調節時，無需變換器之間進行通信。

技術領域

本發明涉及直流微電網運行控制技術領域，具體而言，尤其涉及一種基于虛擬發電機的直流微電網無通信均流方法。

背景技術

與交流微電網相比，直流微電網更適合于各種分布式能源的靈活接入，可以減少損耗和成本，提高發電和配電效率，沒有頻率和相位問題，其發展受到了廣泛關注。在直流微電網中，大多數分布式發電單元通過電力電子變換器連接到公共總線。如何在變換器之間實現準確的電流共享，同時又確保母線電壓的穩定性，這是直流微電網中的關鍵問題。

下垂控制是當前研究最廣泛的均流控制策略，它通過引入虛擬阻抗來調節電流分布。作為分布式控制的典型代表，下垂控制不需要依靠設備之間的通信，只需要本地信息即可實現自我管理和控制，從而提高了系統的可靠性和可擴展性。

然而，它在追求更高的均流精度和較小的電壓偏差之間存在固有的矛盾。為了解決這一問題，文獻《Adaptive?Droop?Control?Strategy?for?Load?Sharing?andCirculating?Current?Minimization?in?Low-Voltage?Standalone?DC?Microgrid》使用其自身和相鄰轉換器的數據來調整下垂系數，均流和壓降之間的矛盾可以消除，但控制策略相對復雜。文獻《An?improved?droop?control?method?for?dc?microgrids?based?onlow?bandwidth?communication?with?dc?bus?voltage?restoration?and?enhancedcurrent?sharing?accuracy》提出了一種改進的基于低帶寬通信的下垂控制方法。每個轉換器中使用平均電壓和電流控制器，以同時提高均流精度并恢復直流母線電壓。但是，這些方法需要轉換器之間大量交互信息。因此，文獻《Investigation?of?Nonlinear?DroopControl?in?DC?Power?Distribution?Systems:Load?Sharing,Voltage?Regulation,Efficiency?and?Stability》采用非線性控制方法來調節下垂系數，令下垂電阻為負載電流的函數，其值隨輸出電流的增加而增加。然而，以上文獻未考慮傳統電力電子設備缺乏慣性和阻尼的問題，當負載功率突然變化時，直流母線電壓仍然會受到較大影響。對此，虛擬直流電機(virtual?DC?motor,VDCM)控制通過模擬直流電機外特性，可以為系統提供額外的慣性和阻尼支撐，受到了越來越多的研究。文獻《Virtual?DC?machine:an?inertiaemulation?and?control?technique?for?a?bidirectional?DC–DC?converter?in?a?DCmicrogrid》以及文獻《A?virtual?DC?machine?control?strategy?for?dual?activebridge?DC-DC?converter》將虛擬直流電機控制應用于儲能和負載側的轉換器，以抑制母線電壓波動。但只考慮了級聯系統的穩定性，并未研究并聯系統的穩定控制以及電流分配問題。

因此為了能夠有效提高直流微電網運行的穩定性以及并聯系統的電流分配精度，令虛擬直流電機控制具備慣性特性和下垂特性，并在降低系統通信壓力的同時，使其避免傳統下垂控制存在的固有矛盾成為研究的關鍵。

發明內容