[发明专利]一种用于多变换器协调运行的分布式控制方法和系统

说明书

本发明公开了一种用于多变换器协调运行的分布式控制方法和系统，属于电气工程领域。本发明通过对变换器之间的功率状态变量的偏差进行校正，实现了功率的精确分配；通过对变换器的功率分配调节修正量和与其通信的所有变换器的功率分配调节修正量的偏差进行加权求和，在相互作差中消除扰动和时延带来的误差，进一步消除了扰动和时延对控制精度的影响，同时保证了所有变换器得到的平均电压调节量之和始终为零；通过平均电压调节修正量对参考电压进行修正，由于所有变换器得到的平均电压调节量之和始终为零，实现对输出电压的平均值的准确调节。此外，通过精简电压控制结构，加快了整体响应速度。

技术领域

本发明属于电气工程领域，更具体地，涉及一种用于多变换器协调运行的分布式控制方法和系统。

背景技术

直流系统中往往存在多个变换器，多个变换器之间需要共同出力。目前直流系统中通常采用分层控制以协调多个变换器的运行。下垂控制被应用于一次控制层中实现功率分配和电压调节。然而，下垂控制器固有地遭受因下垂特性和线路电阻引起的电压偏差和功率分配不准确问题。因此，通常引入基于通信网络的二次控制来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间取得了平衡，较集中控制器而言，其在通信成本、灵活性以及可靠性等方面均具有显著的优势。在直流系统中，借助于与相邻控制器之间的点对点通信，分布式控制器可以对变换器进行调控实现对全局电压的调节和精确的功率分配，从而提升直流系统的性能。

在数字信号处理和信息交换过程中，干扰和时延是常见且不可避免的。它们会降低控制器的性能，并引入潜在的不稳定性。分布式控制依赖于相邻控制器的相互通信以实现其控制性能，同时本地也存在信号处理过程。因此，干扰和时延也将对分布式控制器的性能带来影响。对于现有的分布式控制方案，扰动表现为功率分配调节修正量和平均电压调节修正量的信号处理过程中，为非零的噪声信号或者非零的积分器初始值，而时延则表现为功率状态变量和功率分配调节修正量的信号通信过程中的随机传输延迟，以及功率分配调节修正量和平均电压调节修正量的信号处理过程中的随机处理延迟。

现有的分布式控制方案往往在理想通信情况下进行设计，忽视了实际系统中干扰和时延的影响，极大制约了分布式控制器的适用范围和有效性。虽有部分分布式控制方案考虑了非理想情况，但是缺乏对于扰动和时延的双重考虑，实现方案也较为复杂，需要大量计算资源用于扰动或者误差的消除，同时需求变换器间交换大量变量，通信成本高。同时，现有分布式控制器通常处于二次控制层，用于调节变换器内部下垂控制的工作点。受制于下垂控制器的响应速度，分布式控制器的控制性能难以提高。如何对分布式控制器和变换器内部控制器的整体控制结构进行优化，是提高分布式控制器动态性能的关键。

发明内容

针对现有分布式控制在扰动和时延下存在控制偏差的缺陷和改进需求，本发明提供了一种用于多变换器协调运行的分布式控制方法和系统，其目的在于采用集成扰动消除功能的分布式平均电压调节，在得到平均电压调节修正量的过程中，对系统中变换器的功率分配调节修正量进行了再次的信息交换与作差求和，一方面，扰动和时延带来的误差在相互作差中消除，另一方面，保证了所有变换器得到的平均电压调节量之和始终为零，从而使得平均电压调节依旧有效的同时克服了扰动和时延的影响，使所有变换器在存在扰动和时延时仍能够实现对输出电压的平均值的准确调节。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种用于多变换器协调运行的分布式控制方法，该方法用于调节直流系统中多个变换器的输出电压和输出功率，多个变换器的通信拓扑为网形，且每两个变换器之间的通信权重非负，该方法包括：

S1.对于每个变换器，对该变换器的功率状态变量和与其通信的所有变换器的功率状态变量的偏差进行加权求和，权值为变换器之间的通信权重，对和值进行误差校正后，得到该变换器的功率分配调节修正量；

S2.对于每个变换器，对该变换器的功率分配调节修正量和与其通信的所有变换器的功率分配调节修正量的偏差进行加权求和，权值为变换器之间的通信权重，得到该变换器的平均电压调节修正量；