[发明专利]一种直流微电网功率变换器并联运行控制方法

摘要

本发明公开了一种直流微电网功率变换器并联运行控制方法，在功率变换器额定容量不一致、连接线路电阻不相同的条件下，各自的输出功率仍可得到精确分配，扩大了适用范围；系统抗干扰能力较强，在系统通信具有较大延时的情况下仍可稳定工作；储能单元与直流母线之间通过充放电开关的开断实现能量的相互传递，以维持直流母线电压稳定，实现原理简单、易于操作。

主权项

1.一种直流微电网功率变换器并联运行控制方法，所述直流微电网包括直流微源1、直流微源2、功率变换器1、功率变换器2、连接线路1、连接线路2、直流母线、直流负荷、充放电开关、储能单元、控制器1、控制器2、储能单元控制器；所述直流微源1、直流微源2输出的直流电能分别经所述功率变换器1、功率变换器2进行功率变换，两功率变换器的输出再分别经所述连接线路1、连接线路2传送至所述直流母线，为所述直流负荷供电，所述储能单元经所述充放电开关接至所述直流母线；直流微源发电量或直流负荷功率发生突变时，通过所述储能单元控制器控制所述充放电开关的关断，来控制所述储能单元对所述直流母线的充放电，进而维持所述直流母线电压稳定；所述功率变换器1、功率变换器2分别由所述控制器1、控制器2控制；具体控制方法为：(1)采集功率变换器1输出电压vdc1、功率变换器1输出电流idc1、功率变换器2输出电压vdc2、功率变换器2输出电流idc2、连接线路1电流io1、储能单元输出电压vdc*，并将这些电气量输入控制器1进行运算，得到功率变换器1控制信号，驱动功率变换器1进行功率变换；功率变换器1控制信号的计算过程如下：a、功率变换器1输出电压vdc1加上功率变换器2输出电压vdc2，再乘以1/2，得到功率变换器输出电压平均值vdc_ave；储能单元输出电压vdc*减去功率变换器输出电压平均值vdc_ave，得到的差值再乘以输出电压修正系数Gpiv，得到输出电压修正值δv；b、功率变换器1输出电流idc1除以电流分配系数k1得到idc1/k1，功率变换器2输出电流idc2除以电流分配系数k2得到idc2/k2，idc1/k1加上idc2/k2，再乘以1/2，得到功率变换器输出电流平均值idc_ave；c、idc1/k1减去功率变换器输出电流平均值idc_ave，得到的差值再乘以输出电流修正系数Gpic，得到输出电流修正值δi1；d、储能单元输出电压vdc*加上输出电压修正值δv，再减去输出电流修正值δi1，得出的值作为被减数；功率变换器1输出电流idc1乘以输出电流增益Glpf，再乘以控制器1的下垂系数Rd1，得到的乘积作为减数；被减数与减数作差，即为功率变换器1输出电压参考值vdc1*；e、功率变换器1输出电压参考值vdc1*减去功率变换器1输出电压vdc1，其差值经电压运算，得到电流参考值io1*；f、电流参考值io1*减去连接线路1电流io1，其差值经电流运算，再经PWM调制，即为功率变换器1控制信号；(2)采集功率变换器1输出电压vdc1、功率变换器1输出电流idc1、功率变换器2输出电压vdc2、功率变换器2输出电流idc2、连接线路2电流io2、储能单元输出电压vdc*，并将这些电气量输入控制器2进行运算，得到功率变换器2控制信号，驱动功率变换器2进行功率变换；功率变换器2控制信号的计算过程如下：g、功率变换器1输出电压vdc1加上功率变换器2输出电压vdc2，再乘以1/2，得到功率变换器输出电压平均值vdc_ave；储能单元输出电压vdc*减去功率变换器输出电压平均值vdc_ave，得到的差值再乘以输出电压修正系数Gpiv，得到输出电压修正值δv；h、功率变换器1输出电流idc1除以电流分配系数k1得到idc1/k1，功率变换器2输出电流idc2除以电流分配系数k2得到idc2/k2，idc1/k1加上idc2/k2，再乘以1/2，得到功率变换器输出电流平均值idc_ave；i、idc2/k2减去功率变换器输出电流平均值idc_ave，得到的差值再乘以输出电流修正系数Gpic，得到输出电流修正值δi2；j、储能单元输出电压vdc*加上输出电压修正值δv，再减去输出电流修正值δi2，得出的值作为被减数；功率变换器2输出电流idc2乘以输出电流增益Glpf，再乘以控制器2的下垂系数Rd2，得到的乘积作为减数；被减数与减数作差，即为功率变换器2输出电压参考值vdc2*；k、功率变换器2输出电压参考值vdc2*减去功率变换器2输出电压vdc2，其差值经电压运算，得到电流参考值io2*；l、电流参考值io2*减去连接线路2电流io2，其差值经电流运算，再经PWM调制，即为功率变换器2控制信号；(3)采集储能单元输出电压vdc*、直流母线电压vdc，输入储能单元控制器进行运算，储能单元控制器控制充放电开关的关断，具体控制方法为：将vdc*和vdc作比较，当vdc*＞vdc时，合上充放电开关为直流母线充电；当vdc*＝vdc时，断开充放电开关；当vdc*＜vdc时，合上充放电开关，直流母线为储能单元充电；维持控制系统的稳定具体包括如下步骤：所述直流微电网系统的简化模型得到式(Ⅰ)，其中，Rline1、Rline2分别为连接线路1、连接线路2的线路电阻，Rload为负载电阻式(Ⅰ)中，系数α1、α2、λ的值分别为：控制器1的控制模型为式(Ⅱ)，Gpi、Gc分别为电压控制传递函数、电流控制传递函数；闭环电压传递函数Gv可写为式(Ⅱ)控制器2的控制模型为式(Ⅲ)式(Ⅲ)中，输出电流增益Glpf为一低通滤波器，可写为式(Ⅳ)：式(Ⅳ)中，ωc为低通滤波器的截止频率；当控制器1的下垂系数Rd1和控制器2的下垂系数Rd2满足Rd1＝Rd2＝Rd时，联立式(Ⅰ)～式(Ⅳ)，可得式(Ⅴ)和式(Ⅵ)：式(Ⅴ)和式(Ⅵ)中Gd表示系统通信延时，可写为式(Ⅶ)：式(Ⅶ)中τ为延迟时间；式(Ⅴ)和式(Ⅵ)中参数A1、A2、B1、B2的具体表达式如下：A1＝k1k2GvGpiv+(α1k2+λk1Gd)GvGpic+2k2α1RdGvGlpf+2k1k2A2＝k1k2GvGpivGd‑(λk1+α1k2Gd)GvGpic‑2k1λRdGvGlpfB1＝k1k2GvGpivGd‑(λk2+α2k1Gd)GvGpic‑2k2λRdGvGlpfB2＝k1k2GvGpiv+(α2k1+λk2Gd)GvGpic+2k1α2RdGvGlpf+2k1k2；由式(Ⅴ)和式(Ⅵ)分析控制系统在通信延时和连接线路电阻取值发生变化条件下闭环主导极点位置，进而确定控制系统的稳定性。