一种交直流混合微电网直流母线电压控制方法

摘要

本发明涉及一种交直流混合微电网直流母线电压控制方法，在并网状态下AC/DC潮流控制器调节直流母线电压，将并网模式下直流母线电压以设定电压值U

说明书

技术领域

本发明涉及智能电网技术领域，尤其涉及一种适用于交直流混合 微电网直流母线电压自主偏差稳定控制的方法。

背景技术

单一的直流微电网或者交流微电网都难以满足各种负荷的高效 用电需求，从而产生了将交流微电网和直流微电网集成的交直流混合 微电网。采用交直流混合的供电模式更有利于整合各种分布式发电， 形成若干交直流混合微电网与大电网协调工作的局面，也是目前解决 高密度分布式能源接入并提高其能量利用效率的最有效途径之一。但 是交直流混合微电网的系统结构较复杂，控制目标较多，增加了系统 稳定运行和协调控制的难度和复杂性，特别是交直流混合微电网的直 流母线电压稳定控制问题是一个难点之一。

现有技术中有提出用电压双闭环控制算法来实现对直流母线电 压控制的方法，在这种情况下如果针对直流母线电压波动就调节，就 会使得AC/DC潮流控制器充放电频繁增加系统的不稳定性。

因此，亟需一种方案用来解决这一问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种交直流混合微电网直流母线电压控制 方法，用以解决现有技术中控制直流母线电压调节时充放电频繁增加 系统不稳定性的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种交直流混合微电网直流母线电压控制方法，交直流混合微电 网系统包括子直流微电网和子交流微电网，子直流微电网包括直流母 线，直流母线通过AC/DC潮流控制器连接到子交流微电网的交流母 线上；在并网运行状态下所述子直流微电网直流母线电压的控制方法 如下：

AC/DC潮流控制器控制调节直流母线电压，将并网模式下直流 母线电压以设定电压值U_dc为基准分为逆变模式、空闲模式和整流模 式三个区间段，其中逆变模式的电压区间范围是[U_dc-ref01，U_dc-ref02]， 空闲模式的电压区间范围是[U_dc-ref011，U_dc-ref01],整流模式的电压区间范 围是[U_dc-ref022，U_dc-ref011]；按照下垂控制特性控制，逆变模式调节直流 母线电压下降，空闲模式对直流母线电压不调节，整流模式调节直流 母线电压升高。

具体的，AC/DC潮流控制器的一种下垂控制特性如下：

进一步的，当交直流混合微电网处于离网状态时，DC/DC控制 器控制调节直流母线电压：当直流母线电压处于区间[V_{dc_ref}+ΔV_{dc_ref1}， V_{dc_ref}-ΔV_{dc_ref1}]时，电压控制主导权自动过渡到接入蓄电池的DC/DC 变换器；当直流母线电压处于区间[V_{dc_ref}+ΔV_{dc_ref1}，V_{dc_ref}+ΔV_{dc_ref2}]或 [V_{dc_ref}-ΔV_{dc_ref1}，V_{dc_ref}-ΔV_{dc_ref2}]时，电压控制主导权自动过渡到接入超 级电容的DC/DC变换器；其中V_{dc_ref}为DC/AC潮流控制器的稳定电 压设定值。

本发明提供的一种适用于交直流混合微电网直流母线电压控制 的方法，通过在并网模式下增加了空闲模式，使得直流母线电压在偏 离设定值一定范围后才开始调节，避免了直流母线电压一有波动就调 节的频繁充放电，增加了系统的稳定性，延长了AC/DC潮流控制器 的使用寿命。

同时系统采用两级式的母线电压控制方法，有利于电力电子装置 的上期运行，提高了效率。

附图说明

图1是直流母线电压控制流程图；

图2是并网模式下AC/DC稳定直流母线电压下垂特性；

图3是交直流混合微电网拓扑结构图；

图4是两级式DC/DC与DC/AC潮流控制器接入系统结构图；

图5是并网状态下直流母线电压自主控制逻辑图；

图6是交直流混合微电网离网状态下直流母线电压自主控制结 构图；

图7是偏差控制转恒功率环直流母线电压自主控制试验波形；

图8是空载离网转并网切换直流母线电压自主控制波形。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

本发明针对交直流混合微电网中，两级式潮流变换器实时监测直 流母线电压，自动进行充放电逻辑状态转换。

下面重点对并网模式下AC/DC潮流控制器对直流母线电压的自 主调节做出详细说明：

如图1所示，本发明为了避免AC/DC潮流控制器频繁的充放电， 关于直流母线电压的下垂特性，设计了一个空闲模式，当直流母线电 压在U_dc-ref011≤U_dc≤U_dc-ref01时，AC/DC潮流控制器处于逆变模式，以将 直流母线系统中多余功率送到交流系统中；当电压在 U_dc-ref011≤U_dc≤U_dc-ref01时，AC/DC潮流控制器处于空闲模式，不充不放； 当电压处于U_dc-ref022≤U_dc≤U_dc-ref011时，AC/DC潮流控制器自行进行整流 模式以弥补直流母线电压功率缺额。并网模式下直流母线电压的 AC/DC潮流控制器下垂控制特性可以具体表示如下：

关于逆变模式和整流模式，本实施例中，采用上面的下垂特性公 式，作为其他实施方式，也可以采用其他类型的下垂特性公式，比如 现有技术中的各种下垂特性。

如图2所示，交直流混合微电网主要由子直流微电网和子交流微 电网两部分组成，其中子直流微电网包括直流母线、连接到直流母线 上的模拟负载、电动汽车充换电站、以及分别通过一个DC/DC控制 器连接到直流母线的蓄电池和超级电容，直流母线通过AC/DC潮流 控制器连接到子交流微电网的交流母线上。子交流微电网由交流母线， 连接到交流母线上的模拟负载、燃气轮机、风机、负载、模拟电网组 成，交流母线与大电网之间设有一个用于切换混合微电网与大电网连 接的PCC点。

如图3所示，给出了DC/DC电流变换器以及AC/DC潮流变换器 接入混合微电网系统的结构原理图。超级电容和蓄电池分别连接到一 个DC/DC控制器上，然后并联到直流母线上，直流母线的正负之间 并有一个电容器，采集电容器两端的电压U_dc和直流母线上的电流i_dc； 进而直流母线连接到AC/DC潮流控制器上，AC/DC潮流控制器连接 到交流母线上进而通过三相变压器和PCC点连接到大电网。

首先将采集到的直流母线电压首先送入

判定AC/DC潮流控制器应该处于逆变模式、空闲模式或者是整流模 式，将判定完成后计算的功率P_{dc_ref}进行变换得到设定电流值i_{dc_ref}， 设定电流值i_{dc_ref}与直流母线电流i_dc共同送入比例调节器得到大电网 电流设定值i_{d_ref}，将大电网电流设定值和从大电网反馈回来后经过 DQ变换的电流值i_d共同送入比例积分调节器，将得到的值进行 abc/dq变换，将得到的值变换成SVPWM信号，进而调控AC/DC潮 流控制器。

具体的来说，如图4所示，在交直流混合微电网并网模式下，直 流母线电压的控制权由AC/DC来进行稳定控制，此时铅酸蓄电池以 及超级电容的DC/DC变流器的直流电压环处于饱和状态，功率控制 环开放。

当直流微电网内部功率供大于求时，即DC/DC处于充电模式下， 这会导致直流母线电压的电压值上升。当直流母线系统功率波动超过 一定范围时，直流母线电压超过稳定值V_{dc_ref}时，此时AC/DC潮流 变换器经PI控制环输出为I_{d_ref}，此值电流内环以及DQ变换，最终 产生SVPWM信号送入到AC/DC潮流控制器，使得AC/DC潮流控 制器处于逆变模式，将多余电能逆变到交流侧，当直流母线电压重新 回到V_{dc_ref}时，AC/DC停止工作。

当DC/DC处于放电模式，直流母线内部功率供不应求时，直流母 线电压下降，当低于V_{dc_ref011}时，此时经过AC/DC电压环的PI控制 输出为I_{d_ref},此值经过电流内环以及DQ变换，最终产生SVPWM信 号送入到AC/DC潮流控制器，使得AC/DC潮流控制器处于整流模式， 使得交流侧输出电流对直流母线电压进行充电，当直流母线电压回到 V_{dc_ref}时，AC/DC停止工作。

交直流混合微电网中对直流母线电压的调节还包括离网模式。本 实施例中，离网模式可以采用现有技术中的控制策略。

实施例2

本实施例中，关于并网时的控制模式，与实施例1中的并网模式 相同。不同仅在于离网时的控制模式。下面具体进行说明。

如图5所示，具体过程如下：首先检查交直流混合微电网是否处 于并网运行状态，如果交直流混合微电网处于并网运行状态，则 AC/DC潮流控制器起作用，将直流母线电压稳定为电压设定值U_{dc_ref}； 此时DC/DC控制器的直流电压环因为PI调节器中积分项影响，处于 饱和状态，对直流母线电压稳定调节不起作用；如果交直流混合微电 网处于脱网运行状态，则此时查看直流微电网中的DC/DC控制器是 否处于充电状态；如果DC/DC控制器没有处于充电状态，且此时直 流母线电压低于V_{dc_ref}-ΔV_{dc_ref1}，指令为V_{dc_ref}-ΔV_{dc_ref1}的控制环退出 饱和，电压控制主导权自动过渡到蓄电池的DC/DC控制器，如果直 流母线电压继续降低到低于V_{dc_ref}-ΔV_{dc_ref2}的值，则指令为V_{dc_ref}- ΔV_{dc_ref1}的控制环退出饱和，电压控制主导权自动过渡到超级电容的 DC/DC控制器；如果DC/DC控制器处于充电状态，且此时直流母线 电压超出V_{dc_ref}+ΔV_{dc_ref1}的值，则此时直流为V_{dc_ref}+ΔV_{dc_ref1}的控制环 退出饱和，电压控制主导权自动过渡到蓄电池的DC/DC控制器；如 果此时直流母线电压继续升高到超出V_{dc_ref}+ΔV_{dc_ref2}的值，则此时指 令为V_{dc_ref}+ΔV_{dc_ref2}的控制环退出饱和，电压控制主导权自动过渡到 超级电容的DC/DC控制器。上述实施例1对并网模式下直流母线电 压的调节已经做出了详细的说明，下面主要详细解释离网模式下直流 母线电压的调节：

交直流混合微电网中直流母线一侧接AC/DC，另一侧接铅酸蓄 电池DC/DC，超级电容DC/DC以及直流负荷。

如图6所示，在交直流混合微电网与大电网PCC点断开后，直 流母线电压的控制权从AC/DC潮流控制器转到DC/DC控制器来控制， 设铅酸蓄电池DC/DC控制的直流母线电压稳定值区间为 [V_{dc_ref}+ΔV_{dc_ref1}，V_{dc_ref}-ΔV_{dc_ref1}]，超级电容DC/DC控制的直流母线电 压稳定值区间为[V_{dc_ref}+ΔV_{dc_ref2}，V_{dc_ref}-ΔV_{dc_ref2}]，并且ΔV_{dc_ref1}<ΔV_{dc_ref2}且-ΔV_{dc_ref2}<-ΔV_{dc_ref1}。

当DC/DC控制器处于充电模式，即直流母线系统中有剩余功率 时，直流母线电压就会逐步提升，则此时指令为V_{dc_ref}+ΔV_{dc_ref1}的控 制环退出饱和，电压主导权自动过渡到接入蓄电池的DC/DC控制器 控制；当给铅酸蓄电池侧充电的端电压达到最大值，此时直流母线电 压超过铅酸蓄电池DC/DC控制器稳定的电压上线值V_{dc_ref}+ΔV_{dc_ref1}， 铅酸蓄电池DC/DC控制就转为恒压限流充电模式，不再稳定直流母 线电压，直流母线电压继续上升，超级电容DC/DC控制器的直流电 压环此时退出饱和，进行稳定直流母线电压；当DC/DC都处于放电 模式，则直流电压降低，指令为V_{dc_ref}-ΔV_{dc_ref1}的控制环退出饱和， 电压主导权自动过渡到接入蓄电池的DC/DC控制器控制；当电压下 降到V_{dc_ref}-ΔV_{dc_ref1}以下时，直流母线的稳定控制自动转到超级电容所 接DC-DC来稳定。这样就实现了离网模式下的直流母线电压的自主 电压稳定控制。

关于离网模式和并网模式的判断，属于现有技术，故在此不再赘 述。

下面是对本发明所提供交直流混合微电网直流母线电压控制方 法的具体验证：

如图7所示，首先是对DC/AC潮流控制器稳定电压的电压值进 行设定，在此设定该稳定电压值为700V，则铅酸蓄电池DC/DC控制 器的稳定电压设定值V_{dc_ref}+ΔV_{dc_ref1}为730V，V_{dc_ref}-ΔV_{dc_ref1}为670V， 超级电容DC/DC控制器的稳定电压设定值V_{dc_ref}+ΔV_{dc_ref2}为760V， V_{dc_ref}-ΔV_{dc_ref2}为640V。

当电网处于并网模式时，DC/AC潮流控制器将直流母线电压调 控在稳定电压700V。但在交直流混合微电网从并网模式转换成离网 模式时，DC/DC控制器恒功率放电1KW，则AC/DC潮流控制器停 机不工作，此时铅酸蓄电池DC/DC控制器的偏差电压环起调节作用， 功率环进入饱和状态，直流母线电压稳定在730V。在实验波形中的 a点，交直流混合微电网从离网转换成并网状态，此时DC/AC潮流 控制器启动，夺回对直流母线电压的控制权，重新将直流母线电压调 节成700V；而DC/DC潮流控制器偏差电压环饱和，功率环逐渐退出 饱和，且放电1KW。

如图8所示，当初始状态即为离网模式时，此时直流母线电压由 铅酸蓄电池的DC/DC控制器稳定在670V，当AC/DC潮流控制器接 收到并网指令时，闭合PCC开关，在从离网转并网的过程中，DC/DC 电压环饱和，功率环退出饱和，DC/AC潮流控制器逐步夺回直流母 线电压的控制权，将母线电压稳定在700V，系统切换至并网运行模 式。

以上给出了本发明具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的 实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易 想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且 起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也 基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这 种技术方案仍落入本发明的保护范围内。