帶有自適應阻抗二次調節的直流變換器下垂控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于直流變換器下垂控制技術領域。
【背景技術】
[0002] 在直流分布式供電系統、直流微電網中，通常存在多個發電單元并聯運行的情況。 常見的直流變換器并聯運行協調控制方法有主從控制法和下垂控制法。
[0003] 主從控制法設置一個主機并令其穩定系統的輸出電壓，其他并聯單元則通過高速 通訊線W從機方式運行。當主機或通訊線故障時，系統將無法繼續運行，且在變換器之間相 距較遠時，該方法實現困難。
[0004] 下垂控制方法簡單、無需通訊聯絡線、易擴展，可使直流供電系統內各單元W對等 方式運行，共同維持系統輸出電壓穩定。當某發電單元故障時，其他發電單元可W繼續運 行，可提高系統的冗余性和穩定性，因而更加適合應用在直流分布式供電系統和直流微電 網中。
[0005] 但下垂控制的缺點也是顯而易見的。直流下垂控制原理是將變換器輸出電流乘W下垂系數后加入到變換器電壓調節環路之中，相當于在變換器輸出端虛擬一個電阻，通過 增大變換器內阻的方式實現并聯變換器輸出電流的均分。采用下垂控制方法后，當下垂系 數選取過大時，并聯變換器的均流效果好，但是變換器的輸出電壓會因虛擬電阻較大而產 生較大的壓降；當下垂系數選取較小時，變換器輸出電壓更加接近其給定參考值，但是均流 效果會變差，尤其在變換器線纜阻抗差異較大時，并聯變換器的輸出電流會更加不均衡。綜 上所述，現有基于下垂控制的直流分布式供電系統和直流微電網中分布式發電單元會因線 纜阻抗差異造成下垂均流效果變差，并聯直流變換器的穩態和動態均流精度變低。
【發明內容】
[0006] 本發明是為了解決基于下垂控制的直流分布式供電系統和直流微電網中因分布 式發電單元線纜阻抗差異造成的下垂均流效果差，并聯直流變換器的穩態和動態均流精度 低的問題，現提供帶有自適應阻抗二次調節的直流變換器下垂控制方法。
[0007] 帶有自適應阻抗二次調節的直流變換器下垂控制方法，它包括W下步驟；二次控 制調節步驟和下垂控制步驟；
[000引二次控制調節步驟為：
[0009] 通過慢速通訊聯絡線采集直流分布式供電系統中各變換器的輸出電壓、電流和下 垂系數，然后分別求出該系統中變換器的輸出電壓平均量Vwg、輸出電流平均量iwg和下垂 系數平均量r。^;
[0010] 將輸出電壓平均量Vwg與母線電壓給定值Vuf作差后，對獲得的差值AV進行平均 電壓調節，獲得下垂曲線平移量5v;
[0011] 將輸出電流平均量iwg與第n個變換器的輸出電流iD。。作差后，對獲得的差值Ai進行平均電流調節，獲得第一中間變量Vi;
[0012] 將下垂系數平均量與下垂系數給定值作差后，對獲得的差值Ar進行平均 下垂系數調節，獲得第二中間變量V2;
[0013] 下垂控制步驟為；
[0014] 將中間變量Vi與中間變量V2的和與下垂系數給定值rtef相加，獲得下垂系數rDC。；
[0015] 將下垂系數r。。。與變換器n的輸出電流iw。相乘獲得第S中間變量V3;
[0016]將下垂曲線平移量5V與母線電壓給定值Vuf相加，獲得的和再與第S中間變量 V3作差，使得下垂方程的表達式為：
[0017]
【主權項】
1. 帶有自適應阻抗二次調節的直流變換器下垂控制方法，其特征在于，它包括以下步 驟：二次控制調節步驟和下垂控制步驟； 二次控制調節步驟為： 通過慢速通訊聯絡線采集直流分布式供電系統中各變換器的輸出電壓、電流和下垂系 數，然后分別求出該系統中變換器的輸出電壓平均量Vavg、輸出電流平均量iavg和下垂系數 平均量r avg; 將輸出電壓平均量Vavg與母線電壓給定值V 作差后，對獲得的差值Λ V進行平均電壓 調節，獲得下垂曲線平移量Sv; 將輸出電流平均量iavg與第η個變換器的輸出電流i Den作差后，對獲得的差值Λ i進行 平均電流調節，獲得第一中間變量V1; 將下垂系數平均量ravg與下垂系數給定值作差后，對獲得的差值Ar進行平均下垂 系數調節，獲得第二中間變量V2; 下垂控制步驟為： 將中間變量V1與中間變量V 2的和與下垂系數給定值r 相加，獲得下垂系數r Den; 將下垂系數rDen與變換器η的輸出電流i Den相乘獲得第三中間變量V 3; 將下垂曲線平移量八與母線電壓給定值V 相加，獲得的和再與第三中間變量V 3作 差，使得下垂方程的表達式為：
其中，為電壓外環的給定參考量，Gv(S)為平均電壓調節過程的傳遞函數，GJs)為 平均下垂系數調節過程的傳遞函數，GJs)為平均電流調節過程的傳遞函數； 完成直流變換器下垂控制。
2. 根據權利要求1所述的帶有自適應阻抗二次調節的直流變換器下垂控制方法，其特 征在于，在所有步驟之前，先進行如下步驟： 步驟一：保持變換器輸出電壓為給定參考值； 步驟二：根據變換器容量、數量和母線電壓允許范圍，設計下垂系數給定值； 步驟三：搭建系統慢速通訊網絡，實現各變換器能夠發送自身的電壓、電流和下垂系數 給其他變換器，同時能夠接收其余在線變換器的電壓、電流和下垂系數等信息。
3. 根據權利要求1所述的帶有自適應阻抗二次調節的直流變換器下垂控制方法，其特 征在于，所述直流變換器下垂控制方法還包括內環控制步驟，該步驟如下： 電壓外環的給定參考量與第η個變換器的輸出電壓vDen的差值發送至電壓控制環， 電壓控制環輸出第四中間變量V4; 第四中間變量V4與流經boost變換器二極管（D)的電流i。的差值發送至電流控制環， 電流控制環輸出的信號經過PWM發生器，用于驅動boost變換器的開關管。
4. 根據權利要求1所述的帶有自適應阻抗二次調節的直流變換器下垂控制方法，其特 征在于，直流分布式供電系統的輸出電壓平均量V avg、輸出電流平均量iavg和下垂系數平均 量ravg的表達式如下： V
/-I 其中，η為變換器的個數，i = 1，2, 3. . .，n，rDei為第i個變換器的下垂系數，i ^為第 i個變換器的輸出電流，vDM為第i個變換器的輸出電壓。
5. 根據權利要求1所述的帶有自適應阻抗二次調節的直流變換器下垂控制方法，其特 征在于，下垂曲線平移量δ V的表達式如下：
其中，s為拉普拉斯變換復變量，kvp為平均電壓調節器的比例參數，kvi為平均電壓調 節器的積分參數。
6. 根據權利要求1所述的帶有自適應阻抗二次調節的直流變換器下垂控制方法，其特 征在于，下垂系數rDen的表達式為：
其中，s為拉普拉斯變換復變量，為下垂系數調節器的比例參數；I^i為下垂系數調 節器的積分參數；I^p為平均電流調節器的比例參數；k &為平均電流調節器的積分參數。
7. 根據權利要求1所述的帶有自適應阻抗二次調節的直流變換器下垂控制方法，其特 征在于，Gv(S)為平均電壓調節過程的傳遞函數、GJs)為平均下垂系數調節過程的傳遞函 數和GJs)為平均電流調節過程的傳遞函數的表達式如下：
其中，為下垂系數調節器的比例參數，k η為下垂系數調節器的積分參數，k φ為平均 電流調節器的比例參數，Iccd為平均電流調節器的積分參數，k νρ為平均電壓調節器的比例參 數，kvi為平均電壓調節器的積分參數，s為拉普拉斯變換復變量。
【專利摘要】帶有自適應阻抗二次調節的直流變換器下垂控制方法，屬于直流變換器下垂控制技術領域。本發明是為了解決基于下垂控制的直流分布式供電系統和直流微電網中因分布式發電單元線纜阻抗差異造成的下垂均流效果差，并聯直流變換器的穩態和動態均流精度低的問題。本發明所述的帶有自適應阻抗二次調節的直流變換器下垂控制方法，目的是提高基于下垂控制的直流分布式供電系統和直流微電網中并聯直流變換器的穩態和動態均流精度。系統通過慢速通訊實時傳輸各并聯變換器的電壓、電流和下垂系數等參數，并在各變換器自身控制器中對下垂系數進行調節，最終使各并聯變換器的外特性阻抗相等；同時對下垂曲線進行平移調節，改善因下垂控制造成的母線電壓跌落。
【IPC分類】H02J1-10
【公開號】CN104753059
【申請號】CN201510191394
【發明人】王衛, 王盼寶, 楊旭, 孟尼娜, 吳炎, 徐殿國
【申請人】哈爾濱工業大學
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月22日