一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于微網(wǎng)控制領域，設及一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化系統(tǒng)及方 法。
【背景技術】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，人們對于能源的需求也越來越大，傳統(tǒng)的能源因為不 可再生，并且會導致很多環(huán)境問題，比如霧霸、溫室效應等問題，促使人們?nèi)ふ倚履茉慈?代一部分傳統(tǒng)能源的消耗。
[0003] 典型的新能源有太陽能、風能等，但該些能源由于受大自然條件的限制，要得到高 效穩(wěn)定的能源比較困難，為此近年來有學者提出了微網(wǎng)的概念。
[0004] 微網(wǎng)是一種新型網(wǎng)絡結構，是一組由微電源、負荷、儲能系統(tǒng)和控制裝置構成的系 統(tǒng)單元，是一個能夠實現(xiàn)自我保護、自我控制和管理的自治系統(tǒng)，即可W與大電網(wǎng)一并運行 也可W獨立于大電網(wǎng)而獨立運行。按其種類分，可W分為直流微電網(wǎng)和交流微電網(wǎng)。
[0005] 由于現(xiàn)在實際應用較多的是交流電，所W在交流微電網(wǎng)方面引起了許多研究人員 的注意。但是，許多微電源和負載本身就具有直流禪合性質，比如光伏板、電池陣列，對該些 單元的控制如果采用直流微電網(wǎng)僅僅需要DC/DC變換，而不需要DC/AC的變換，還有，對直 流微電網(wǎng)的控制不用考慮頻率和無功功率的影響，電路中也沒有諧波該一概念，因此對直 流微電網(wǎng)的控制比交流微電網(wǎng)的控制更簡單。
[0006] 對于直流微電網(wǎng)的控制，已有許多文獻和專利對其進行了論述，該些專利或論文 或是從直流微電網(wǎng)的整體控制、管理、運行等方面進行了表述，或是針對某種微源進行了論 述，或是采用了分布式的、分層式的控制方法，或是考慮了微網(wǎng)的儲能需求。但該些都沒有 考慮線路阻抗參數(shù)對微網(wǎng)的控制、優(yōu)化的影響，尤其是對均流精度的影響，本發(fā)明試圖尋找 一種方法，在考慮線路阻抗參數(shù)的情況下，通過配置合適的均流精度比例參數(shù)，減少微網(wǎng)的 電能損耗。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化系統(tǒng)及方 法，用于提高均流精度，減少微網(wǎng)的電能損耗。
[0008] 本發(fā)明的目的之一是提供一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化系統(tǒng)，本發(fā)明的目 的之二是提供一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化方法。
[0009] 本發(fā)明的目的之一是通過W下技術方案來實現(xiàn)的：
[0010] 一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括均流精度比例參數(shù)計算 器、均流精度控制器；所述均流精度控制器包括電壓傳感器、電流傳感器和功率傳感器，本 地控制器，微源的逆變器；所述電壓傳感器、電流傳感器和功率傳感器用于采集逆變器的輸 出電流、輸出電壓、功率信息，并將信息傳輸至比例參數(shù)計算器和本地控制器；所述均流精 度比例參數(shù)計算器用于根據(jù)電能損耗最小化計算均流精度比例參數(shù)，并將該參數(shù)信息傳輸 至本地控制器；所述本地控制器根據(jù)均流精度比例參數(shù)、輸出電流、輸出電壓、功率信息調 整PWM波的輸出，進而控制微源逆變器的輸出。
[0011] 進一步，所述系統(tǒng)還包括低帶寬通訊層；電壓傳感器、電流傳感器和功率傳感器采 集逆變器的輸出電流、輸出電壓、功率的信息后將其傳輸至低帶寬通訊層和均流精度比例 參數(shù)計算器；均流精度比例參數(shù)計算器根據(jù)電能損耗最小化計算出均流精度比例參數(shù)并 傳輸至低帶寬通訊層；所述低帶寬通訊層將均流精度比例參數(shù)、逆變器的輸出電流、輸出電 壓、功率信息傳送至本地控制器；所述低帶寬通訊層僅用于傳輸信息。
[0012] 進一步，所述均流精度比例參數(shù)計算器為DSP巧片。
[0013] 進一步，所述本地控制器為DSP巧片。
[0014] 進一步，所述本地控制器中含有均流控制單元、電壓控制單元。
[0015] 本發(fā)明的目的之二是通過W下技術方案來實現(xiàn)的：
[0016] 為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：
[0017] 一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化方法，該方法包括W下步驟：
[0018] 步驟1)系統(tǒng)初始化，給定線路阻抗、負載阻抗和濾波器頻率等相關參數(shù)；
[0019] 步驟2)設定負載母線上的參考電壓信息；
[0020] 步驟3)根據(jù)電能損耗函數(shù)計算均流精度比例參數(shù)；
[0021] 步驟4)根據(jù)計算得到的均流精度比例參數(shù)W及負載母線上的參考電壓、負載等 相關信息，計算得到微源的參考輸出電壓；
[0022] 步驟5)通過均流控制算法提高均流精度，即間接控制逆變器的輸出電壓；
[0023] 步驟6)進而控制逆變器的輸出，使得微網(wǎng)線路上的電能損耗最小，而且均流精度 滿足要求，并將逆變器輸出的相關信息通過傳感器反饋給低帶寬通訊層。
[0024] 進一步，所述步驟3)通過W下公式計算均流精度比例參數(shù)，
【主權項】
1. 一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)包括均流精度比 例參數(shù)計算器、均流精度控制器；所述均流精度控制器包括電壓傳感器、電流傳感器和功率 傳感器，本地控制器，微源的逆變器；所述電壓傳感器、電流傳感器和功率傳感器用于采集 逆變器的輸出電流、輸出電壓、功率信息，并將信息傳輸至比例參數(shù)計算器和本地控制器； 所述均流精度比例參數(shù)計算器用于根據(jù)電能損耗最小化計算均流精度比例參數(shù)，并將該參 數(shù)信息傳輸至本地控制器；所述本地控制器根據(jù)均流精度比例參數(shù)、輸出電流、輸出電壓、 功率信息調整PWM波的輸出，進而控制微源逆變器的輸出。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于：所 述系統(tǒng)還包括低帶寬通訊層；電壓傳感器、電流傳感器和功率傳感器采集微源逆變器的輸 出電流、輸出電壓、功率的信息后將其傳輸至低帶寬通訊層和均流精度比例參數(shù)計算器；均 流精度比例參數(shù)計算器根據(jù)電能損耗最小化計算出均流精度比例參數(shù)并傳輸至低帶寬通 訊層；所述低帶寬通訊層將均流精度比例參數(shù)、逆變器的輸出電流、輸出電壓、功率信息傳 送至本地控制器；所述低帶寬通訊層僅用于傳輸信息。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于：所 述均流精度比例參數(shù)計算器為DSP芯片。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于：所 述本地控制器為DSP芯片。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于：所 述本地控制器中含有均流控制單元、電壓控制單元。
6. -種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化方法，其特征在于：該方法包括以下步驟： 步驟1)系統(tǒng)初始化，設定線路阻抗、負載阻抗和濾波器頻率相關參數(shù)； 步驟2)設定負載母線上的參考電壓信息； 步驟3)根據(jù)電能損耗函數(shù)計算均流精度比例參數(shù)； 步驟4)根據(jù)計算得到的均流精度比例參數(shù)以及負載母線上的參考電壓、負載等相關 信息，計算微源的參考輸出電壓； 步驟5)通過均流控制算法提高均流精度，即間接控制逆變器的輸出電壓； 步驟6)控制逆變器的輸出，使得微網(wǎng)線路上的電能損耗最小，而且均流精度滿足要 求，并將逆變器輸出的相關信息通過傳感器反饋給低帶寬通訊層。
7. 根據(jù)權利要求6所述的一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化方法，其特征在于：所 述步驟3)通過以下公式計算均流精度比例參數(shù)，
其中，直流微網(wǎng)中含有n個微源，m個負載；iu，i12, ...，ilm分別為流過負載1，負載 2,...，負載m的電流，且它們的和為常數(shù)；kpk2, . . .，kn_i為待定的均流精度比例參數(shù)；Rdn 為微電源的輸出阻抗，Rlinm為傳輸線上的阻抗。
8. 根據(jù)權利要求6所述的一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化方法，其特征在于：所 述步驟4)中微源n的參考輸出電壓為：
其中，V為負載母線上設定的參考電壓，MPRlinen分別為微源n的輸出阻抗和線路上 的阻抗，idm為微源n的輸出電流。
9. 根據(jù)權利要求6所述的一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化方法，其特征在于：所 述步驟5)中的均流控制算法具體包括以下步驟：以微源1為例： 步驟5-1)通過以下公式，計算微源1的電流平均值；
其中，idc;1S第一個逆變器的輸出電流，i<!。2為第二個逆變器的輸出電流，idm為第n個 逆變器的輸出電流，Gd為等效的時延項，kpk2, . . .，kn_i為均流精度的比例參數(shù)； 步驟5-2)通過電流平均值，計算出電流補償項；所述電流補償項Sh通過丨^與&作 差比較后通過PI控制輸出，t為電流平均值，電流補償項的計算公式為：
其中，Gpi。為電流補償項PI控制器的傳遞函數(shù)； 步驟5-3)根據(jù)計算出來的微源1的參考輸出電壓和計算出來的電流補償項，計算得到 微源1的實際輸出電壓Vdc;]，
其中，0 :為與線路阻抗和負載有關的定常數(shù)，Gpi，G。分別為電壓控制環(huán)中的電壓環(huán)和 電流環(huán)的傳遞函數(shù)；idc;1為微源1的逆變器輸出電流，idc;1= (Vdc;1-VV(Rdl+RlinJ; 步驟5-4)對微網(wǎng)中的每個逆變器均采用上述均流控制算法，則電流的均流精度滿足 如下等式，
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化系統(tǒng)及方法，屬于微網(wǎng)控制領域。在考慮線路阻抗參數(shù)的情況下，根據(jù)電能損耗函數(shù)，導出電能損耗與均流精度比例參數(shù)的關系，進而給出適當?shù)木骶缺壤齾?shù)以實現(xiàn)電能損耗最小化；根據(jù)導出的均流精度比例參數(shù)，利用低帶寬通訊技術，設計均流控制算法，提高微源輸出的均流精度；低帶寬通訊層僅用于傳輸數(shù)據(jù)，即使沒有通訊層的存在，系統(tǒng)仍能夠穩(wěn)定的運行。本發(fā)明提供的一種直流微網(wǎng)高精度均流控制與優(yōu)化系統(tǒng)及方法能夠有效地對微網(wǎng)進行高精度均流控制與優(yōu)化。
【IPC分類】H02J1-12
【公開號】CN104810821
【申請?zhí)枴緾N201510262453
【發(fā)明人】陳剛, 郭志軍
【申請人】重慶大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月21日