一种带多直流子网的混合微电网系统及控制方法
专利汇可以提供一种带多直流子网的混合微电网系统及控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了属于混合微 电网 系统技术领域，提供一种含多个直流子网的交直流混合微电网系统及其控制方法，结构上，实现了 光伏发电 系统、储能系统、电动 汽车 及交流微源的有效整合，提高了微电网内部的可靠性和 稳定性 ；且多个直流子微网通过各自的互联功率变换器与交流 母线 星形连接 ，与交流子网形成合理的供电布局。控制方法上，在不需要额外 硬件 传感器 的情况下，进行基于扩张状态观测器ESO 电流 前馈控制，同时保证系统的稳定性，还能满足混合微网中分布式微源即插即用的特性；协调各个直流子微网与交流微网进行均衡的功率流动，维持整个系统不间断运行；当 孤岛 模式时，所有重要负荷均接入交流微电网中；当输出功率不足时，保证重要负荷不断电。，下面是一种带多直流子网的混合微电网系统及控制方法专利的具体信息内容。
1.一种基于带多直流子网的混合微电网系统的控制方法，其特征在于，所述的带多直流子网的混合微电网系统包括3个直流子网、1个交流微电网、3个互联功率变换器、负载、监控单元和故障补偿装置；所述直流子网分别由光伏DG、储能DG和汽车动力电池DG供能；所述交流微电网由交流微源供能；所述监控单元包括实时监测装置和模式选择开关；所述故障补偿装置由3个DG组成；所述负载分别为各直流子网本地负荷、交流微电网的本地负荷、以及交流重要负荷和直流重要负荷；其中，互联功率变换器A的直流侧与光伏DG连接，其交流侧与交流母线连接；互联功率变换器B的直流侧与储能DG连接，其交流侧与交流母线连接；
互联功率变换器C的直流侧与汽车动力电池DG连接，其交流侧与交流母线连接；互联功率变换器实现交直流微网之间的功率双向传输；
其中，光伏DG与直流母线A连接，并为本地负荷A供电；储能DG与直流母线B连接，并为本地负荷B供电；汽车动力电池DG与直流母线C连接，并为本地负荷C供电；交流微源与交流母线连接，并为本地负荷D供电；交流重要负荷与交流母线连接，直流重要负荷通过AC/DC变换器与交流母线连接；
所述故障补偿装置通过静态转换开关与交流母线连接；故障补偿装置的每个DG都是由直流微源和单相逆变器组成；其中，DG-a通过静态转换开关与交流母线A、B相连接，DG-b通过静态转换开关与交流母线B、C相连接，DG-c通过静态转换开关与交流母线C、A相连接；
所述监控单元通过CAN总线与互联功率变换器A、互联功率变换器B、互联功率变换器C以及故障补偿装置进行通信；
所述的控制方法包括以下步骤：
步骤1，通过监控单元采集交流母线三相电压vabc，直流子网A的母线电压vdc1，直流子网B的母线电压vdc2和直流子网C的母线电压vdc3，经过锁相环得到交流母线频率的实际值f；并对混合微电网运行状态进行判断，当交流母线发生故障时，3个互联功率变换器都停机，启动故障补偿装置对交流微电网进行故障补偿，各个直流子网，即光伏DG、储能DG、汽车动力电池DG独立运行；当交流母线没有故障时，对互联功率变换器的控制继续按步骤2进行；
步骤2，对采集到的交流母线电压频率和3个直流子网母线电压分别进行归一化，得到频率的归一值fpu、直流母线A的电压归一值vdc1.pu、直流母线B的电压归一值vdc2.pu和直流母线C的电压归一值vdc3.pu；
步骤3，将步骤2中得到的频率的归一值fpu与频率的额定归一值fN.pu进行作差比较，各个直流母线的电压归一值分别与各自的额定电压归一值进行作差比较；根据比较结果判断交直流子网的功率流动情况，进而确定各个互联功率变换器的工作模式；
步骤4，根据步骤3确定的各个互联功率变换器的工作情况，建立交直流微电网之间的功率流动方程，得到直流子网和交流微网之间的波动功率Δp；
步骤5，将步骤4得到的Δp送入有功功率调节器中，得到相角参考值δ*；
步骤6，将步骤5中得到的相角参考值δ*与给定参考相电压幅值U，经过参考电压生成模块，得到交流母线电压参考值 经过abc/dq变换之后，得到dq轴的参考电压 和
步骤7，将步骤6中得到的参考电压信号与实际采集的电压信号送入电压电流双闭环控制器，从而得到控制开关的PWM信号；电压调节器和电流调节器设计如下：
其中，Kp和Ki为电压调节器的比例和积分系数，τ为时间常数，s为拉普拉斯算子，L是交流微电网侧电感，r是线路阻抗；
步骤8，设计基于扩张状态观测器ESO的电流前馈控制器，对电压电流控制器中的电流值进行扰动补偿。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤3判断互联功率变换器工作模式的方法如下：
1)当fpu-fN.pu>0且vdc1-vdc1.N.pu>0，互联功率变换器A停机；当fpu-fN.pu>0且vdc1-vdc1.N.pu<
0，互联功率变换器A启动；当fpu-fN.pu<0且vdc1-vdc1.N.pu>0，互联功率变换器A启动；当fpu-fN.pu<0且vdc1-vdc1.N.pu<0，互联功率变换器A停机，互联功率变换器B启动；
2)当fpu-fN.pu>0且vdc2-vdc2.N.pu>0，互联功率变换器B停机；当fpu-fN.pu>0且vdc2-vdc2.N.pu<
0，互联功率变换器B启动；当fpu-fN.pu<0且vdc2-vdc2.N.pu>0，互联功率变换器B启动；当fpu-fN.pu<0且vdc2-vdc2.N.pu<0，互联功率变换器B停机，互联功率变换器C启动；
3)当fpu-fN.pu>0且vdc3-vdc3.N.pu>0，互联功率变换器C停机；当fpu-fN.pu>0且vdc3-vdc3.N.pu<
0，互联功率变换器C启动；当fpu-fN.pu<0且vdc3-vdc3.N.pu>0，互联功率变换器C启动；当fpu-fN.pu<0且vdc3-vdc3.N.pu<0，互联功率变换器C停机；
4)3个互联功率变换器都停机时，启动故障补偿装置，启动故障补偿装置对交流微电网进行功率补偿，各个直流子网，即光伏DG、储能DG、汽车动力电池DG独立运行。
3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，步骤8所述的基于扩张状态观测器ESO的电流前馈控制器，步骤如下：
步骤8-1，建立互联功率变换器一级DC/DC变换器的小信号模型：
其中， 分别为添加小信号扰动后的电感电流、高压侧电容电压、低压侧电容
电压，为扰动小信号，CH、CL分别是高压侧和低压侧的电容，R1、R2分别是高压侧和低压侧的电阻，LIC1是低压侧的电感，R1p是低压侧的寄生电阻，vds是一级DC/DC变换器的输出电压；
步骤8-2，建立互联功率变换器二级DC/AC变换器的小信号模型：
其中，L为交流侧电感，C为交流侧电容，r为线路阻抗， 分别为dq轴上的外部扰动量， 分别为dq轴上的输出电压， 分别为dq轴上电感电流， 分别为输
入扰动小信号；
进而得出：
步骤8-3，对扰动 引起的状态量 的变化进行观测，设计观测器如下：
其中，y11、y12分别为状态变量 的估计值， 和e12＝y12-vd均为观测值
与实际变量的误差，y21、y22分别为 的估计值，l11、l12、l21、l22为扩张
状态观测器ESO中需要调整的系数；对误差公式微分之后再进行拉氏变换得：
其中，e11即为所需要的状态量 扰动补偿；
步骤8-4，对扰动 引起的状态量变化进行观测，观测器如下：
其中，z11、z12分别为状态变量 的估计值， 和ε22＝z12-vq均为观测值
与实际变量的误差，z21、z22分别为 的估计值；对误差公式微分之后再
进行拉氏变换得：
其中，ε11即为所需要的状态量 扰动补偿。
4.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，步骤1所述的交流母线发生故障时，启动故障补偿装置对交流微电网进行故障补偿，具体情况包括：
1)交流母线A相发生故障时，启动DG-a或DG-c；
2)交流母线B相发生故障时，启动DG-a或DG-b；
3)交流母线C相发生故障时，启动DG-b或DG-c；
4)交流母线A、B相发生故障时，启动DG-a；
5)交流母线B、C相发生故障时，启动DG-b；
6)交流母线A、C相发生故障时，启动DG-c；
7)交流母线A、B、C相发生故障时，启动DG-a、DG-b、DG-c。
5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，步骤1所述的交流母线发生故障时，启动故障补偿装置对交流微电网进行故障补偿，具体情况包括：
1)交流母线A相发生故障时，启动DG-a或DG-c；
2)交流母线B相发生故障时，启动DG-a或DG-b；
3)交流母线C相发生故障时，启动DG-b或DG-c；
4)交流母线A、B相发生故障时，启动DG-a；
5)交流母线B、C相发生故障时，启动DG-b；
6)交流母线A、C相发生故障时，启动DG-c；
7)交流母线A、B、C相发生故障时，启动DG-a、DG-b、DG-c。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，启动故障补偿装置对交流微电网进行故障补偿的具体方法如下；
1)给定交流微电网的参考频率ωref，并代入如下转子运动方程，计算交流微电网的频率ω：
其中，J为发电机的转动惯量，Dp为虚拟阻尼系数，Pref为有功功率参考值，Pe为交流微电网输出的有功功率，Δθ为输出电压相角与电网电压相角的偏差，Δω为ω与ωref的偏差；
2)采集交流微电网三相相电压va、vb、vc，以及相电流ia、ib、ic，经过abc/dq变换后，分别得到d轴电压vd和d轴电流id，计算单个直流补偿DG输出的有功功率Pe：
其中P为交流微电网三相瞬时功率；
3)将单个直流补偿DG输出的有功功率参考值Pref与单个直流补偿DG输出的有功功率Pe进行作差比较，并代入调速器的惯性环节得到补偿的频率ω'；
4)取步骤1)中得到的交流微电网频率ω与补偿的频率ω′之和，进行积分得到输出电压相角θ；
5)采集交流微电网线电压vab，vbc，vca；分别与给定线电压参考值vabref，vbcref，vcaref进行作差比较，差值分别代入自动电压调节器公式中，计算直流DG的输出线电压幅值Um，KA是自动电压调节器的增益，TA是自动电压调节器的时间常数；Δv是线电压与参考值之差；
6)根据步骤4)得到的输出电压相角θ与步骤5)得到的直流DG的输出线电压幅值Um，得到期望输出线电压，通过PWM生成器得到开关管控制信号。
7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，启动故障补偿装置对交流微电网进行故障补偿的具体方法如下；
1)给定交流微电网的参考频率ωref，并代入如下转子运动方程，计算交流微电网的频率ω：
其中，J为发电机的转动惯量，Dp为虚拟阻尼系数，Pref为有功功率参考值，Pe为交流微电网输出的有功功率，Δθ为输出电压相角与电网电压相角的偏差，Δω为ω与ωref的偏差；
2)采集交流微电网三相相电压va、vb、vc，以及相电流ia、ib、ic，经过abc/dq变换后，分别得到d轴电压vd和d轴电流id，计算单个直流补偿DG输出的有功功率Pe：
其中P为交流微电网三相瞬时功率；
3)将单个直流补偿DG输出的有功功率参考值Pref与单个直流补偿DG输出的有功功率Pe进行作差比较，并代入调速器的惯性环节得到补偿的频率ω'；
4)取步骤1)中得到的交流微电网频率ω与补偿的频率ω′之和，进行积分得到输出电压相角θ；
5)采集交流微电网线电压vab，vbc，vca；分别与给定线电压参考值vabref，vbcref，vcaref进行作差比较，差值分别代入自动电压调节器公式中，计算直流DG的输出线电压幅值Um，KA是自动电压调节器的增益，TA是自动电压调节器的时间常数；Δv是线电压与参考值之差；
6)根据步骤4)得到的输出电压相角θ与步骤5)得到的直流DG的输出线电压幅值Um，得到期望输出线电压，通过PWM生成器得到开关管控制信号。
一种带多直流子网的混合微电网系统及控制方法
技术领域
背景技术
发明内容
后再进行拉氏变换可得：
具体实施方式
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