一种基于分层管理的直流微电网控制方法和系统
专利汇可以提供一种基于分层管理的直流微电网控制方法和系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种基于分层管理的直流微 电网 控制方法和系统，将直流微网的整体控制策略分解为设备管理层和 母线 控制层结构。在设备管理层中微电网各个组成部分根据自身的特性和工作方式进行调控，在混合储能作用环节，进行未被储能 电池 补偿的 电流 控制，提高了储能调节的响应速度和 稳定性 ；而在母线控制层中，设定的工作模式 控制器 根据母线 电压 的 波动 范围和电池剩余电量的情况进行工作模式的划分，使得系统能在不同工作状态下进行切换，并可根据不同的工作模式设定设备管理层各单元的工作方式，提高了直流微电网的稳定运行能 力 。最后考虑到并联储能的控制方法，建立了自适应下垂系数调节器，抑制了线路间环流的影响，缩短了并联储能达到均衡的时间。，下面是一种基于分层管理的直流微电网控制方法和系统专利的具体信息内容。
1.一种基于分层管理的直流微电网控制系统的控制方法，其特征在于，所述的基于分层管理的直流微电网控制系统包括光伏发电模块、混合储能模块、负荷模块、并网接口模块、工作模式控制器以及自适应下垂系数调节器；
光伏发电模块：用于模拟分布式能源发电特性，所发出的电能通过电力变换装置接入直流母线；
混合储能模块：负责调节直流微电网整体系统的功率供需平衡，主体为储能电池与超级电容的混合储能形式，在输出端通过电力变换的方式与直流母线相连，能够在微电网发电功率增加时吸收多余分量；而在负荷功率欠缺时，及时输送功率，从而实现削峰填谷，达到线路能量流动的稳定；
负荷模块：用于模拟负荷的消耗过程，在本模块中，负荷分为直流负荷与交流负荷，两者皆在于直流母线的联接环节中加入电力电子变换器，使流动电压、电流达到负荷所需标准；
并网接口模块：通过并网接口模块构建直流微电网与大容量电网的互补通道，使得直流微电网能够工作在并网模式下，并在微电网系统整体功率失衡时，取得与大电网的能量收发支撑，维持微电网系统整体运行的稳定性；
工作模式控制器：根据储能电池剩余电量的情况和母线电压的变化选择直流微电网控制系统中各模块的工作模式；
自适应下垂系数调节器：根据母线电压的变化情况，实时改变储能电池的下垂控制系数，使储能部分的响应速度加快，缩短各并联储能模块达到均衡的调节时间；
所述基于分层管理的直流微电网控制系统的控制方法，构建设备管理层和母线控制层结构，在设备管理层中设定各系统模块的工作方式，包括如下步骤：
步骤1：将直流微电网中的光伏发电模块、混合储能模块和并网接口模块根据分层控制策略的要求划归设备管理层控制；
步骤2：光伏发电采用最大功率跟踪控制方法(MPPT),维持有功功率输出在最大功率点附近波动；其具体实现过程包括：
步骤2-1：检测光伏板实时发出的光伏电流iPV(k)和光伏电压UPV(k)；
步骤2-2：将检测到的某时刻电压、电流信号输入MPPT算法，计算此时刻的光伏输出基准电压，MPPT算法采用自适应变步长扰动观察法来实现，则基准电压的计算公式如下：
式中，N＝±1表示步长变化方向；K表示检测时刻；ΔP为有功功率差；ΔU为电压幅值差；
步骤2-3：将得到的光伏基准电压与光伏板实际输出电压进行PI调节，保证无静差跟踪，进而控制Boost的开关信号，实现光伏发电在最大功率点运行；
步骤3：将检测到的实际直流母线电压Udc与基准电压Uref进行作差比较；
步骤4：作差结果进行PI调节，使其输出混合储能所需的总参考电流Iref；
步骤5：在得到总参考电流之后，将其送入低通滤波器进行滤波，得到电流的低频电流分量ILFC，该过程的表达式为：
ILFC＝fLPF(Iref)
式中，fLPF为低通滤波器函数；
步骤6：为了限制充放电电流，在低频电流分量后加入限幅模块，使电流幅值稳定在安全区内，其限幅环节表达公式为：
IBatt_ref＝fRL(ILFC)
式中，fRL为限幅模块函数；IBatt_ref为储能电池参考电流；
步骤7：将得到的储能电池参考电流IBatt_ref与实际储能电流值IBatt比较，将得到的差值送入PI调节器进行无静差跟踪，得到DC/DC开关信号的占空比DBatt；
步骤8：根据占空比变化，产生PWM波控制储能端DC/DC的开关通断；
步骤9：由于双向DC/DC的电气惯性，储能电池无法立即跟踪参考电流IBatt_ref，因此需要计算储能电池未补偿电流IC：
IC＝Iref-IBatt
式中，Iref为混合储能所需的总参考电流；IBatt为实际储能电流值；
步骤10：由此计算储能电池未被补偿的功率为：
PBatt_C＝IC*UBatt
式中，IC储能电池未补偿电流；UBatt为实际储能电压值
步骤11：计算超级电容的参考电流公式为：
USC为超级电容端电压；
步骤12：将超级电容参考电压与实际超级电容的电压比较，并进行PI调控，将产生的占空比信号DSC进行超级电容端PWM开关控制；
在超级电容参考电流的计算公式中，引入储能电池电流参考量得到：
式中，Iref-IBatt_ref为总参考电流中的高频电流分量；IBatt_ref-IBatt为由于储能电池响应延迟而产生的误差。
2.根据权利要求1所述控制方法，构建设备管理层和母线控制层结构，其特征在于，在母线控制层中，根据直流母线电压波动变化和储能电池剩余电量SOC的情况，将直流微电网的运行状态分为六种工作模式，使得直流微电网控制系统的整体控制在这六种工作情况下循环转换；
步骤1：根据储能电池的工作特性，设定电池剩余电量的上下临界值分别为SOCmax(％)和SOCmin(％)；在SOCmin＜SOC＜SOCmax时，为储能电池的正常工作状态；当储能电池充电时，如果SOC＞SOCmax，储能电池处于停机状态；当储能电池放电状态时，如果SOC＜SOCmin，则转入停机状态；
步骤2：在母线控制层中，工作模式控制器根据直流微电网不同的运行状态设定直流微电网控制系统各部分的工作模式；设定直流母线电压稳定值为U，设定直流电压的最大允许电压值为Umax和最小允许电压值为Umin；
步骤2-1：当母线控制层检测到的直流母线电压为U～Umax之间、储能电池剩余电量SOCmin＜SOC＜50％时，储能电池处于正常的工作区间，且此时处于恒流充电状态；光伏与大电网出力大于负荷与混合储能所需功率；设定光伏发电模块仍工作在最大功率跟踪模式(MPPT)、储能电池处于恒流充电状态、超级电容影响小，故工作于正常充电状态、并网接口模块工作于逆变形式，向大电网输送电能；此时各模块共同作用，维护直流微电网稳定；
步骤2-2：当直流母线电压处于U～Umax之间，而储能电池剩余电量处于50％＜SOC＜SOCmax时，储能电池仍工作于正常状态；此时，储能电池处于恒压充电状态，其他模块工作状态不变；
步骤2-3：当直流母线电压处在U～Umax区间，而储能电池的剩余电量达到SOCmax＜SOC＜
100％时，表明直流微电网发出功率大于负荷所需功率，但储能电池无法继续进行充电动作，此时储能电池将转入备用模式、而超级电容仍在充电状态；为了维持功率的平衡，调节大电网和直流微电网控制系统所带负荷情况；
步骤2-4：直流微电网母线电压处于Umin～U之间，储能电池的剩余电量为0％＜SOC＜SOCmin，调节光伏发电、超级电容、并网接口模块为整流形式满足负荷用电的需求；
步骤2-5：当直流母线电压在Umin～U之间，而储能电池剩余电量在SOCmin＜SOC＜50％范围内时，储能电池工作在恒流放电模式、超级电容工作在放电状态、光伏发电模块仍在MPPT控制下运行，此时协调直流微电网控制系统内各部分补偿负荷所需功率；
步骤2-6：母线电压处于Umin～U范围、储能电池的剩余电量在SOCmin＜SOC＜50％的状态下，则储能电池工作在恒压放电模式、超级电容此时对外放电、光伏发电模块仍在MPPT控制调节下，为保证负荷所需功率的平衡，直流微电网控制系统需要调节各部分模块满足供电的需求；
步骤2-7:当直流母线电压高于最大允许电压值Umax时，设定光伏发电应用恒压控制，同时直流微电网向大电网传送电能；而在母线电压小于Umin时，光伏发电模块仍采用MPPT控制，此时调节混合储能为放电状态，向微电网提供能量，并网接口模块工作于整流状态，从大电网获取能量。
3.根据权利要求2所述控制方法，构建设备管理层和母线控制层结构，其特征在于，在母线控制层中，在负责储能的变换器调节中引入改进的下垂控制并建立自适应下垂系数调节器；
步骤1：根据储能电池的有功功率与电压特性，设定下垂控制方程式为：
Udc＝Uref-nP
式中，Udc为变换器输出的直流电压；Uref为变换器的参考电压值；n为下垂系数；P为变换器实际输出功率；
一般储能电池的剩余电量SOC计算公式为：
式中，Pin为储能电池在变换器侧的输入功率；Uin为储能电池变换器侧的输入电压；Ce为储能电池容量；SOCt＝0为储能电池初始时刻的剩余电量；
当多个储能电池并联运行时，每一个储能电池剩余电量计算为：
忽略变换器的损耗，则变换器的输入功率等于输出功率；原式改写为：
Pout为变换器的输出功率；
将储能电池剩余电量带入下垂控制方程式并考虑母线电压维持稳定为：
储能电池的输出功率与剩余电量SOC成正比，根据储能电池输出功率与剩余电量的关系，得出当m台储能电池并联运行时，单台电池剩余电量的计算公式：
步骤2：通过建立多台储能电池的下垂控制联系，使储能环节能够根据剩余电量和母线电压变化情况进行功率调控；同时建立基于电压变化速度的自适应下垂系数调节器，实时改变系数大小，减少暂态调节时间；
下垂系数调节方程为：
式中，n0为初始有功下垂系数；k为母线电压微分系数。
一种基于分层管理的直流微电网控制方法和系统
技术领域
背景技术
发明内容
附图说明
具体实施方式
2KW，此时负荷存储3KW的能量。与此同时直流母线电压的仿真情况如图9所示。仿真显示左图是未加储能电池未补偿电流控制的母线电压调控效果，而右图为加入未补偿电流控制结构情况下的仿真波形，在改进的控制条件下，母线电压波动减小，系统稳定性得到了提高。
流经储能电池的电流仿真波形如图10所，左图为传统控制策略下的储能电池电流仿真波形，右图为改进控制策略下的仿真波形。从波形上看，在加入自适应下垂系数调节后，流经储能电池的响应电流波动变缓，稳定调节速度加快。图11为对应的超级电容调节电流仿真波形，从仿真图上可知分层控制策略能够增强超级电容的出力，使电流的调节更加平缓，延长了储能电池的使用周期。
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