技术领域
[0001] 本
发明涉及直流微电网调压系统，具体是一种直流微电网二次调压系统及其控制方法。
背景技术
[0002] 直流微电网因其控制方式简单，无需考虑
无功功率、
频率、
相位同步，既可以
孤岛运行又可以并网运行等一系列优点，近些年得到广泛重视。如图1所示，本发明所涉及的直流微电网由直流
母线、
光伏发电系统、混合储能系统（Hybrid Energy Storage System，HESS）、并网系统和负荷部分构成。其中，
光伏发电系统由光伏阵列、boost变换器构成。混合储能系统由锂
电池组、第一双向DC/DC变换器、超级电容器、第二双向DC/DC变换器构成。并网系统由大电网、隔离
变压器、双向DC/AC变换器构成。负荷部分由buck变换器、直流负荷构成。
[0003] 表征直流微电网正常运行、系统功率平衡最重要的指标是
直流母线电压。由于光伏发电功率的
波动性和负荷功率的随机性，直流母线电压经常会发生波动偏离其额定值。因此，为了保证直流微电网正常运行，势必需要设置直流微电网调压系统（负责调节直流母线电压）。传统的直流微电网调压系统是采用下垂控制方法来调节直流母线电压。实践表明，此种调压系统由于自身原理所限，无法将直流母线电压调节至其额定值（即当直流微电网稳定运行时，直流母线电压相对其额定值始终存在一定偏差），由此影响直流微电网的负荷供电
质量和系统运行效率，从而影响直流微电网运行的经济性。基于此，有必要发明一种全新的直流微电网调压系统，以解决传统的直流微电网下垂调压系统无法将直流母线电压调节至其额定值的问题。
发明内容
[0004] 本发明为了解决传统的直流微电网下垂调压系统无法将直流母线电压调节至其额定值的问题，提供了一种直流微电网二次调压系统及其控制方法。
[0005] 本发明是采用如下技术方案实现的：
[0006] 一种直流微电网二次调压系统，包括
钒电池储能系统、调压
控制器；
[0007] 所述钒电池储能系统包括钒电池、双向DC/DC变换器、钒电池检测仪；
[0008] 钒电池通过双向DC/DC变换器与直流母线连接；钒电池检测仪与钒电池连接；
[0009] 调压控制器分别与直流母线、钒电池检测仪、钒电池储能系统中的双向DC/DC变换器、混合储能系统中的第二双向DC/DC变换器、并网系统中的双向DC/AC变换器连接。
[0010] 一种直流微电网二次调压系统的控制方法（该方法是基于本发明所述的一种直流微电网二次调压系统实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
[0011] A.调压控制器根据直流微电网的运行状态选择一次下垂调压系统：
[0012] 若直流微电网处于
孤岛运行状态，则由混合储能系统充当一次下垂调压系统，然后执行步骤B；
[0013] 若直流微电网处于并网运行状态，则由并网系统充当一次下垂调压系统，然后执行步骤C；
[0014] B.调压控制器控制混合储能系统中的第二双向DC/DC变换器切换至下垂调压模式，根据此时的直流母线电压Udc和下垂特性曲线（如图5所示）进行一次调压；然后，执行步骤D；
[0015] C.调压控制器控制并网系统中的双向DC/AC变换器切换至下垂调压模式，根据此时的直流母线电压Udc和下垂特性曲线（如图6所示）进行一次调压；然后，执行步骤D；
[0016] D.调压控制器采集直流母线电压Udc，并判断直流母线电压Udc在Δt时间内的变化量ΔUdc是否小于
阈值δ；
[0017] 若直流母线电压Udc在Δt时间内的变化量ΔUdc不小于阈值δ，则表明直流微电网的运行未达到稳态，此时循环执行步骤D；
[0018] 若直流母线电压Udc在Δt时间内的变化量ΔUdc小于阈值δ，则表明直流微电网的运行达到稳态，此时执行步骤E；
[0019] E.调压控制器通过钒电池检测仪实时检测钒电池的
荷电状态SOCVRB，并判断钒电池的荷电状态SOCVRB是否超出正常工作范围；
[0020] 若钒电池的荷电状态SOCVRB未超出正常工作范围，且直流微电网处于孤岛运行状态，则执行步骤F；
[0021] 若钒电池的荷电状态SOCVRB未超出正常工作范围，且直流微电网处于并网运行状态，则执行步骤G；
[0022] 若钒电池的荷电状态SOCVRB超出正常工作范围，则循环执行步骤E；
[0023] F.调压控制器控制混合储能系统中的第二双向DC/DC变换器由下垂调压模式切换至功率
锁定模式，混合储能系统的输出功率由此锁定为当前值；然后，调压控制器控制钒电池储能系统中的双向DC/DC变换器由空闲模式切换至双闭环控
制模式，钒电池储能系统由此将直流母线电压Udc调节至其额定值Udcr，从而实现直流母线电压Udc的零误差二次调节；然后，执行步骤H；
[0024] G.调压控制器控制并网系统中的双向DC/AC变换器由下垂调压模式切换至功率锁定模式，并网系统的输出功率由此锁定为当前值；然后，调压控制器控制钒电池储能系统中的双向DC/DC变换器由空闲模式切换至双闭环控制模式，钒电池储能系统由此将直流母线电压Udc调节至其额定值Udcr，从而实现直流母线电压Udc的零误差二次调节；然后，执行步骤H；
[0025] H.调压控制器通过钒电池检测仪实时检测钒电池储能系统的输出功率PVRB，并判断钒电池储能系统的输出功率PVRB是否达到阈值±PT或0；同时，调压控制器通过钒电池检测仪实时检测钒电池的荷电状态SOCVRB，并判断钒电池的荷电状态SOCVRB是否超出正常工作范围；
[0026] 若钒电池储能系统的输出功率PVRB未达到阈值±PT或0，且钒电池的荷电状态SOCVRB未超出正常工作范围，则循环执行步骤H；
[0027] 若钒电池储能系统的输出功率PVRB达到阈值±PT或0，或者钒电池的荷电状态SOCVRB超出正常工作范围，且直流微电网处于孤岛运行状态，则执行步骤I；
[0028] 若钒电池储能系统的输出功率PVRB达到阈值±PT或0，或者钒电池的荷电状态SOCVRB超出正常工作范围，且直流微电网处于并网运行状态，则执行步骤J；
[0029] I.调压控制器控制钒电池储能系统中的双向DC/DC变换器由双闭环控制模式切换至空闲模式，钒电池储能系统输出由此关闭；然后，调压控制器控制混合储能系统中的第二双向DC/DC变换器由功率锁定模式切换至下垂调压模式，混合储能系统由此恢复到下垂调压模式，并根据此时的直流母线电压Udc重新整定其输出功率；然后，返回步骤D；
[0030] J.调压控制器控制钒电池储能系统中的双向DC/DC变换器由双闭环控制模式切换至空闲模式，钒电池储能系统输出由此关闭；然后，调压控制器控制并网系统中的双向DC/AC变换器由功率锁定模式切换至下垂调压模式，并网系统由此恢复到下垂调压模式，并根据此时的直流母线电压Udc重新整定其输出功率；然后，返回步骤D。
[0031] 与传统的直流微电网调压系统相比，本发明所述的一种直流微电网二次调压系统及其控制方法是基于能快速充放电、响应速度快、
循环寿命长的钒电池储能系统，并利用调压控制器控制钒电池储能系统与一次下垂调压系统协调配合，实现了直流母线电压的零稳态误差调节（即当直流微电网稳定运行时，直流母线电压保持在其额定值），消除了直流母线电压相对其额定值的稳态偏差，由此有效提高了直流微电网的负荷供电质量和系统运行效率，从而实现了直流微电网的经济高效运行。
[0032] 本发明有效解决了传统的直流微电网下垂调压系统无法将直流母线电压调节至其额定值的问题，适用于直流微电网。
附图说明
[0033] 图1是本发明所涉及的直流微电网的结构示意图。
[0034] 图2是本发明所述的一种直流微电网二次调压系统的结构示意图。
[0035] 图3是本发明所述的一种直流微电网二次调压系统的控制方法的
流程图。
[0036] 图4是本发明所述的一种直流微电网二次调压系统的工作机制图。
[0037] 图5是本发明中混合储能系统的下垂特性曲线示意图。
[0038] 图6是本发明中并网系统的下垂特性曲线示意图。
[0039] 图7是本发明中一次下垂调压系统的功率控制
框图。
[0040] 图8是本发明中钒电池储能系统的双闭环控制框图。
[0041] 图9是本发明中一次调压过程和二次调压过程的转换示意图。
[0042] 图2中：PHESS、Pgrid、PVRB分别表示混合储能系统的输出功率、并网系统直流侧的输出功率、钒电池储能系统的输出功率。
[0043] 图4中：Udcr表示直流母线电压的额定值；UH2和UL2分别表示直流微电网正常运行时直流母线电压允许波动范围的上下界值；UL1和UH1表示一次下垂调压系统启动或退出动作的电压阈值；A、B、C、D、E、F、G、H、I、J均表示直流微电网的工作点。
[0044] 图5中：Udcr表示直流母线电压的额定值；UH2和UL2分别表示直流微电网正常运行时直流母线电压允许波动范围的上下界值；UL1和UH1表示一次下垂调压系统启动或退出动作的电压阈值；IHESS_ref表示混合储能系统的输出
电流参考值；IHESS_min、IHESS_max分别表示混合储能系统允许充电、放电电流的限值。
[0045] 图6中：Udcr表示直流母线电压的额定值；UH2和UL2分别表示直流微电网正常运行时直流母线电压允许波动范围的上下界值；UL1和UH1表示一次下垂调压系统启动或退出动作的电压阈值；Igrid_ref表示并网系统直流侧输出电流参考值；Igrid_min、Igrid_max分别表示并网系统直流侧双向流动电流的限值。
[0046] 图7中：Idroop_ref表示一次下垂调压系统输出电流的参考值；Idroop_real表示一次下垂调压系统输出电流的实际值；当PI
开关连接至A时，一次下垂调压系统处于下垂调压模式；当PI开关连接至B时，一次下垂调压系统处于功率锁定模式。
[0047] 图8中：Udcr表示直流母线电压的额定值；IVRB_ref表示钒电池输出电流的参考值；IVRB_real表示钒电池输出电流的实际值。
具体实施方式
[0048] 一种直流微电网二次调压系统，包括钒电池储能系统、调压控制器；
[0049] 所述钒电池储能系统包括钒电池、双向DC/DC变换器、钒电池检测仪；
[0050] 钒电池通过双向DC/DC变换器与直流母线连接；钒电池检测仪与钒电池连接；
[0051] 调压控制器分别与直流母线、钒电池检测仪、钒电池储能系统中的双向DC/DC变换器、混合储能系统中的第二双向DC/DC变换器、并网系统中的双向DC/AC变换器连接。
[0052] 一种直流微电网二次调压系统的控制方法（该方法是基于本发明所述的一种直流微电网二次调压系统实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
[0053] A.调压控制器根据直流微电网的运行状态选择一次下垂调压系统：
[0054] 若直流微电网处于孤岛运行状态，则由混合储能系统充当一次下垂调压系统，然后执行步骤B；
[0055] 若直流微电网处于并网运行状态，则由并网系统充当一次下垂调压系统，然后执行步骤C；
[0056] B.调压控制器控制混合储能系统中的第二双向DC/DC变换器切换至下垂调压模式，根据此时的直流母线电压Udc和下垂特性曲线进行一次调压；然后，执行步骤D；
[0057] C.调压控制器控制并网系统中的双向DC/AC变换器切换至下垂调压模式，根据此时的直流母线电压Udc和下垂特性曲线进行一次调压；然后，执行步骤D；
[0058] D.调压控制器采集直流母线电压Udc，并判断直流母线电压Udc在Δt时间内的变化量ΔUdc是否小于阈值δ；
[0059] 若直流母线电压Udc在Δt时间内的变化量ΔUdc不小于阈值δ，则表明直流微电网的运行未达到稳态，此时循环执行步骤D；
[0060] 若直流母线电压Udc在Δt时间内的变化量ΔUdc小于阈值δ，则表明直流微电网的运行达到稳态，此时执行步骤E；
[0061] E.调压控制器通过钒电池检测仪实时检测钒电池的荷电状态SOCVRB，并判断钒电池的荷电状态SOCVRB是否超出正常工作范围；
[0062] 若钒电池的荷电状态SOCVRB未超出正常工作范围，且直流微电网处于孤岛运行状态，则执行步骤F；
[0063] 若钒电池的荷电状态SOCVRB未超出正常工作范围，且直流微电网处于并网运行状态，则执行步骤G；
[0064] 若钒电池的荷电状态SOCVRB超出正常工作范围，则循环执行步骤E；
[0065] F.调压控制器控制混合储能系统中的第二双向DC/DC变换器由下垂调压模式切换至功率锁定模式（图7中，PI开关由A切换至B），混合储能系统的输出功率由此锁定为当前值；然后，调压控制器控制钒电池储能系统中的双向DC/DC变换器由空闲模式切换至双闭环控制模式，钒电池储能系统由此将直流母线电压Udc调节至其额定值Udcr，从而实现直流母线电压Udc的零误差二次调节；然后，执行步骤H；
[0066] G.调压控制器控制并网系统中的双向DC/AC变换器由下垂调压模式切换至功率锁定模式（图7中，PI开关由A切换至B），并网系统的输出功率由此锁定为当前值；然后，调压控制器控制钒电池储能系统中的双向DC/DC变换器由空闲模式切换至双闭环控制模式，钒电池储能系统由此将直流母线电压Udc调节至其额定值Udcr，从而实现直流母线电压Udc的零误差二次调节；然后，执行步骤H；
[0067] H.调压控制器通过钒电池检测仪实时检测钒电池储能系统的输出功率PVRB，并判断钒电池储能系统的输出功率PVRB是否达到阈值±PT或0；同时，调压控制器通过钒电池检测仪实时检测钒电池的荷电状态SOCVRB，并判断钒电池的荷电状态SOCVRB是否超出正常工作范围；
[0068] 若钒电池储能系统的输出功率PVRB未达到阈值±PT或0，且钒电池的荷电状态SOCVRB未超出正常工作范围，则循环执行步骤H；
[0069] 若钒电池储能系统的输出功率PVRB达到阈值±PT或0，或者钒电池的荷电状态SOCVRB超出正常工作范围，且直流微电网处于孤岛运行状态，则执行步骤I；
[0070] 若钒电池储能系统的输出功率PVRB达到阈值±PT或0，或者钒电池的荷电状态SOCVRB超出正常工作范围，且直流微电网处于并网运行状态，则执行步骤J；
[0071] I.调压控制器控制钒电池储能系统中的双向DC/DC变换器由双闭环控制模式切换至空闲模式，钒电池储能系统输出由此关闭；然后，调压控制器控制混合储能系统中的第二双向DC/DC变换器由功率锁定模式切换至下垂调压模式（图7中，PI开关由B切换至A），混合储能系统由此恢复到下垂调压模式，并根据此时的直流母线电压Udc重新整定其输出功率；然后，返回步骤D；
[0072] J.调压控制器控制钒电池储能系统中的双向DC/DC变换器由双闭环控制模式切换至空闲模式，钒电池储能系统输出由此关闭；然后，调压控制器控制并网系统中的双向DC/AC变换器由功率锁定模式切换至下垂调压模式（图7中，PI开关由B切换至A），并网系统由此恢复到下垂调压模式，并根据此时的直流母线电压Udc重新整定其输出功率；然后，返回步骤D。
[0073] 所述步骤F、G中，一次下垂调压系统的功率锁定模式的实现，是通过将其功率控制环节（见图7）中输出电流参考值Idroop_ref与输出电流实际值Idroop_real之间的电流差量
信号IΔ人工置零来完成的，通过一个电流环使其保持当前输出电流不变，从而实现其输出功率的锁定。
[0074] 具体实施时，所述步骤H中，钒电池储能系统的输出功率阈值PT是基于以下方法确定的：当直流微电网系统负荷骤增，在一次下垂调压系统的调节作用下，直流母线电压稳定在Udc=UL2时，若钒电池储能系统二次调压通过输出功率P0将直流母线电压调节至Udc=Udcr，则取PT=P0。
