本發(fā)明涉及微電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域,具體地說,涉及一種直流微電網(wǎng)分布式控制系統(tǒng)。
背景技術(shù):
微電網(wǎng)是相對傳統(tǒng)大電網(wǎng)的一個概念,它是指多個分布式電源及其相關(guān)負(fù)載按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò),其通過靜態(tài)開關(guān)關(guān)聯(lián)至常規(guī)電網(wǎng)。由于直流負(fù)載不斷增多,并且在直流微電網(wǎng)中無需考慮分布式電源之間的同步問題,同時能夠提供更好的電能質(zhì)量和具有更高的效率,因此近年來直流微電網(wǎng)成為研究的熱點并得到的迅速的發(fā)展。
分布式控制以其高效、可靠和穩(wěn)定等優(yōu)點在直流微電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。為了使得直流微電網(wǎng)的電能質(zhì)量得到更好的控制,許多學(xué)者以及工程人員對直流微電網(wǎng)的分布式控制方法進(jìn)行了研究,并提出了多種不同的控制方法。然而,現(xiàn)有的這些控制方法尚無法較好地實現(xiàn)系統(tǒng)的電壓恢復(fù)與功率均分。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
為解決上述問題,本發(fā)明提供了一種直流微電網(wǎng)分布式控制系統(tǒng),所述系統(tǒng)包括:
電壓測量裝置和電流測量裝置,其用于測量采集到的直流微電網(wǎng)中第一微源的輸出電壓和輸出電流經(jīng)過通訊線路傳輸后的相應(yīng)值,分別對應(yīng)得到第一延時電壓和第一延時電流;
第一電壓調(diào)整信號生成裝置,其與所述電壓測量裝置連接,用于根據(jù)所述第一延時電壓和第二微源的輸出電壓,生成第一電壓調(diào)整信號;
第二電壓調(diào)整信號生成裝置,其與所述電流測量裝置連接,用于根據(jù)所述第一延時電流、第二微源的輸出電流以及預(yù)設(shè)電流比,生成第二電壓調(diào)整信號;
電壓參考值生成裝置,其與所述第一電壓調(diào)整信號生成裝置和第二電壓調(diào)整信號生成裝置連接,用于根據(jù)所述第一電壓調(diào)整信號和第二電壓調(diào)整信號生成所述第二微源的電壓參考值;
電壓調(diào)節(jié)裝置,其與所述電壓參考值生成裝置連接,用于根據(jù)所述電壓參考值調(diào)整所述第二微源的輸出電壓。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述第一電壓調(diào)整信號生成裝置包括:
均值電路,其與所述電壓測量裝置連接,用于計算所述第二微源的輸出電壓與所述第一延時電壓的平均值,得到電壓平均值;
電壓PI控制電路,其輸入端與所述均值電路的輸出端連接,用于根據(jù)所述電壓平均值和預(yù)設(shè)參考電壓生成所述第一電壓調(diào)整信號。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述電壓PI控制電路包括:
第一減法器,其與所述均值電路連接,用于計算所述電壓平均值和預(yù)設(shè)參考電壓的電壓差值;
電壓PI控制器,其與所述第一減法器連接,用于根據(jù)所述電壓差值生成所述第一電壓調(diào)整信號。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述電壓PI控制器配置為根據(jù)如下表達(dá)式生成所述第一電壓調(diào)整信號:
其中,v2a表示第一電壓調(diào)整信號,pv2和mv2分別表示電壓PI控制器的比例參數(shù)和積分參數(shù),vref表示參考電壓,表示電壓平均值。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述第二電壓調(diào)整信號生成裝置包括:
比例調(diào)節(jié)器,其與所述電流測量裝置連接,用于基于所述預(yù)設(shè)電流比分別對所述第一延時電流和所述第二微源的輸出電流進(jìn)行比例運算;
電流PI控制電路,其與所述比例調(diào)節(jié)器連接,用于根據(jù)比例運算后的第一延時電流和所述第二微源的輸出電流生成第二電壓調(diào)整信號。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述電流PI控制電路配置為根據(jù)如下表達(dá)式生成所述第二電壓調(diào)整信號:
v2b=pi2(i1(t-τ)/k1-i2/k2)+mi2∫(i1(t-τ)/k1-i2/k2)
其中,v2b表示第二電壓調(diào)整信號,pi2和mi2分別表示電流PI控制電路的比例參數(shù)和積分參數(shù),i1(t-τ)表示第一延時電流,i2表示第二微源的輸出電流,k1/k2表示預(yù)設(shè)電流比。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述電壓參考值生成裝置配置為根據(jù)如下表達(dá)式生成所述第二微源的電壓參考值:
其中,v2_ref和分別表示第二微源的電壓參考值和電壓初始值,v2a和v2b分別表示第一電壓調(diào)整信號和第二電壓調(diào)整信號。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述電壓調(diào)節(jié)裝置包括DC/DC變換器。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述系統(tǒng)還包括:
電流參考值生成裝置,其與所述所述電流測量裝置連接,用于根據(jù)所述第一延時電流、第二微源的輸出電流以及預(yù)設(shè)電流比,生成所述第二微源的電流參考值;
電流調(diào)節(jié)裝置,其與所述電流參考值生成裝置連接,用于根據(jù)所述第二微源的電流參考值調(diào)整所述第二微源的輸出電流。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例,所述電流參考值生成裝置配置為根據(jù)如下表達(dá)式計算所述第二微源的電流參考值:
其中,i2_ref表示第二微源的電流參考值,k1/k2表示預(yù)設(shè)電流比,i1(t-τ)表示第一延時電流。
相較于現(xiàn)有的直流微電網(wǎng)分布式控制系統(tǒng),本發(fā)明所提供的直流微電網(wǎng)分布式控制系統(tǒng)引入了通訊線路對電壓數(shù)據(jù)和電路數(shù)據(jù)的延時作用,使分布式控制方法能夠應(yīng)用于低帶寬情況,并能夠準(zhǔn)確地實現(xiàn)電壓恢復(fù)和電流均分。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述,并且,部分地從說明書中變得顯而易見,或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案,下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡單的介紹:
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的直流微電網(wǎng)物理模型的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的直流微電網(wǎng)分布式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的直流微電網(wǎng)分布式控制系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)的具體電路示意圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖及實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實施方式,借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題,并達(dá)成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。需要說明的是,只要不構(gòu)成沖突,本發(fā)明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結(jié)合,所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
同時,在以下說明中,出于解釋的目的而闡述了許多具體細(xì)節(jié),以提供對本發(fā)明實施例的徹底理解。然而,對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的是,本發(fā)明可以不用這里的具體細(xì)節(jié)或者所描述的特定方式來實施。
現(xiàn)有的直流微電網(wǎng)分布式控制方法多是采用下垂控制方式,而這種控制方式無法同時實現(xiàn)準(zhǔn)確的電壓恢復(fù)和電流均分。針對現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述問題,本實施例提供了一種新的直流微電網(wǎng)分布式控制方法以及直流微電網(wǎng)分布式控制系統(tǒng)。
不失一般性,現(xiàn)有的直流微電網(wǎng)物理模型可以簡化為如圖1所示。其中,該直流微電網(wǎng)供電系統(tǒng)包括兩個微源,即第一微源DG#1和第二微源DG#2,這兩個微源均是由戴維南等效原理簡化得到的直流源。
根據(jù)圖1,可以得到如下表達(dá)式:
vload=v1-i1·Rline1 (1)
vload=v2-i2·Rline2 (2)
其中,vload表示兩個微源之間的公共負(fù)載Rload之間的電壓,Rline1表達(dá)表示第一微源DG#1與公共負(fù)載之間的線路阻抗,Rline2表達(dá)表示第一微源DG#2與公共負(fù)載之間的線路阻抗,v1和i1分別表示第一微源DG#1的輸出電壓和輸出電流,v2和i2分別表示第二微源DG#2的輸出電壓和輸出電流。
進(jìn)而可以得到如下的第一微源和第二微源的輸出電流表達(dá)式:
i1=α1·v1-λ·v2 (3)
i2=α2·v2-λ·v1 (4)
其中,
為了更加清楚的闡述本實施例所提供的直流微電網(wǎng)分布式控制方法以及直流微電網(wǎng)分布式控制系統(tǒng)的實現(xiàn)原理、實現(xiàn)過程以及優(yōu)點,以下以圖1所示的直流微電網(wǎng)簡化模型來對該方法以及系統(tǒng)進(jìn)行描述。
圖2示出了本實施例所提供的直流微電網(wǎng)分布式控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖,圖3示出了本實施例所提供的直流微電網(wǎng)分布式控制系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)的具體電路示意圖。
如圖2所示,該系統(tǒng)優(yōu)選地包括:電壓測量裝置201、電流測量裝置202、第一電壓調(diào)整信號生成裝置203、第二電壓調(diào)整信號生成裝置204、電壓參考值生成裝置205以及電壓調(diào)節(jié)裝置206。
其中,電壓測量裝置201和電流測量裝置202用于測量直流微電網(wǎng)中第一微源的輸出電壓和輸出電流經(jīng)過線路傳輸后的相應(yīng)值,從而分別得到第一延時電壓v1(t-τ)和第一延時電流i1(t-τ)。其中,τ(t)≥0為信號通過通信線路時的延時。
第一電壓調(diào)整信號生成裝置203與電壓測量裝置201以及第二微源DG#2的輸出端連接,其能夠根據(jù)電壓測量裝置201傳輸來的第一時延電壓v1(t-τ)和第二微源的輸出電壓v2,生成第一電壓調(diào)整信號v2a。
如圖3所示,本實施例中,第一電壓調(diào)整信號生成裝置203優(yōu)選地包括:均值電路301和電壓PI控制電路302。均值電路301包含兩個信號輸入端,其中一個信號輸入端與電壓測量裝置201連接,用于接收電壓測量裝置201傳輸來的電壓信號(即第一延時電壓v1(t-τ)),另一信號輸入端與設(shè)置于第二微源的輸出端的電壓測量裝置連接,用于獲取第二微源的輸出電壓v2。均值電路301的輸出端與電壓PI控制電路302的輸入端連接。
本實施例中,均值電路301包括加法器301a和放大倍數(shù)為1/2比例放大器301b。其中,加法器301a用于對第一延時電壓v1(t-τ)和第二微源的輸出電壓v2進(jìn)行求和,并將求和結(jié)果輸入至比例放大器301b,從而由比例放大器301b根據(jù)上述求和結(jié)果計算第一延時電壓v1(t-τ)和第二微源的輸出電壓v2的平均值,得到電壓平均值即存在:
在得到電壓平均值后,均值電路301會將電壓平均值傳輸至電壓PI控制電路302,以由電壓PI控制電路302根據(jù)電壓平均值和預(yù)設(shè)參考電壓vref生成第一電壓調(diào)整信號v2a。
具體地,如圖3所示,本實施例中,電壓PI控制電路302優(yōu)選地包括第一減法器302a和電壓PI控制器302b。其中,第一減法器302a的正相輸入端用于接收預(yù)設(shè)參考電壓vref,負(fù)相輸入端與均值電路301的輸出端連接。這樣,第一減法器也就可以計算得到電壓平均值與預(yù)設(shè)參考電壓vref的電壓差值Δv2,即存在:
第一減法器302a會將上述電壓差值Δv2傳輸至電壓PI控制器302b中,這樣電壓PI控制器302b也就可以根據(jù)上述電壓差值Δv2生成第一電壓調(diào)整信號v2a。具體地,本實施例中,電壓PI控制器302b優(yōu)選地根據(jù)如下表達(dá)式計算第一電壓調(diào)整信號v2a:
其中,pv2和mv2分別表示電壓PI控制器302b的比例參數(shù)和積分參數(shù)。
再次如圖2所示,本實施例中,第二電壓調(diào)整信號生成裝置204與電流測量裝置202連接,其用于根據(jù)電路測量電路202測量得到的第一延時電流i1(t-τ)、獲取到的第二微源的輸出電流i2以及預(yù)設(shè)電流比,生成第二電壓調(diào)整信號v2b。
具體地,如圖3所示,本實施例中,第二電壓調(diào)整信號生成裝置204優(yōu)選地包括比例調(diào)節(jié)器303和電流PI控制電路304。其中,比例調(diào)節(jié)器303與電流測量裝置202以及設(shè)置在第二微源輸出端位置處的相關(guān)電流測量裝置連接,其能夠基于預(yù)設(shè)電流比分別對第一延時電流i1(t-τ)以及第二微源的輸出電流i2進(jìn)行比例運算。
比例調(diào)節(jié)器303會將比例運算后的第一延時電流i1(t-τ)以及第二微源的輸出電流i2傳輸至電流PI控制電路304,以由電流PI控制電路304根據(jù)比例運算后的第一延時電流i1(t-τ)以及第二微源的輸出電流i2生成第二電壓調(diào)整信號v2b。
具體地,本實施例中,電流PI控制電路304優(yōu)選地包括第二減法器304a和電流PI控制器304b。其中,第二減法器304a的正相輸入端用于接收比例運算后的第一延時電流i1(t-τ),負(fù)相輸入端用于接收比例運算后的第二微源的輸出電流i2,其輸出端用于輸出自身生成的電流差值Δi2,即存在:
Δi2=i1(t-τ)/k1-i2/k2 (11)
其中,i1(t-τ)/k1表示比例運算后的第一延時電流i1(t-τ)的相應(yīng)電流值,i2/k2表示比例運算后的第二微源的輸出電流i2的相應(yīng)電流值,k1/k2表示預(yù)設(shè)電流比(即第一微源的輸出電流與第二微源的輸出電流的比值)。
第二減法器304a會將上述電流差值Δi2傳輸至電流PI控制器304b中,這樣電流PI控制器304b也就可以根據(jù)上述電流差值Δi2生成第二電壓調(diào)整信號v2b。具體地,本實施例中,電流PI控制器304b優(yōu)選地根據(jù)如下表達(dá)式計算第二電壓調(diào)整信號v2b:
v2b=pi2(i1(t-τ)/k1-i2/k2)+mi2∫(i1(t-τ)/k1-i2/k2) (12)
其中,pi2和mi2分別表示電流PI控制器的比例參數(shù)和積分參數(shù)。
再次如圖2所示,電壓參考值生成裝置205與第一電壓調(diào)整信號生成裝置203和第二電壓信號調(diào)整信號生成裝置204連接,其用于根據(jù)第一電壓調(diào)整信號生成裝置203所生成的第一電壓調(diào)整信號v2a以及第二電壓調(diào)整信號生成裝置204所生成的第二電壓調(diào)整信號v2b生成第二微源的電壓參考值v2_ref。
具體地,如圖3所示,本實施例中,第二微源的電壓參考值v2_ref為第一電壓調(diào)整信號v2a、第二電壓調(diào)整信號v2b與第二微源的電壓初始值之和,即存在:
需要指出的是,本實施例中,電壓參考值生成裝置205優(yōu)選地可以采用加法器來實現(xiàn),在本發(fā)明的其他實施例中,電壓參考值生成裝置205還可以采用其他合理的器件或電路來實現(xiàn),本發(fā)明不限于此。
在得到第二微源的電壓參考值v2_ref后,電壓參考值生成裝置205會將該電壓參考值v2_ref輸出至電壓調(diào)節(jié)裝置206。具體地,本實施例中,電壓調(diào)節(jié)裝置206優(yōu)選地包括第三減法器305、電壓調(diào)節(jié)器306以及DC/DC變換器(圖中未示出)。其中,第三減法器305的正相輸入端與電壓參考值生成裝置205連接,負(fù)相輸入端與設(shè)置在第二微源輸出端的相應(yīng)電壓測量電路連接,其輸出端與電壓調(diào)節(jié)器306連接,電壓調(diào)節(jié)器306能夠?qū)⒆陨淼妮敵鲭妷赫{(diào)整至與電壓參考值v2_ref相等或近似。DC/DC變換器的輸入端與電壓調(diào)節(jié)器306,其輸出端形成整個第二微源的輸出端。從圖3中可以看出,本實施例中,電壓調(diào)節(jié)裝置206采用閉環(huán)調(diào)節(jié)的方式來對調(diào)整第二微源的輸出電壓。
本實施例中,該直流微電網(wǎng)分布式控制系統(tǒng)還包括電流參考值生成裝置207和電流調(diào)節(jié)裝置208。其中,電流參考值生成裝置207與電流測量電路202連接,其能夠接收電流測量電路202傳輸來的第一延時電流i1(t-τ)、由設(shè)置在第二微源輸出端的相關(guān)電流測量電路測量得到的第二微源的輸出電流i2,并根據(jù)上述電流值以及預(yù)設(shè)電流比生成第二微源的電流參考值i2_ref。
具體地,本實施例中,電流參考值生成裝置207優(yōu)選地根據(jù)如下表達(dá)式計算第二微源的電流參考值i2_ref:
其中,i2_ref表示第二微源的電流參考值,k1/k2表示預(yù)設(shè)電流比,i1(t-τ)表示第一延時電流。
在得到第二微源的電流參考值i2_ref后,電流參考值生成裝置207會將該電流參考值i2_ref傳輸至電流調(diào)節(jié)裝置208。其中,電流調(diào)節(jié)裝置208優(yōu)選地包括第四減法器208a和電流調(diào)節(jié)器208b。第四減法器208a的正相輸入端與電流參考值生成裝置207連接,負(fù)相輸入端與設(shè)置在第二微源輸出端的相應(yīng)電流測量電路連接,其輸出端與電流調(diào)節(jié)器208b連接,電流調(diào)節(jié)器208b能夠?qū)⒆陨淼妮敵鲭妷赫{(diào)整至與電流參考值i2_ref相等或近似。
需要指出的是,上述內(nèi)容是以直流微電網(wǎng)中的第二微源為控制對象為例進(jìn)行說明的,對直流微電網(wǎng)中的其他微源的控制原理以及控制過程與上述內(nèi)容類似,故在此不再對其他微源的控制原理以及控制過程進(jìn)行贅述。
從上述描述中可以看出,相較于現(xiàn)有的直流微電網(wǎng)分布式控制系統(tǒng),本實施例所提供的直流微電網(wǎng)分布式控制系統(tǒng)引入了通訊線路對電壓數(shù)據(jù)和電路數(shù)據(jù)的延時作用,其能夠準(zhǔn)確地實現(xiàn)電壓恢復(fù)和電流均分。
應(yīng)該理解的是,本發(fā)明所公開的實施例不限于這里所公開的特定結(jié)構(gòu)或處理步驟,而應(yīng)當(dāng)延伸到相關(guān)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的這些特征的等同替代。還應(yīng)當(dāng)理解的是,在此使用的術(shù)語僅用于描述特定實施例的目的,而并不意味著限制。
說明書中提到的“一個實施例”或“實施例”意指結(jié)合實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此,說明書通篇各個地方出現(xiàn)的短語“一個實施例”或“實施例”并不一定均指同一個實施例。
雖然上述示例用于說明本發(fā)明在一個或多個應(yīng)用中的原理,但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說,在不背離本發(fā)明的原理和思想的情況下,明顯可以在形式上、用法及實施的細(xì)節(jié)上作各種修改而不用付出創(chuàng)造性勞動。因此,本發(fā)明由所附的權(quán)利要求書來限定。