本發(fā)明涉及微網(wǎng)群控制技術領域，特別是一種微網(wǎng)群的自主協(xié)調控制方法。

背景技術：

隨著傳統(tǒng)化石能源的日益枯竭、全球能源危機加劇，太陽能、風能等分布式電源得到廣泛的使用，微電網(wǎng)作為接納分布式電源的有效手段，逐步引起了社會的廣泛關注。微電網(wǎng)是由分布式電源、儲能電池、負荷和電力電子變換器構成的可控系統(tǒng)，既可以并網(wǎng)運行，也可以孤島運行。但單個微電網(wǎng)存在工作容量有限，抗擾動能力弱等缺點，再加上分布式電源輸出功率的間歇性和負荷的多變性，在分布式電源高滲透率情況下，如何有效的提高微電網(wǎng)供電可靠性是一個亟待解決的關鍵技術。

一種行之有效的解決方法是將多個微電網(wǎng)構成一個微網(wǎng)群。微網(wǎng)群作為分布式發(fā)電網(wǎng)絡的一個全新概念，立足于微電網(wǎng)，將地理位置上毗鄰的微電網(wǎng)、分布式發(fā)電系統(tǒng)互連，它不僅能有效集成各種分布式電源，還可實現(xiàn)群內各子網(wǎng)之間的能量調度和互濟，增強彼此間的供電可靠性。

目前國內外對微網(wǎng)群的研究都處于起步階段,相對于單一微網(wǎng)的協(xié)調管理，微網(wǎng)群的協(xié)調控制更加復雜，不僅要考慮各子網(wǎng)內分布式電源的能量協(xié)調分配，還需要考慮各子微網(wǎng)之間的互聯(lián)狀態(tài)以及群級協(xié)作下各子微網(wǎng)之間的功率優(yōu)化調配和協(xié)調控制。因此研究一種微網(wǎng)群架構及其自主協(xié)調控制方法意義重大。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術不足，提供一種微網(wǎng)群架構及其自主協(xié)調控制方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種微網(wǎng)群架構及其自主協(xié)調控制方法，適用于多交、直流微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)。其特征在于：所述微網(wǎng)群架構主要包括交、直流子網(wǎng)、功率交換單元(power exchange unit，PEU)和能量池(energy pools,EP)；所述交、直流子網(wǎng)由分布式電源、電力電子變換器以及負荷組成；所述PEU由多個AC/DC變換器和DC/DC變換器組成，且所有交、直流子網(wǎng)都通過PEU與EP進行功率交換；所述EP由多個連接儲能電池的雙向DC/DC變換器并聯(lián)而成。針對PEU采用自適應功率交換系數(shù)的功率協(xié)調控制方法，以協(xié)調微網(wǎng)群內各子網(wǎng)與EP進行功率交換，使得各子網(wǎng)實現(xiàn)能量互濟，維持各子網(wǎng)內電壓及頻率的穩(wěn)定運行；針對EP提出了分層協(xié)調控制方法， 維持EP直流母線電壓穩(wěn)定運行，實現(xiàn)了對PEU所需交換凈功率的合理分配。

所述自適應功率交換系數(shù)的PEU功率協(xié)調控制方法,其特征在于，包括以下步驟：

1)在每個采樣周期的起始點，分別對PEU中第n臺AC/DC變換器的三相輸出電壓u_abc,n、三相輸出電流i_abc,n，第m臺DC/DC的直流輸出電壓u_dc,m、輸出電流i_dc,m進行采樣；

2)將上述三相輸出電壓u_abc,n傳送至數(shù)字鎖相環(huán)PLL，計算得到當前相角θ_n、頻率f_n和電壓幅值U_ac,n；

3)將步驟1)和2)所得的u_dc,m和f_n進行標準化，分別得到標準化后的直流電壓u′_dc,m和頻率f_n′，具體計算公式如下：

其中f_max、f_min分別為交流子網(wǎng)運行頻率所能取的最大值和最小值；u_dc,max、u_dc,min分別為直流子網(wǎng)母線電壓所能取的最大值和最小值；

4)根據(jù)步驟3)所得u′_dc,m、f_n′和EP的總剩余容量SOC_sum分別計算PEU中第n臺AC/DC變換器和第m臺DC/DC變換器的自適應有功功率交換系數(shù)k_ac,n和k_dc,m，具體計算公式如下：

式中，k_init為初始有功功率交換系數(shù)，由各子網(wǎng)的容量決定；τ為冪系數(shù)，用來決定u′_dc,m、f_n′在PEU的有功功率交換控制中的權重，本發(fā)明τ取值為2；α為底數(shù)，用來決定EP的總剩余容量在PEU的有功功率交換控制中的權重，本發(fā)明α取值為1.5；SOC_low為總剩余容量的下限閾值，SOC_up為總剩余容量的上限閾值。

5)根據(jù)步驟4)所得k_ac,n和k_dc,m分別計算PEU中第n臺AC/DC變換器和第m臺DC/DC變換器所需交換的有功功率P_ac,n，P_dc,m，計算公式如下：

式中，f_th′、u′_dc,th分別為PEU中AC/DC和DC/DC的有功功率交換啟動閾值；

6)根據(jù)步驟2)所得電壓幅值U_ac,n計算PEU中第n臺AC/DC變換器所需交換的無功功率Q_n，具體計算公式如下：

Q_n＝k_q,n(U_ac,n-U_N,ac)；

式中：k_q,n為無功功率交換系數(shù)；U_N,ac為交流子網(wǎng)額定工作相電壓幅值；

7)根據(jù)步驟5)和6)得到的P_ac,n，Q_n和P_dc,m分別計算PEU中第n臺AC/DC變換器電流參考指令和第m臺DC/DC變換器的電流參考指令具體計算公式如下：

8)對參考電流進行準諧振PR控制，得到PEU中第n臺AC/DC的驅動信號 用來驅動AC/DC變換器；再對參考電流進行PI控制，得到PEU中第m臺DC/DC變換器的驅動信號用來驅動DC/DC變換器。

所述EP分層協(xié)調控制方法,其特征在于，包括以下步驟：

1)在每個采樣周期的起始點，分別對EP中第k臺雙向DC/DC變換器的電感電流i_bat,k和EP的直流母線電壓u_EP進行采樣；

2)將母線電壓u_EP與給定值u_ref相比較，再將電壓誤差送入PI控制器，得到維持EP電壓穩(wěn)定所需補償?shù)目偣β剩賹⑵淦骄峙涞礁鲀δ茈姵?，得到各儲能電池功率指令的補償值δ_P，用來微調第一層控制所需的功率指令，從而達到穩(wěn)定EP直流母線參考電壓的效果，具體計算公式如下：

式中，G_PI(s)為PI控制器的傳遞函數(shù)；

3)根據(jù)PEU中第n臺AC/DC變換器和第m臺DC/DC變換器所需交換的有功功率P_ac,n，P_dc,m和第k組儲能電池的額定容量S_N,k，剩余容量SOC_k計算第k臺雙向DC/DC變換器變換器的需要吸收或者釋放的功率P_bat,k，具體計算公式如下：

式中：P_ac,j，P_dc,j分別為第j臺AC/DC變換器和第j臺DC/DC變換器所需交換的有功功率；SOC_i為第i組電池的剩余容量。

4)根據(jù)P_bat,k和δ_P計算第k臺雙向DC/DC變換器的電流參考值i^*_ref，k，具體計算公式如下：

5)將電感電流i_bat,k與電流參考值i^*_ref,k相比較，然后將電流誤差送入PI控制器，再將其輸出送入PWM調制器，得到觸發(fā)脈沖，用來驅動雙向DC/DC變換器。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：本發(fā)明提出的一種微網(wǎng)群架構及其自主協(xié)調控制方法，通過PEU的自適應功率交換系數(shù)的功率協(xié)調控制方法來協(xié)調微網(wǎng)群內各子網(wǎng)與EP進行功率交換，使得各子網(wǎng)實現(xiàn)能量互濟，并維持各子網(wǎng)內母線電壓及頻率的穩(wěn)定；通過EP分層協(xié)調控制方法來維持EP直流母線電壓穩(wěn)定運行，并實現(xiàn)對PEU所需交換凈功率的合理分配，從而有效的實現(xiàn)了微網(wǎng)群的自主協(xié)調控制，可廣泛應用于多交、直流微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例微網(wǎng)群架構圖；

圖2為本發(fā)明一實施例自適應功率交換系數(shù)的PEU功率協(xié)調控制結構圖；

圖3為本發(fā)明一實施例EP的分層協(xié)調控制結構圖；

圖4(a)各交直流子網(wǎng)中負載需求、電源輸出功率以及母線電壓變化情況；圖4(b)PEU中各變換器交換功率的瞬態(tài)響應波形；圖4(c)EP的控制效果圖。

具體實施方式

圖1為本發(fā)明一實施例微網(wǎng)群架構圖，主要包括交、直流子網(wǎng)、PEU和EP；其中交、直流子網(wǎng)由分布式電源、電力電子變換器以及負荷組成；PEU由多個AC/DC變換器和DC/DC變換器組成，且所有交、直流子網(wǎng)都通過PEU與EP進行功率交換；EP由多個連 接儲能電池的雙向DC/DC變換器并聯(lián)而成。

圖2為本發(fā)明一實施例自適應功率交換系數(shù)的PEU功率協(xié)調控制結構圖，具體的控制方法包括以下步驟：

1)在每個采樣周期的起始點，分別對PEU中第n臺AC/DC變換器的三相輸出電壓u_abc,n、三相輸出電流i_abc,n，第m臺DC/DC的直流輸出電壓u_dc,m、輸出電流i_dc,m進行采樣；

2)將上述三相輸出電壓u_abc,n傳送至數(shù)字鎖相環(huán)PLL，計算得到當前相角θ_n、頻率f_n和電壓幅值U_ac,n；

3)將步驟1)和2)所得的u_dc,m和f_n進行標準化，分別得到標準化后的直流電壓u′_dc,m和頻率f_n′，具體計算公式如下：

其中f_max、f_min分別為交流子網(wǎng)運行頻率所能取的最大值和最小值；u_dc,max、u_dc,min分別為直流子網(wǎng)母線電壓所能取的最大值和最小值；

4)根據(jù)步驟3)所得u′_dc,m、f_n′和EP的總剩余容量SOC_sum分別計算PEU中第n臺AC/DC變換器和第m臺DC/DC變換器的自適應有功功率交換系數(shù)k_ac,n和k_dc,m，具體計算公式如下：

式中，k_init為初始有功功率交換系數(shù)，由各子網(wǎng)的容量決定；τ為冪系數(shù)，用來決定u′_dc,m、f_n′在PEU的有功功率交換控制中的權重，本發(fā)明τ取值為2；α為底數(shù)，用來決定EP的總剩余容量在PEU的有功功率交換控制中的權重，本發(fā)明α取值為1.5；SOC_low為總剩余容量的下限閾值，SOC_up為總剩余容量的上限閾值。

5)根據(jù)步驟4)所得k_ac,n和k_dc,m分別計算PEU中第n臺AC/DC變換器和第m臺DC/DC變換器所需交換的有功功率P_ac,n，P_dc,m，計算公式如下：

式中，f_th′、u′_dc,th分別為PEU中AC/DC和DC/DC的有功功率交換啟動閾值；

6)根據(jù)步驟2)所得電壓幅值U_ac,n計算PEU中第n臺AC/DC變換器所需交換的無功功率Q_n，具體計算公式如下：

Q_n＝k_q,n(U_ac,n-U_N,ac) (4)

式中：k_q,n為無功功率交換系數(shù)；U_N,ac為交流子網(wǎng)額定工作相電壓幅值；

7)根據(jù)步驟5)和6)得到的P_ac,n，Q_n和P_dc,m分別計算PEU中第n臺AC/DC變換器電流參考指令和第m臺DC/DC變換器的電流參考指令具體計算公式如下：

8)對參考電流進行準諧振PR控制，得到PEU中第n臺AC/DC的驅動信號 用來驅動AC/DC變換器；再對參考電流進行PI控制，得到PEU中第m臺DC/DC變換器的驅動信號用來驅動DC/DC變換器。

圖3為本發(fā)明一實施例EP的分層協(xié)調控制結構圖，具體的控制方法包括以下步驟：

1)在每個采樣周期的起始點，分別對EP中第k臺雙向DC/DC變換器的電感電流i_bat,k和EP的直流母線電壓u_EP進行采樣；

2)將母線電壓u_EP與給定值u_ref相比較，再將電壓誤差送入PI控制器，得到維持EP電壓穩(wěn)定所需補償?shù)目偣β?，再將其平均分配到各儲能電池，得到各儲能電池功率指令的補償值δ_P，用來微調第一層控制所需的功率指令，從而達到穩(wěn)定EP直流母線參考電壓的效果，具體計算公式如下：

式中，G_PI(s)為PI控制器的傳遞函數(shù)；

3)根據(jù)PEU中第n臺AC/DC變換器和第m臺DC/DC變換器所需交換的有功功率P_ac,n，P_dc,m和第k組儲能電池的額定容量S_N,k，剩余容量SOC_k計算第k臺雙向DC/DC變換器變換器的需要吸收或者釋放的功率P_bat,k，具體計算公式如下：

式中：P_ac,j，P_dc,j分別為第j臺AC/DC變換器和第j臺DC/DC變換器所需交換的有功功率；SOC_i為第i組電池的剩余容量。

4)根據(jù)P_bat,k和δ_P計算第k臺雙向DC/DC變換器的電流參考值i^*_ref，k，具體計算公式如下：

5)將電感電流i_bat,k與電流參考值i^*_ref,k相比較，然后將電流誤差送入PI控制器，再將其輸出送入PWM調制器，得到觸發(fā)脈沖，用來驅動雙向DC/DC變換器。

圖4(a)～圖4(c)為本發(fā)明一實施例微網(wǎng)群自主協(xié)調控制仿真波形圖。其中圖4(a)為各交直流子網(wǎng)中負載需求、電源輸出功率以及母線電壓變化情況，圖4(b)為PEU中各變換器交換功率的瞬態(tài)響應波形，圖4(c)為EP的分層協(xié)調控制效果圖。通過對仿真波形的分析，可以看到本發(fā)明所提微網(wǎng)群架構及其自主協(xié)調控制方法可實現(xiàn)微網(wǎng)群內各子網(wǎng)之間的能量流動，并實現(xiàn)各子網(wǎng)的能量互濟，提高了微網(wǎng)群的供電可靠性。