发明专利｜一种用于直流微电网的下垂控制方法及系统

摘要：本发明涉及一种用于直流微电网的下垂控制方法及系统，该下垂控制方法包括：获取待调度的多个功率模块的额定功率及当前输出功率;计算当前输出功率之和与额定功率之和的比值，且将该比值作为最优工作参考值;针对每一个功率模块，计算其当前输出功率与额定功率的比值，且根据该比值及最优工作参考值，判断该功率模块是否处于最优工作点;针对处于非最优工作点的功率模块，对该功率模块的模块控制器的下垂控制参数进行调整，直至该功率模块的当前输出功率与额定功率的比值等于最优工作参考值。实施本发明的技术方案，可对多个功率模块的下垂特性进行系统级调整，以达到提高效率及延长寿命的目的。

申请人 青岛特锐德电气股份有限公司 西安特锐德智能充电科技有限公司

发明人 丁刘根 孙运杰 张亚平 王恺 于德翔 周强

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种用于直流微电网的下垂控制方法及系统。

背景技术

随着世界能源危机和环境污染问题日益严峻，可再生分布式能源的开发和利用越来越受到重视。为了避免分布式电源直接并网对大电网稳定运行造成冲击，便提出了微电网的概念，该微电网是指由分布式电源及储能装置等构成小型的配电系统，其既可以与大联网运行，也可孤立运行，是智能电网的重要组成部分。而直流微电网是以直流配电的式，通过系统直流母线将分布式电源连接起来的可控微电网。

目前直流微网系统的控制策略主要有主从控制策略、电压偏差控制策略和电压下垂控制策略。采取主从控制和电压偏差控制的直流微网的冗余性和可扩展性都较差。电压下垂控制是通过配置下垂控制参数来使得每个微电源有各自独立的下垂关系曲线，可以在无严重依赖通信的分散控制条件下实现功率的快速分配，使系统具有良好的冗余性和可扩展性，被认为是较具潜力的微网控制方式。

对于电源下垂特性，现有的下垂控制方法仅是针对单一电源固定下垂特性所进行的下垂控制，但是在多电源(电源可以为功率模块)情况下，还无法做到下垂特性的系统级调整，进而无法实现各电源输出功率的协调控制。

发明内容

为解决现有技术中无法做到下垂特性的系统级调整的技术问题，本发明提供一种用于直流微电网的下垂控制方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于直流微电网的下垂控制方法，包括以下步骤：

获取待调度的多个功率模块的额定功率及当前输出功率，其中，所述多个功率模块的额定功率至少部分不同;

[计算所述多个功率模块的当前输出功率之和以及额定功率之和，并计算所述当前输出功率之和与所述额定功率之和的比值，且将该比值作为最优工作参考值;

针对每一个功率模块，计算其当前输出功率与额定功率的比值，且根据该比值及所述最优工作参考值，判断该功率模块是否处于最优工作点;

针对处于非最优工作点的功率模块，根据其当前输出功率与额定功率的比值及所述最优工作参考值，对该功率模块的模块控制器的下垂控制参数进行调整，直至该功率模块的当前输出功率与所述额定功率的比值等于所述最优工作参考值。

优选地，还包括：

获取系统直流母线的当前电压值，并判断所述当前电压值与所设定的系统、直流母线的额定电压值是否相等;

优选地，所述模块控制器包括：电压调节器、电流调节器、下垂控制器和PWM生成单元，其中，所述电压调节器的电压给定输入端连接所述系统级控制器的第一输出端，所述电压调节器的电压给定调整端连接所述系统级控制器的第二输出端，所述电压调节器的下垂控制输入端连接所述下垂控制器的输出端，所述电压调节器的反馈端接入相应功率模块的当前输出电压，所述电压调节器的输出端连接所述电流调节器的电流给定输入端，所述电流调节器的反馈端及所述下垂控制器的输入端分别接入相应功率模块的当前输出电流，所述电流调节器的输出端连接所述PWM生成单元的输入端，所述PWM生成单元的输出端连接相应功率模块的开关器件。

优选地，所述模块控制器包括：电压调节器、电流调节器、下垂控制器和PWM生成单元，其中，所述电压调节器的电压给定输入端连接所述系统级控制器的第一输出端，所述电压调节器的电压给定调整端连接所述系统级控制器的第二输出端，所述电压调节器的下垂控制输入端连接所述下垂控制器的输出端，所述电压调节器的反馈端接入相应功率模块的当前输出电压，所述电压调节器的输出端连接所述电流调节器的电流给定输入端，所述电流调节器的反馈端及所述下垂控制器的输入端分别接入相应功率模块的当前输出电流，所述电流调节器的输出端连接所述PWM生成单元的输入端，所述PWM生成单元的输出端连接相应功率模块的开关器件。

实施本发明的技术方案，在对多个功率模块进行功率调度时，可对多个功率模块的下垂特性进行系统级调整，通过不断地修改各个功率模块所对应的下垂控制参数，而无需改变各功率模块的原动态特性，最终使得每一个功率模块均处于最优工作点，进而实现各电源输出功率的协调控制，以达到提高效率及延长寿命的目的。另外，通过可配置化控制，可以实现微电网系统多种运行策略的实现，符合目前微电网在分布式发电应用场景中完成能源调度的使命。

发明专利要点简介

1 .一种用于直流微电网的下垂控制方法，其特征在于，包括以下步骤：若不相等，则对处于最优工作点的功率模块的模块控制器的电压给定值进行调

整，以使所述当前电压值与所述额定电压值相等。 若不相等，则对处于最优工作点的功率模块的模块控制器的电压给定值进行调

整，以使所述当前电压值与所述额定电压值相等。

获取待调度的多个功率模块的额定功率及当前输出功率，其中，所述多个功率模块的额定功率至少部分不同;

计算所述多个功率模块的当前输出功率之和以及额定功率之和，并计算所述当前输出功率之和与所述额定功率之和的比值，且将该比值作为最优工作参考值;

针对每一个功率模块，计算其当前输出功率与额定功率的比值，且根据该比值及所述最优工作参考值，判断该功率模块是否处于最优工作点;

针对处于非最优工作点的功率模块，根据其当前输出功率与额定功率的比值及所述最优工作参考值，对该功率模块的模块控制器的下垂控制参数进行调整，直至该功率模块的当前输出功率与所述额定功率的比值等于所述最优工作参考值。

2.根据权利要求1所述的用于直流微电网的下垂控制方法，其特征在于，还包括：获取系统直流母线的当前电压值，并判断所述当前电压值与所设定的系统直流母线的

额定电压值是否相等;若不相等，则对处于最优工作点的功率模块的模块控制器的电压给定值进行调整，以使所述当前电压值与所述系统直流母线的额定电压值相等。

3.根据权利要求1或2所述的用于直流微电网的下垂控制方法，其特征在于，根据其当前输出功率与额定功率的比值及所述最优工作参考值，对该功率模块的模块控制器的下垂控制参数进行调整，包括：

根据以下公式计算该功率模块的模块控制器的下垂控制参数的调整系数值：

ΔRd(s)=(M-M1)/M，

其中，ΔRd(s)为该功率模块的模块控制器的下垂控制参数的调整系数值，M1为该功率模块的当前输出功率与其额定功率的比值，M为最优工作参考值;

根据所述下垂控制参数的调整系数值，调整该功率模块的模块控制器的下垂控制参数。

4.根据权利要求1所述的用于直流微电网的下垂控制方法，其特征在于，在获取待调度的多个功率模块的额定功率及当前输出功率之前，还包括：

根据负荷需求及预设的调度策略判断各个功率模块是否需要接受调度，若是，则将相应功率模块加入待调度队列。

5.一种用于直流微电网的下垂控制系统，包括分别用于控制各个功率模块的输出电压输出电流的多个模块控制器，其特征在于，所述下垂控制系统还包括用于对所述多个模

块控制器的下垂特性进行配置的系统级控制器，所述系统级控制器包括：

功率获取模块，用于获取待调度的多个功率模块的额定功率及当前输出功率，其中，所述多个功率模块的额定功率至少部分不同;

参考值确定模块， 用于计算所述多个功率模块的当前输出功率之和以及额定功率之和，并计算所述当前输出功率之和与所述额定功率之和的比值，且将该比值作为最优工作参考值;

最优判断模块，用于针对每一个功率模块，计算其当前输出功率与额定功率的比值，且根据该比值及所述最优工作参考值，判断该功率模块是否处于最优工作点;

第一调整模块，用于针对处于非最优工作点的功率模块，根据其当前输出功率与额定功率的比值及所述最优工作参考值，对该功率模块的模块控制器的下垂控制参数进行调整，直至该功率模块的当前输出功率与所述额定功率的比值等于所述最优工作参考值。

6.根据权利要求5所述的用于直流微电网的下垂控制系统，其特征在于，还包括：

电压获取模块，用于获取系统直流母线的当前电压值;

电压判断模块，用于判断所述当前电压值与所设定的系统直流母线的额定电压值是否相等;

第二调整模块，用于在所述当前电压值与所设定的系统直流母线的额定电压值不相等时，对处于最优工作点的功率模块的模块控制器的电压给定值进行调整，以使所述当前电压值与所述额定电压值相等。.根据权利要求5或6所述的用于直流微电网的下垂控制系统，其特征在于，所述第一调整模块包括：

计算单元，用于根据以下公式计算该功率模块的模块控制器的下垂控制参数的调整系数值：ΔRd(s)=(M-M1)/M，

其中，ΔRd(s)为该功率模块的模块控制器的下垂控制参数的调整系数值，M1为该功率模块的当前输出功率与其额定功率的比值，M为最优工作参考值;

调整单元，用于根据所述下垂控制参数的调整系数值，调整该功率模块的模块控制器的下垂控制参数。

8.根据权利要求5所述的用于直流微电网的下垂控制系统，其特征在于，还包括：

调度判断模块，用于根据负荷需求及预设的调度策略判断各个功率模块是否需要接受调度，若是，则将相应功率模块加入待调度队列。

9.根据权利要求6所述的用于直流微电网的下垂控制系统，其特征在于，所述功率获取模块 ，用于通过CAN总线获取待调度的多个功率模块的额定功率及当前输出功率;和/或，

所述电压获取模块，用于通过CAN总线获取系统直流母线的额定电压值及当前电压值。

10.根据权利要求6所述的用于直流微电网的下垂控制系统，其特征在于，所述模块控制器包括：电压调节器、电流调节器、下垂控制器和PWM生成单元，其中，所述电压调节器的电压给定输入端连接所述系统级控制器的第一输出端，所述电压调节器的电压给定调整端连接所述系统级控制器的第二输出端，所述电压调节器的下垂控制输入端连接所述下垂控制器的输出端，所述电压调节器的反馈端接入相应功率模块的当前输出电压，所述电压调节器的输出端连接所述电流调节器的电流给定输入端，所述电流调节器的反馈端及所述下垂控制器的输入端分别接入相应功率模块的当前输出电流，所述电流调节器的输出端连接所述PWM生成单元的输入端，所述PWM生成单元的输出端连接相应功率模块的开关器件。