[发明专利]直流配电网的鲁棒下垂控制装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及下垂控制技术领域，具体涉及一种直流配电网的鲁棒下垂控制装置和方法。

背景技术

随着传统化石能源的日益枯竭与日渐增加的环境压力，能源结构正经历着以传统能源为主向可再生能源调整的过渡期。我国幅员辽阔，风能资源、海洋资源及生物能资源丰富，这为我国的能源结构调整提供了基本的前提。

新能源的分散特性使其更适用于以微电网的形式作为分布式电源向负载供电。日常生活中种类众多的电器设备实质还是直流电驱动，常见的分布式电源可直接生产或间接简单变换成直流形式电能。以直流形式向负载提供能电能可以节省大量整流、逆变环节，因此可以显著降低成本和损耗。然而，采用分布式电源带来的问题之一就是各自发电单元所生产的电能需要通过DC-DC变换器分别并入直流配电网，目前的DC-DC变换器并联方式主要可以分为三种：集中控制方式、主从控制方式、分散式控制方式。其中，集中控制方式和主从控制方式需要通信线路进行通信，以协调各DC-DC变换器的正常工作。但是一旦通信失败，所组成的直流配电网则将无法正常工作。结合分布式电源的特点，无主从控制的分散式控制方式可以解决集中控制方式和主从控制方式中单台DC-DC变换器故障将导致系统瘫痪的问题，可以提高直流配电网的可靠性。分散式控制方式又可以分为有互连线控制方式和无互联线控制方式，其中无互联线控制方式主要是指下垂控制方式。下垂控制方式即各DC-DC变换器采用外特性下垂的控制方式，使输出外特性趋于一致，以达到均流的目的。因此下垂控制方式在微电网中的应用得到了广大学者的关注。从理论上来说，下垂控制方式可以实现DC-DC变换器之间电流的均流控制。尽管下垂控制方式能有效解决各DC-DC变换器的并联问题，但仍存在以下问题：

(1)由于线路阻抗的存在，线路阻抗的不平衡影响负荷功率在多台DC-DC变换器之间的均分，因此导致电流分配精度较低；

(2)下垂控制方式由于下垂系数的影响，依旧存在有母线电压下降幅度过大和DC-DC变换器间环流抑制不理想的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中线路阻抗的不平衡影响负荷功率在各DC-DC变换器之间的均分、母线电压下降幅度过大和DC-DC变换器间环流抑制不理想。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种直流配电网的鲁棒下垂控制装置和方法。

第一方面，该装置包括：鲁棒直流控制器、下垂控制器、积分模块、PI控制器及脉宽调制驱动器，其中：

所述鲁棒直流控制器，连接所述积分模块，用于将直流配电网中直流母线侧的负载电压与预设的目标参考电压作差，将得到的差值与鲁棒系数相乘，并将得到的乘积输出至所述积分模块；

所述下垂控制器，连接积分模块，用于将直流配电网中DC-DC变换器的输出电流经LC滤波器滤波后得到的电流值与下垂系数相乘得到电压下垂值，并将所述电压下垂值发送至积分模块；

所述积分模块，连接至所述PI控制器，用于将所述鲁棒直流控制器输出的乘积与所述下垂控制器输出的电压下垂值作差，将得到的差值进行积分，并将得到的积分输出至所述PI控制器；

所述PI控制器，连接至所述脉宽调制驱动器，用于将所述积分与所述DC-DC变换器的输出电压作差，对差值进行PI运算，得到第一电流值；并将该第一电流值与所述DC-DC变换器的输出电流作差，将得到的差值进行PI运算，得到第一电压信号，并将该第一电压信号输出至所述脉宽调制驱动器；

所述脉宽调制驱动器，用于生成锯齿波信号，并将该锯齿波信号与所述第一电压信号进行比较运算，得到用于所述DC-DC变换器内开关管开闭的控制信号。

可选的，所述脉宽调制驱动器包括锯齿波发生器和比较器，其中：

所述锯齿波发生器用于生成所述锯齿波信号；

所述比较器用于将所述锯齿波信号与所述第一电压信号进行比较运算，得到用于所述DC-DC变换器内开关管开闭的控制信号。

可选的，所述比较器具体用于：将在所述第一电压信号大于或等于所述锯齿波信号幅值的时间段内生成用于所述DC-DC变换器内开关管关断的控制信号，将在所述第一电压信号小于所述锯齿波信号幅值的时间段内生成用于所述DC-DC变换器内开关管闭合的控制信号。

可选的，所述PI控制器包括外环电压环和内环电流环，其中：

所述外环电压环，用于将所述积分与所述DC-DC变换器的输出电压作差，对差值进行PI运算，得到第一电流值；