[发明专利]一种分布式直流智能负载虚拟惯性控制方法

说明书

本发明提供一种分布式直流智能负载虚拟惯性控制方法，属于直流微电网控制领域。针对直流智能负载采用传统分散式控制受到线路电阻影响和仅考虑电压补偿的分布式控制没有涉及惯性问题，本发明基于虚拟电容的分布式控制方法，将模型预测控制方法与自适应改变虚拟电容值相结合，利用虚拟电容电流阻碍负载电压的变化，从而减缓系统的突变能力，提高系统惯性。另一方面，本发明所提供的方法通过定义非关键负载的电压偏差率，采用分布式得到系统非关键负载电压偏差率平均值，并将其作为电力弹簧变换器输出电流的修正量，能够避免多个智能负载中，某个非关键负载出现过大的电压偏差，从而延长非关键负载的使用寿命。

技术领域

本发明属于直流微电网控制领域，具体涉及一种分布式直流智能负载虚拟惯性控制方法。

背景技术

能源短缺、环境污染和气候变暖极大地促进了风能、光伏等可再生能源的开发利用。直流微电网由于其可再生能源的高效集成，以及不存在交流微电网中的无功和谐波问题，引起了人们的广泛关注。随着直流智能微电网的逐步普及，智能负荷得到了广泛的应用，因其具有补偿母线电压偏差，消除配电线路的电压降等优势。通过控制智能负荷参与电能质量的调节，可以分担供电侧储能系统的责任。电力弹簧作为一种实现智能负载的新兴技术，可用于直流微电网的母线电压调节。

目前，针对多个智能负载的控制，常采用分散式控制方法和分布式控制方法。分散控制方法在不需要系统配置通信网络的前提下，实现了多个智能负载之间的协调控制，从而改善了负载侧电压偏差。但由于智能负载之间线路阻抗的存在，使得控制精度受到影响。分布式控制方法能够通过相邻智能负载之间的通信，解决控制精度的问题，且与集中式控制方法相比所需通信网络大大减少，将其应用于存在多个智能负载的系统中，能够同时实现多个控制目标。但目前针对多个智能负载的分布式控制，大多集中在母线电压补偿和多个智能负载协调工作方面，针对直流微电网惯性的提高很少涉及。

然而，在直流微电网中，可再生能源的电力电子变换器接口通常以最大功率点跟踪方式工作，导致系统等效惯性较低。当直流微电网面临间歇性的分布式发电和频繁的加减载时，低惯性的快速响应速度将导致直流母线电压剧烈波动，直流微电网的电能质量将受到严重影响。目前，针对直流微电网惯性低的问题，常采用的方法为对供电端的储能系统采用虚拟惯性控制技术，利用虚拟电容电流减缓系统中母线电压的突变能力，从而提高系统惯性。

因此，如何结合虚拟惯性控制技术解决多个智能负载在采用分布式控制方法存在的惯性问题就成为了研究热点。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种分布式直流智能负载虚拟惯性控制方法。该控制方法针对电力弹簧智能负载应用于解决直流微电网母线偏差问题时，采用分布式控制，同时结合电压电流双环控制，解决系统惯性不高的问题，还能避免智能负载中非关键负载的电压偏差过大。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种分布式直流智能负载虚拟惯性控制方法，包括以下步骤：

步骤1：采集串联电力弹簧结构的智能负载拓扑中每一个智能负载的电流和电压，并计算智能负载中串联非关键负载电压偏差率δ_NCL；

步骤2：建立一个连通的直流微电网通信网络，通信网络中相邻智能负载通过交换非关键负载电压偏差率，得到系统中所有非关键负载电压偏差率平均值δ_{NCL_avg}和所有智能负载平均电流值I_{N_avg}；

步骤3：建立智能负载中串联电力弹簧变换器电压预测模型，结合电压预测模型和虚拟电容电流公式，建立虚拟电容电流预测模型，然后建立以虚拟电容为变量的目标函数得到最优虚拟电容值，根据最优虚拟电容值求解得到下一时刻虚拟电容电流增量；

步骤4：对智能负载中串联电力弹簧输出电压采用电压电流双环控制，并在电流内环中加入虚拟电容电流增量进行补偿和步骤2得到的非关键负载电压偏差率平均值进行修正。