适用于多个源储荷单元互联的复杂并网系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开一种适用于多个源储荷单元互联的复杂并网系统及控制方法。所述系统包括多个源储荷单元、多个并网控制器和公共母线，源储荷单元采用三域控制架构，每个源储荷单元和对应的并网控制器组成源储荷单元微网系统，各源储荷单元微网系统之间相互独立，彼此之间通过公共母线进行能量交互。所述方法：首先通过源储荷单元内部生成的母线电压误差放大信号MEA划分五个控制域，再根据各控制域确定源储荷单元及并网控制器的工作模式。本发明专利技术基于三域控制架构进行扩展，可以很好地兼容现有的空间电源控制器PCU，能够实现即插即用；仅通过公共母线和并网控制器实现多个源储荷单元的互联并网，不需要架设额外的通讯线路或控制线路。

【技术实现步骤摘要】
适用于多个源储荷单元互联的复杂并网系统及控制方法
本专利技术涉及一种多直流微网系统简单可靠互联的控制策略，具体地，涉及一种基于五域控制的多源储荷单元(SourceStorageLoadUnit)互联并网的控制方法。
技术介绍
空间电源系统是一种包含光伏阵列、储能和负荷的复杂源储荷系统，三域控制(SequentialSwitchingShuntRegulator，S3R)作为空间电源控制器母线电压调节方式的一种，具有模块化设计、动态响应好、稳定性强等优点，是目前国内外空间电源控制器的主要架构。但是随着航天事业的发展，单一的航天器已无法满足地外探索的需要，需要将多台空间电源组合形成空间电源系统进行联合供电。如何在不改变原有空间电源控制器结构的基础上，实现多个源储荷单元的互联并网，是一个亟需解决的问题。目前已有的技术架构可以分为三种，第一种是国际空间站采用的多功率通道并网，其结构较为简单，但由于采用电子开关直接连接，多个功率通道不能同时工作；第二种是我国载人航天飞船神州系列和天宫一号交会对接时采用的恒压型并网，该方式只适用于单点型并网，而不能实现多个源储荷单元之间的能量交互；第三种是基于公共母线型的并网，但是目前的架构均需要额外架设通讯或控制线路，对系统可靠性和经济性不利，且不具有较好的可扩展性。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种适用于多个源储荷单元互联的复杂并网系统及控制方法。本专利技术的第一方面，提供一种适用于多个源储荷单元互联的复杂并网系统，包括多个源储荷单元、多个并网控制器和公共母线，每个所述源储荷单元对应连接一个所述并网控制器，多个所述并网控制器连接所述公共母线，其中：每个所述源储荷单元和对应的所述并网控制器之间存在功率接口和信息接口，两者通过所述功率接口实现能量的双向交互，每个所述源储荷单元通过所述信息接口将母线电压误差放大信号即MEA信号单向传输到对应的所述并网控制器；所述公共母线和多个所述并网控制器之间只存在功率接口，两者通过所述功率接口实现能量的双向交互；所述源储荷单元采用三域控制架构，每个所述源储荷单元和对应的所述并网控制器组成源储荷单元微网系统，各源储荷单元微网系统之间相互独立，彼此之间通过所述公共母线进行能量交互。可选地，所述并网系统根据所述源储荷单元内部生成的母线电压误差放大信号MEA划分为五个控制域：分流域、能量释放域、自治域、能量吸收域和放电域；所述源储荷单元根据不同的控制域切换不同的工作模式；进一步的，所述五个控制域基于以下原则进行划分：根据源储荷单元内部母线电压误差放大电路的输出电压能力，确定MEA信号的范围为MEAmin至MEAmax，其中MEAmin为母线误差放大电路的最小输出电压，MEAmax为母线误差放大电路的最大输出电压；当所述源储荷单元的MEA信号满足时，对应的控制域为分流域；当所述源储荷单元的MEA信号满足时，对应的控制域为能量释放域；当所述源储荷单元的MEA信号满足时，对应的控制域为自治域；当所述源储荷单元的MEA信号满足时，对应的控制域为能量吸收域；当所述源储荷单元的MEA信号满足时，对应的控制域为放电域。本专利技术的第二方面，提供一种上述的适用于多个源储荷单元互联的复杂并网系统的控制方法，包括：S1，由源储荷单元内部的MEA信号生成电路对源储荷单元母线电压误差进行放大，根据MEA信号划分五个控制域：分流域、能量释放域、自治域、能量吸收域和放电域；所述源储荷单元根据不同的控制域切换不同的工作模式；S2，并网系统根据各控制域切换到不同的控制模式：当源储荷单元的MEA信号从最小值变化到最大值时，控制域依次切换为放电域、能量吸收域、自治域、能量释放域、分流域，其中各相邻控制域之间能实现双向切换，且各相邻控制域对应的MEA信号之间存在死区。本专利技术的第三方面，提供一种上述的复杂并网系统中的并网控制器控制方法，并网控制器五个控制域切换不同的工作模式，其中：各控制域中并网控制器对应的工作状态分别如下：分流域：当输出电流未达到限值Ilim时，正向并网控制器对公共母线进行变截距下垂控制，控制公共母线电压；当输出电流到达限值Ilim时，正向并网控制器以Ilim进行恒流输出；反向并网控制器不工作；能量释放域：正向并网控制器控制源储荷单元内部母线电压恒定为Vpcu，ref。反向并网控制器不工作；自治域：正向并网控制器控制输出电流为0，不与源储荷单元和公共母线进行能量交互；反向并网控制器不工作；能量吸收域：正向并网控制器不工作；反向并网控制器控制源储荷单元内部母线电压恒定为Vpcu，ref；放电域：当输出电流未达到限值Ilim时，反向并网控制器对公共母线进行变截距下垂控制，控制公共母线电压；当输出电流到达限值Ilim时，反向并网控制器以Ilim进行恒流输出。可选地，所述分流域、所述能量释放域和所述自治域中对正向并网控制器均采用电压电流双环控制，其中：-所述正向并网控制器的电压环的实现为：设源储荷单元的MEA信号参考值为将实际MEA信号和做差，并放大K2倍作为下垂曲线截距平移值ΔV1，对公共母线电压参考值Vbus，ref、公共母线电压实际采样值Vbus和下垂曲线截距平移值ΔV1做差，并除以虚拟下垂电阻系数rd，作为分流域电压环的输出Iref1；将实际母线电压误差放大信号MEA和做差，并放大K1倍后作为能量释放域电压环的输出Iref2；K1、K2为比例系数；当处于分流域或能量吸收域时，将电压环输出Iref1、Iref2和电流限值Ilim三者取小后的值作为电流环的电流参考值Iref；当处于自治域时，直接取电流环的电流参考值为Iref＝0；-所述正向并网控制器的电流环的实现为：将电压环输出的电流参考值Iref和实际输出电流测量值Ibus做差后进行PI调节，得到正向并网控制器的控制信号。可选地，所述能量吸收域和放电域中反向并网控制器均采用电压电流双环控制，其中：-所述反向并网控制器的电压环的实现为：设定源储荷单元的MEA信号参考值为将和MEA信号做差，并放大K2倍作为下垂曲线截距平移值ΔV2，对公共母线电压参考值Vbus，ref、公共母线电压实际采样值Vbus和下垂曲线截距平移值ΔV2做差，并除以虚拟下垂电阻系数rd，作为放电域电压环的输出Iref3；将和实际MEA信号做差，并放大K1倍后作为能量吸收域电压环的输出Iref4；将Iref3、Iref4和-Ilim取大后的值作为电流环的电流参考值Iref；-所述反向并网控制器的电流环的实现为：将电流参考值Iref和实际输出电流测量值Ibus做差后进行PI调节，得到反向并网控制器的控制信号。可选地，所述控制方法还包括：根据不同工作模式之间平滑切换的原则对控制参数进行设计，其中：根据并网系统指标确定公共母线电压允许的波动范围，从而确定公共母线电压允许到达的上界和下界再根据并网控制器的额定输出电流能力，确定输出电流限流值Ilim；根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于多个源储荷单元互联的复杂并网系统，其特征在于，包括多个源储荷单元、多个并网控制器和公共母线，每个所述源储荷单元对应连接一个所述并网控制器，多个所述并网控制器连接所述公共母线，其中：/n每个所述源储荷单元和对应的所述并网控制器之间存在功率接口和信息接口，两者通过所述功率接口实现能量的双向交互，每个所述源储荷单元通过所述信息接口将母线电压误差放大信号即MEA信号单向传输到对应的所述并网控制器；/n所述公共母线和多个所述并网控制器之间只存在功率接口，两者通过所述功率接口实现能量的双向交互；/n所述源储荷单元采用三域控制架构，每个所述源储荷单元和对应的所述并网控制器组成源储荷单元微网系统，各源储荷单元微网系统之间相互独立，彼此之间通过所述公共母线进行能量交互。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于多个源储荷单元互联的复杂并网系统，其特征在于，包括多个源储荷单元、多个并网控制器和公共母线，每个所述源储荷单元对应连接一个所述并网控制器，多个所述并网控制器连接所述公共母线，其中：
每个所述源储荷单元和对应的所述并网控制器之间存在功率接口和信息接口，两者通过所述功率接口实现能量的双向交互，每个所述源储荷单元通过所述信息接口将母线电压误差放大信号即MEA信号单向传输到对应的所述并网控制器；
所述公共母线和多个所述并网控制器之间只存在功率接口，两者通过所述功率接口实现能量的双向交互；
所述源储荷单元采用三域控制架构，每个所述源储荷单元和对应的所述并网控制器组成源储荷单元微网系统，各源储荷单元微网系统之间相互独立，彼此之间通过所述公共母线进行能量交互。


2.根据权利要求1所述的适用于多个源储荷单元互联的复杂并网系统，其特征在于，所述并网系统根据所述源储荷单元内部生成的母线电压误差放大信号MEA划分为五个控制域：分流域、能量释放域、自治域、能量吸收域和放电域；所述源储荷单元根据不同的控制域切换不同的工作模式；
所述五个控制域基于以下原则进行划分：根据源储荷单元内部母线电压误差放大电路的输出电压能力，确定MEA信号的范围为MEAmin至MEAmax，其中MEAmin为母线误差放大电路的最小输出电压，MEAmax为母线误差放大电路的最大输出电压；
当所述源储荷单元的MEA信号满足时，对应的控制域为分流域，其中为分流域对应的MEA信号下界，取为(0.8×MEAmax+0.2×MEAmin)；为分流域对应的MEA信号上界，取为MEAmax；
当所述源储荷单元的MEA信号满足时，对应的控制域为能量释放域，其中为能量释放域对应的MEA信号下界，取为(0.6×MEAmax+0.4×MEAmin)；为能量释放域对应的MEA信号上界，取为(0.8×MEAmax+0.2×MEAmin)；
当所述源储荷单元的MEA信号满足时，对应的控制域为自治域，其中为自治域对应的MEA信号上界，取为(0.4×MEAmax+0.6×MEAmin)；为自治域对应的MEA信号下界，取为(0.6×MEAmax+0.4×MEAmin)；
当所述源储荷单元的MEA信号满足时，对应的控制域为能量吸收域，其中为能量吸收域对应的MEA信号下界，取为(0.2×MEAmax+0.8×MEAmin)；为能量吸收域对应的MEA信号上界，取为(0.4×MEAmax+0.6×MEAmin)；
当所述源储荷单元的MEA信号满足时，对应的控制域为放电域，其中为放电域对应的MEA信号下界，取为MEAmin；为放电域对应的MEA信号上界，取为(0.2×MEAmax+0.8×MEAmin)。


3.根据权利要求2所述的适用于多个源储荷单元互联的复杂并网系统，其特征在于，所述并网控制器由正向并网控制器和反向并网控制器反向并联组成，所述正向并网控制器的输出侧、所述反向并网控制器的输入侧与所述公共母线直接相连，所述并网控制器和所述公共母线之间实现能量的双向流动。


4.一种权利要求2-3任一项所述的适用于多个源储荷单元互联的复杂并网系统的控制方法，其特征在于：包括：
S1，由源储荷单元内部的MEA信号生成电路对源储荷单元母线电压误差进行放大，根据MEA信号划分五个控制域：分流域、能量释放域、自治域、能量吸收域和放电域；所述源储荷单元根据不同的控制域切换不同的工作模式；
S2，并网系统根据各控制域切换到不同的控制模式：
当源储荷单元的MEA信号从最小值变化到最大值时，控制域依次切换为放电域、能量吸收域、自治域、能量释放域、分流域，其中各相邻控制域之间能实现双向切换，且各相邻控制域对应的MEA信号之间存在死区。


5.根据权利要求4所述的适用于多个源储荷单元互联的复杂并网系统的控制方法，其特征在于，各控制域中源储荷单元对应的工作状态如下：
分流域：源储荷单元中分流调节器根据MEA信号进行顺序分流，其中一路分流调节器处于PWM模式，控制源储荷单元内部母线电压，另外几路分流调节器处于分流模式或不工作；蓄电池充电调节器对蓄电池进行恒流限压充电，蓄电池放电调节器不工作；
能量释放域：源储荷单元中分流调节器不工作，光伏阵列全部处于直供模式；蓄电池充电调节器对蓄电池进行恒流限压充电，蓄电池放电调节器不工作；
自治域：源储荷单元中分流调节器不工作，光伏阵列全部处于直供模式；蓄电池充电调节器控制源储荷单元内部母线电压恒定；蓄电池放电调节器不工作；
能量吸收域：源储荷单元中分流调节器不工作，光伏阵列全部处于直供模式；蓄电池充电调节器不工作；蓄电池放电调节器不工作；
放电域：源储荷单元中分流调节器不工作，光伏阵列全部处于直供模式；蓄电池充电调节器不工作；蓄电池放电调节器控制源储荷内部母线电压恒定。


6.一种权利要求2-3任一项所述的复杂并网系统中的并网控制器控制方法，其特征在于，所述并网控制器五个控制域切换不同的工作模式，其中：
各控制域中并网控制器对应的工作状态分别如下：
分流域：当输出电流未达到限值Ilim时，正向并网控制器对公共母线进行变截距下垂控制，控制公共母线电压；当输出电流到达限值Ilim时，正向并网控制器以Ilim进行恒流输出；反向并网控制器不工作；
能量释放域：正向并网控制器控制源储荷单元内部母线电压恒定为Vpcu，ref。反向并网控制器不工作；
自治域：正向并网控制器控制输出电流为0，不与源储荷单元和公共母线进行能量交互；反向并网控制器不工作；
能量吸收域：正向并网控制器不工作；反向并网控制器控制源储荷单元内部母线电压恒定为Vpcu，ref；
放电域：当输出电流未达到限值Ilim时，反向并网控制器对公共母线进行变截距下垂控制，控制公共母线电压；当输出电流到达限值Ilim时，反向并网控制器以Ilim进行恒流输出。


7.根据权利要求6所述的复杂并网系统中的并网控制器控制方法，其特征在于，所述分流域、所述能量释放域和所述自治域中对正向并网控制器均采用电压电流双环控制，其中：
-所述正向并网控制器的电压环的实现为：
设源储荷单元的MEA信号参考值为将实际MEA信号和做差，并放大K2倍作为下垂曲线截距平移值ΔV1，对公共母线电压参考值Vbus，ref、公共母线电压实际采样值Vbus和下垂曲线截距平移值ΔV1做差，并除以虚拟下垂电阻系数r...

【专利技术属性】
技术研发人员：李睿，杨骐箐，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31