一种基于虚拟发电机的直流微电网无通信均流方法技术

本发明专利技术提供一种基于虚拟发电机的直流微电网无通信均流方法，应用于虚拟直流发电机结构，所述虚拟直流发电机结构包括若干并联设置的电源，任意所述电源通过双向DC/DC变换器连接到直流母线上，所述DC/DC变换器与直流母线之间设置有线路阻抗；该方法包括：将虚拟直流发电机结构控制中的电枢电动势前馈至电压控制环节使所述电枢电动势在稳态时保持定值，从而恢复虚拟阻抗的下垂作用，实现电流调节。本发明专利技术方法可在提高系统运行稳定性的同时，实现负载电流的精确分配，该方法中虚拟阻抗在自适应调节时，无需变换器之间进行通信。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟发电机的直流微电网无通信均流方法
本专利技术涉及直流微电网运行控制
，具体而言，尤其涉及一种基于虚拟发电机的直流微电网无通信均流方法。
技术介绍
与交流微电网相比，直流微电网更适合于各种分布式能源的灵活接入，可以减少损耗和成本，提高发电和配电效率，没有频率和相位问题，其发展受到了广泛关注。在直流微电网中，大多数分布式发电单元通过电力电子变换器连接到公共总线。如何在变换器之间实现准确的电流共享，同时又确保母线电压的稳定性，这是直流微电网中的关键问题。下垂控制是当前研究最广泛的均流控制策略，它通过引入虚拟阻抗来调节电流分布。作为分布式控制的典型代表，下垂控制不需要依靠设备之间的通信，只需要本地信息即可实现自我管理和控制，从而提高了系统的可靠性和可扩展性。然而，它在追求更高的均流精度和较小的电压偏差之间存在固有的矛盾。为了解决这一问题，文献《AdaptiveDroopControlStrategyforLoadSharingandCirculatingCurrentMinimizationinLow-VoltageStandaloneDCMicrogrid》使用其自身和相邻转换器的数据来调整下垂系数，均流和压降之间的矛盾可以消除，但控制策略相对复杂。文献《Animproveddroopcontrolmethodfordcmicrogridsbasedonlowbandwidthcommunicationwithdcbusvoltagerestorationandenhancedcurrentsharingaccuracy》提出了一种改进的基于低带宽通信的下垂控制方法。每个转换器中使用平均电压和电流控制器，以同时提高均流精度并恢复直流母线电压。但是，这些方法需要转换器之间大量交互信息。因此，文献《InvestigationofNonlinearDroopControlinDCPowerDistributionSystems:LoadSharing,VoltageRegulation,EfficiencyandStability》采用非线性控制方法来调节下垂系数，令下垂电阻为负载电流的函数，其值随输出电流的增加而增加。然而，以上文献未考虑传统电力电子设备缺乏惯性和阻尼的问题，当负载功率突然变化时，直流母线电压仍然会受到较大影响。对此，虚拟直流电机(virtualDCmotor,VDCM)控制通过模拟直流电机外特性，可以为系统提供额外的惯性和阻尼支撑，受到了越来越多的研究。文献《VirtualDCmachine:aninertiaemulationandcontroltechniqueforabidirectionalDC–DCconverterinaDCmicrogrid》以及文献《AvirtualDCmachinecontrolstrategyfordualactivebridgeDC-DCconverter》将虚拟直流电机控制应用于储能和负载侧的转换器，以抑制母线电压波动。但只考虑了级联系统的稳定性，并未研究并联系统的稳定控制以及电流分配问题。因此为了能够有效提高直流微电网运行的稳定性以及并联系统的电流分配精度，令虚拟直流电机控制具备惯性特性和下垂特性，并在降低系统通信压力的同时，使其避免传统下垂控制存在的固有矛盾成为研究的关键。
技术实现思路
鉴于现有技术的不足，本申请提供一种基于虚拟发电机的直流微电网无通信均流方法。本专利技术可在提高系统运行稳定性的同时，实现负载电流的精确分配，该方法中虚拟阻抗在自适应调节时，无需变换器之间进行通信。本专利技术采用的技术手段如下：一种基于虚拟发电机的直流微电网无通信均流方法，应用于虚拟直流发电机结构，所述虚拟直流发电机结构包括若干并联设置的电源，任意所述电源通过双向DC/DC变换器连接到直流母线上，所述DC/DC变换器与直流母线之间设置有线路阻抗；该方法包括：将虚拟直流发电机结构控制中的电枢电动势前馈至电压控制环节使所述电枢电动势在稳态时保持定值，从而恢复虚拟阻抗的下垂作用，实现电流调节。进一步地，将虚拟直流发电机结构控制中的电枢电动势前馈至电压控制环节使所述电枢电动势在稳态时保持定值，包括：对所述双向DC/DC变换器在VDCG控制中的电枢电阻进行自适应调节，从而调节电流分配。进一步地，对所述双向DC/DC变换器在VDCG控制中的电枢电阻进行自适应调节，包括根据以下公式对虚拟阻抗进行自适应调节：其中，Ra0为虚拟阻抗初始参考值，A为调节系数，kn为第n台变换器输出电流的比例分配系数，为设置的平均参考电流值，定义其表达式如下：其中，Iref表示负载电流的参考值，通过下式计算得到：其中，UN表示母线电压额定值，Rload表示设置的初始负载值。进一步地，该方法还包括当电流实现精确分配后，自动切除虚拟阻抗的自适应控制。进一步地，所述双向DC/DC变换器工作在升压模式。进一步地，所述虚拟直流发电机结构的负载侧可接入阻性负载或者恒功率负载。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术提出的基于虚拟直流发电机的无通信均流方法可在提高系统运行稳定性的同时，实现负载电流的精确分配，该方法中虚拟阻抗在自适应调节时，无需变换器之间进行通信；该装置考虑了各变换器单元的线路阻抗，可应用于多源并联的直流微电网，并且该装置结构简单，经济性高，均流速度快。基于上述理由本专利技术可在直流微电网运行控制领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术采用的直流微电网结构图。图2是本专利技术改进的虚拟直流发电机原理图。图3是虚拟阻抗Ra变化时系统的奈奎斯特图。图4是母线电压在负载突变时的仿真图。图5是三台变换器均流时的仿真图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟发电机的直流微电网无通信均流方法，其特征在于，应用于虚拟直流发电机结构，所述虚拟直流发电机结构包括若干并联设置的电源，任意所述电源通过双向DC/DC变换器连接到直流母线上，所述DC/DC变换器与直流母线之间设置有线路阻抗；/n该方法包括：/n将虚拟直流发电机结构控制中的电枢电动势前馈至电压控制环节使所述电枢电动势在稳态时保持定值，从而恢复虚拟阻抗的下垂作用，实现电流调节。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟发电机的直流微电网无通信均流方法，其特征在于，应用于虚拟直流发电机结构，所述虚拟直流发电机结构包括若干并联设置的电源，任意所述电源通过双向DC/DC变换器连接到直流母线上，所述DC/DC变换器与直流母线之间设置有线路阻抗；
该方法包括：
将虚拟直流发电机结构控制中的电枢电动势前馈至电压控制环节使所述电枢电动势在稳态时保持定值，从而恢复虚拟阻抗的下垂作用，实现电流调节。


2.根据权利要求1所述的基于虚拟发电机的直流微电网无通信均流方法，其特征在于，将虚拟直流发电机结构控制中的电枢电动势前馈至电压控制环节使所述电枢电动势在稳态时保持定值，包括：
对所述双向DC/DC变换器在VDCG控制中的电枢电阻进行自适应调节，从而调节电流分配。


3.根据权利要求2所述的基于虚拟发电机的直流微电网无通信均流方法，其特征在于，对所述双向DC/DC变换器在VDCG控制中的电枢电阻进行自适应调节...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勤进，张瀚文，刘彦呈，胡王宝，王洪来，于春来，郭昊昊，吕旭，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21