[发明专利]储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法

权利要求书

1.储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，包括多组储能环节，每组储能环节包括蓄电池，与之连接的双向DC/DC变换器，双向DC/DC变换器接入直流母线；其特征是，该方法包括将储能环节划分为系统稳定不工作区、储能充、放电控制盲区，储能充、放电动态下垂控制区；对于储能充、放电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制；对于储能充、放电控制盲区按照储能充、放电控制盲区与储能充、放电动态下垂控制区交点坐标和函数可导性确定指数函数的曲线下垂控制；

所述控制方法的实现包括以下步骤：

步骤1、设定直流微电网直流母线电压偏差约束条件，确定初始下垂系数m_o，对直流微电网系统中运用双向DC/AC逆变器和储能环节维持电压稳定工作区间进行分区，确定二者的优先级别；设定U_o为母线额定电压，(U₀(1-a)，U_o(1+a))为系统稳定不工作区，(U₀(1+a)，U_o(1+b))、(U₀(1-b)，U_o(1-a))分别为储能充、放电动态下垂控制区；(U₀(1+b)，U_o(1+c))、(U₀(1-c)，U_o(1-b))分别为储能充、放电控制盲区；其它区域为双向DC/AC逆变器的控制区；a、b、c均为电压偏差百分比，取值按照直流微电网系统的电压偏差限制要求，满足a＜b＜c；

步骤2、根据步骤1储能环节各个工作区间的特性，分别设定下垂控制方法，储能充、放电控制盲区采用曲线下垂控制法，储能充、放电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制法；再根据直流母线电压偏差ΔU_dc的限制条件，求出直流微电网直流母线电压U_dc；

步骤3、通过采样所得母线电压和蓄电池电流值，以及双向DC/DC变换器的输出电流，计算所需信号参数判断工作区间，选择对应工作区间所对应的下垂控制法；

步骤4、通过步骤3所选择对应工作区间所对应的下垂控制法；计算出对应工作区间的下垂系数，将下垂系数引入到对应工作区间的下垂控制器，经过下垂控制器输出调制信号与直流母线电压反馈信号相减，再与二次补偿信号相加，之后经过电压外环控制器和电流内环控制器，最后通过PWM调节器输出PWM控制信号改变开关管状态，实现系统的稳定性控制。

2.如权利要求1所述的储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，其特征是，步骤1所述初始下垂系数m_o根据直流母线电压偏差的约束条件来选定，取值为：

式中：i_oi为第i个逆变器的输出电流，ΔU_dcmax允许的最大母线电压偏差、ΔU_dcmin为允许的最小母线电压偏差，i_dcmax为母线电流最大值、i_dcmin为母线电流最小值。

3.如权利要求2所述的储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，其特征是，步骤2所述微电网直流母线电压U_dc计算式为；

式中，U_dc为微电网直流母线电压；为微电网系统母线参考电压。

4.如权利要求3所述的储能环节维持微电网母线电压分区曲线动态下垂控制方法，其特征是，步骤3所述选择对应工作区间所对应的下垂控制法之后，分别利用充、放电下垂控制的电压-功率下垂算法和下垂控制器的设定确定其特性式；包括以下步骤：

步骤3.1、储能放电动态下垂控制区的下垂控制采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制法，其特性式为：

式中，U_dci为直流母线电压实际值，m_o为初始下垂系数，η_i为第i个蓄电池的充放电效率，g_i为第i个储能环节设计的虚拟阻抗，SOC_i为第i个蓄电池的荷电状态，P_i为第i个储能环节输出的功率；

ΔU_dc＇为参考电压补偿信号，其取值为：

式中，R为负载电阻值，β为转化损耗系数，n为蓄电池的总数；

将公式(4)代入(2)计算得直流微电网直流母线电压；

步骤3.2、储能放电控制盲区采用曲线下垂控制法，其特性式为：

U_dc＝e^(A-BP)+C (5)

其中，A、B、C为待定系数，P为功率；

(5)式约束条件为：

(6)式中，P_dcmax为直流微电网负荷功率在储能环节控制中所允许的最大缺额功率，P_dc为负荷实际功率值，U_o为母线额定电压，d、f、k分别为系统稳定不工作区允许的电压波动百分比，储能充、放电动态下垂控制区允许的电压最大波动百分比，储能充、放电控制盲区允许的电压最大波动百分比；

(5)式中A、B、C的求取为：

步骤3.3、储能充电动态下垂控制区采用基于蓄电池SOC和虚拟阻抗动态下垂控制法，其特性式为：

(8)式中，U_dci为直流母线电压实际值，m_o为初始下垂系数，η_i为第i个蓄电池的充放电效率，g_i为第i个储能环节设计的虚拟阻抗，SOC_i为第i个蓄电池的荷电状态，P_i为第i个储能环节输出的功率；

步骤3.4、储能充电控制盲区采用曲线下垂控制法，其特性式为：

U_dc＝B ln(-P+A)+C (9)

(9)式约束条件为：

式中，P_dcmax为直流微电网负荷功率在储能环节控制中所允许的最大过剩功率，P_dc为负荷实际功率值，U_o为母线额定电压，d、f、k分别为系统稳定不工作区允许的电压波动百分比、储能充、放电动态下垂控制区允许的电压最大波动百分比、储能充、放电控制盲区允许的电压最大波动百分比；

(9)式中A、B、C通过(11)式求取：