一种兼具电压补偿的光储直流微电网振荡抑制策略、系统及装置的制作方法

本发明涉及光储孤岛直流微电网稳定控制领域，特别是一种兼具电压补偿的光储直流微电网振荡抑制策略、系统及装置。

背景技术：

1、直流微电网系统是一种将分布式电源、储能和负荷组合在一起的小型输配电网络，具有结构简单、转换环节少、能源利用效率高等特点。相对于交流微电网，直流微电网不存在频率、相位同步和无功环流等问题，且电力电子变换设备少，使得控制相对容易、系统可靠性高、电能品质较好，因此在国内外受到了日益广泛的关注。直流母线电压是衡量直流微电网功率平衡的唯一标准，为保证直流微电网的稳定运行，就必须首先确保直流母线电压的稳定。

2、直流微电网的稳定性问题一直是关注的重点，文献“直流微电网稳定性分析及阻尼控制方法研究”中对阻尼控制进行了分类，并分析了各自的优劣势；该文献对直流微电网进行了详细的小信号建模，并根据nyquist稳定性判据揭示了系统参数变化对直流微电网稳定性的影响。尤其当负载功率变化或线路阻抗发生变化时，容易出现直流母线电压高频振荡问题。

3、光伏发电由光伏阵列及其带前置电容的接口变换器boost电路组成，采用最大功率跟踪策略以实现可再生能源最大化利用，可向直流母线恒定输出最大功率；储能由储能电池及其接口变换器双向buck-boost电路组成，可以双模式运行向直流母线提供或吸收功率，同时通过电压电流双闭环控制维持母线电压稳定；直流微电网中大量的负载为闭环控制的电力电子装置，可视为恒功率负载，具有负阻尼特性，会威胁到直流微电网稳定，恒功率负载采用电压电流双环控制的buck电路；直流母线是作为以上三个部分的公共连接线。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述不足之处，提供一种兼具电压补偿的光储直流微电网振荡抑制策略、系统及装置，主要包括下垂控制、储能变换器输出电流高频分量前馈控制和阻尼校正控制三个部分。其中，输出电流高频分量前馈控制可以大幅度减小负载变化时直流母线跌落，显著提升供电质量。阻尼校正控制在传统控制环节嵌入阻尼校正器，可以重塑储能变换器输出阻抗的频率特性，校正储能变换器高频段输出阻抗的负阻尼特性，显著提高直流微电网系统的阻尼。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种兼具电压补偿的光储直流微电网振荡抑制策略，包括以下步骤：

4、步骤1、通过下垂控制计算电压外环给定指令△vbo；

5、步骤2、计算输出电流高频分量前馈指令i”bo；

6、步骤3、通过电压电流双环控制和阻尼校正控制计算储能变换器开关管驱动信号d'b。

7、进一步的，步骤1中所述的电压外环给定指令△vbo，是通过将储能变换器输出电压参考值vboref和下垂控制信号i'bo做差所得，具体的求解式为：

8、△vbo＝vboref-i'bo

9、下垂控制信号i'bo求解式为：

10、i'bo＝ibo*kdb

11、其中，ibo为储能变换器输出电流，kdb是下垂系数。

12、下垂系数kdb的取值范围为：0.1≤kdb≤0.3。

13、进一步的，步骤2中所述的电流高频分量前馈指令i”bo的求解式为：

14、i”bo＝ibo*gf

15、其中，gf是储能变换器输出电流高频分量前馈传递函数；

16、

17、kd为储能变换器输出电流高频分量前馈系数，ωd为截止频率，s为拉普拉斯变换因子。

18、储能变换器输出电流高频分量前馈系数kd的取值范围是：1≤kd≤1.8，截止频率ωd的取值范围为：5≤ωd≤20。

19、进一步的，步骤3的具体实现过程包括：

20、步骤3-1、求取储能变换器电压外环输入指令vdb；

21、步骤3-2、经步骤3-1得到的电压外环输入指令vdb经过电压环pi控制器gbvc和电压环阻尼校正器得到电流环给定指令v'db；

22、步骤3-3、电流环给定指令v'db与输出电流前馈指令i”bo求和，并与储能变换器电感电流ilb做差，得到电流内环输入指令i*；

23、步骤3-4、电流内环输入指令i*经过电流环pi控制器gbic和电流环阻尼校正器得到pwm调制信号vdref；

24、步骤3-5、pwm调制信号vdref经过pwm调制得到储能变换器开关管驱动信号d'b。

25、实际使用时，根据步骤3-5所求得的开关管驱动信号控制开关管导通和关断，维持母线电压稳定。

26、进一步的，步骤3-1中所述的储能变换器电压外环输入指令vdb，是通过电压外环给定指令△vbo与储能变换器输出电压vbo做差所得，具体的求解式为：vdb＝△vbo-vbo。

27、进一步的，步骤3-2中所述的电流环给定指令v'db的求解式为：

28、v'db＝(vboref-vbo-ibo*kdb)*gbvc*gdamper1；

29、其中，ibo是储能变换器输出电流，kdb是下垂系数，gbvc是电压环pi控制器传递函数，gdamper1是电压环阻尼控制器传递函数，其中，ωdamper定义为虚拟阻尼频率；s为拉普拉斯变换因子。

30、进一步的，所述电压环pi控制器的传递函数gbvc的表达式为：

31、

32、其中，pbvc为电压环pi控制器gbvc的比例系数，ibvc为电压环pi控制器gbvc的积分系数。

33、进一步的，步骤3-3中所述的电流内环输入指令i*的求解式为：

34、i*＝v'db-ilb+i”bo

35、其中，ilb为储能变换器电感电流。

36、进一步的，步骤3-4中所述的pwm调制信号vdref的求解式为：

37、vdref＝i**gbic*gdamper2

38、电流环pi控制器传递函数gbic的表达式为：

39、

40、其中，pbic为电流环pi控制器gbic的比例系数，ibic为电流环pi控制器gbic的积分系数；s为拉普拉斯变换因子；

41、电流环阻尼控制器传递函数gdamper2表达式为：

42、

43、其中，ωdamper定义为虚拟阻尼频率。

44、进一步的，步骤3-5中所述的储能变换器开关管驱动信号d'b的求解式为：

45、d'b＝vdref*gpwm

46、其中，gpwm为pwm调制环节传递函数。

47、一种兼具电压补偿的光储直流微电网振荡抑制系统，包括电压外环给定指令获取模块、储能变换器电压外环输入指令求取模块、电流环给定指令求取模块、电流内环输入指令求取模块、pwm调制信号获取模块和储能变换器开关管驱动信号获取模块。

48、所述电压外环给定指令获取模块，用于获取储能变换器电压外环输入指令求取模块所需的电压外环给定指令；

49、所述储能变换器电压外环输入指令求取模块，用于求取储能变换器电压外环输入指令；

50、所述电流环给定指令求取模块，用于求取电流环给定指令；

51、所述电流内环输入指令求取模块，用于求取电流内环输入指令；

52、所述pwm调制信号获取模块，用于获取pwm调制信号；

53、所述储能变换器开关管驱动信号获取模块，用于将pwm调制信号经过pwm调制得到储能变换器开关管驱动信号。

54、作为一个发明构思，本发明还提供了一种兼具电压补偿的光储直流微电网振荡抑制装置，其包括：

55、一个或多个处理器；

56、存储器，其上存储有一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现本发明上述方法的步骤。

57、与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明针对微电网系统呈现低惯性、弱阻尼等特点，对系统稳定运行中面临的扰动波动及振荡波动现象，在储能变换器的电压外环采用下垂控制，在电流内环采用输出电流前馈控制，并在该变换器的内外双环加入阻尼校正器。通过改变阻尼校正环节参数来改变其带宽，并且参数易于调节，能够适应于更多的模型。且无需外加其他电力电子装置，仅需在修改控制算法，有利于降低系统成本和改造难度，不像无源阻尼控制那样存在功耗大、转换效率低的问题。

58、与现有阻尼增强技术相比，本发明方法可以显著提高直流微电网系统的阻尼，有效抑制直流母线电压的高频振荡波动，增强系统的稳定性，输出电流前馈有效减小了负载变化时直流母线电压波动，显著提升供电质量。