利索能及
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专利号: 2021112469585
申请人: 安徽工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种适用于直流微电网储能系统的非线性下垂控制方法,其特征在于:包括以下步骤:

S1:设计一种基于电压观测器、电流观测器的V‑I下垂控制,动态调节各控制单元的下垂系数和输出电压参考值,以矫正各线路阻抗之间的差值并维持母线电压稳定;

S2:V‑I下垂控制中的电压观测器和电流观测器均采用了分布式控制框架,在没有中央控制器和全局通信的情况下,各控制单元仅依靠自身及其相邻单元的通信信息,采用动态离散一致性算法获得全局的电流、电压平均估值,并通过对平均估值的进一步处理给出下垂系数补偿和参考电压补偿;

S3:随着V‑I下垂控制对下垂系数的动态调整,线路阻抗的不一致问题逐步得到矫正,当相关参数符合切换判定条件时,控制单元将产生使能信号令下垂系数不再变化,并将此矫正后的下垂系数用于后续控制中,与电流观测器相关的通信停止工作,而基于电压观测器的参考电压补偿控制保持不变,与其相关的通信保持正常工作;

S4:分布式控制框架下,各储能单元完成线路阻抗矫正的时间不完全同步,为保证各单元切换至后续控制方案的时间一致,需在控制过程中加入切换缓冲区:各控制器可获取相邻单元的触发信息,并采用一致性算法实现对全局触发信息的测算;

S5:在各储能单元所测算出的全局触发信息符合要求时,控制器将切换至SoC均衡控制;各控制单元基于电压观测器和储能单元实时荷电状态,实现双补偿SoC均衡下垂控制,这两项补偿共同作用于下垂控制的参考电压,其中电压补偿项延续V‑I下垂控制的方法不做调整,SoC均衡补偿项为根据SoC估算值所构造的单调递增函数,其中下垂系数为S1中线路阻抗矫正后所得;

S6:在切换缓冲区域的协调下,V‑I下垂控制与双补偿SoC均衡下垂控制依照时间尺度分段作用,形成完整的分布式非线性下垂控制,并作为电压电流双闭环的参考产生PWM信号,用以驱动开关功率器件,实现对储能系统接口变换器的控制。

2.根据权利要求1所述的一种适用于直流微电网储能系统的非线性下垂控制方法,其特征在于:在上述S2中,V‑I下垂控制表达式为:*

Voi=vdc+δvvi‑(Rdi+Rdo)ioi其中,δvvi为自适应下垂控制的参考电压补偿项,用以维持系统母线电压稳定;Rdi为自适应下垂控制的下垂系数补偿项,以实现对各变换器之间线路阻抗差的矫正。

3.根据权利要求1所述的一种适用于直流微电网储能系统的非线性下垂控制方法,其特征在于:在上述S2和S4中,观测器和全局触发信息测算均采用分布式控制框架,凭借相邻单元之间的相互通信和分布式优化运行算法,获取储能系统的全局信息,从而进一步更新出储能系统的平均电压估计值、平均电流估计值以及全局触发信息;

其中,分布式优化运行算法采用的是动态离散一致性算法,可被表述为:其中,Ni是第i个节点的相邻单元的集合;aij是从节点j到i进行信息交换的通信权重,xi代表被观测变量,即电流、电压和各单元的本地触发信息。

4.根据权利要求1所述的一种适用于直流微电网储能系统的非线性下垂控制方法,其特征在于:在上述S3中,根据不断改变的下垂系数和输出电流的关系,设计了判定条件,使实现线路阻抗矫正后有如下关系:

δRd1+Rdo+rl1≈δRd2+Rdo+rl2≈......≈δRdk+Rdo+rlk(k=1,2,3,......)其中,δRdi为线路阻抗矫正完成后的最终下垂系数;rli为各接口变换器对应线路阻抗的阻值。

5.根据权利要求1所述的一种适用于直流微电网储能系统的非线性下垂控制方法,其特征在于:在上述S5中,双补偿SoC下垂控制表达式为:*

Voi=vdc+δvvi+V(SoCi)‑(δRdi+Rdo)ioi其中,V(SoC)表示一类单调递增函数,可简单表述为:V(SoC)=K·SoCi

*

Voi=vdc+δvvi+K·SoCi‑(δRdi+Rdo)ioi其中,K是实现SoC均衡速度的调节参数。

6.根据权利要求1所述的一种适用于直流微电网储能系统的非线性下垂控制方法,其特征在于:在上述S4中,设计了切换缓冲区,其目的是为了保证在分布式控制框架下各控制单元可以同步切换。

7.根据权利要求6所述的一种适用于直流微电网储能系统的非线性下垂控制方法,其特征在于:各控制器中设有本地触发信号Si,当系统下垂系数调节至所设计的标准时,本地触发信号Si由1变化为0;另设有反映系统中所有下垂系数调节状态的全局触发信号S0,可保证各控制单元的同步切换,此全局触发信号S0的数字信息可由一致性算法测算得出,当所测算S0为变为0时,各单元将同时切换至SoC均衡下垂控制。

8.根据权利要求1所述的一种适用于直流微电网储能系统的非线性下垂控制方法,其特征在于:系统在充电或放电工作模态,均可以有效降低线路阻抗不一致造成的SoC均衡误差,且保持母线电压稳定。