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专利号: 2022101670503
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-21
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于动静态功率解耦的自适应下垂控制方法,其特征在于,包括:S11.系统直流母线电压的稳定依靠N个调节端共同完成,其中M个为含储能的直流调节端,其余N‑M+1个为交流调节端;

S12.交流调节端中,AC‑DC变流器采用电压外环控制和电流内环控制,其中电压环和电流环的响应时间常数分别为τv_ACDC和τi_ACDC;

S13.直流调节端中,DC‑DC变流器采用电压外环控制和电流内环控制,其中电压环和电流环的响应时间常数分别为τv_DCDC和τi_DCDC;

S14.将交流调节端和直流调节端等效为统一的具有延时时间常数τv、参考电压为Udcrefi的可控电压源模型;

S15.各调节端变流器的参考电压指令Udcrefi分为三个部分,包括额定电压Udcnom、一次控制指令Upi、二次控制指令Us,即:Udcrefi=Udcnom+Upi+Us,i∈[1,N] (1)S16.一次控制的电压指令Upi根据各调节端的虚拟电容Ci和自适应调节的虚拟电阻Ri在变流器本地计算,实现系统扰动功率的动、静态分离和自适应分配;

S17.二次控制的电压指令Us通过中央控制器计算,计算后下发到各变流器执行,能够补偿一次控制引起的直流母线静态电压偏差;

S18.按系统性能要求来确定各控制层级的时间常数,再按参数设计步骤依次确定各控制层级参数;

步骤S12所述的AC‑DC变流器采用的电压外环控制方程为:其中,idref、iqref分别为变流器交流侧参考电流的d轴分量和q轴分量,Udcref为直流电压的参考值,Udc、io分别为直流侧输出电压和电流,ed是电网相电压的d轴分量,Qref为变流器输出无功功率参考值,kvp、kvi分别为电压外环的比例系数和积分系数;

采用的电流内环控制方程为:

其中,udref、uqref分别为变流器交流输出参考电压的d轴分量和q轴分量,id、iq分别为变流器交流侧电流的d轴分量和q轴分量,L为交流侧的电感,eq是电网相电压的q轴分量,ω为电网电压的同步旋转角速度,kip、kii分别为电流内环的比例系数和积分系数;

电压环控制时间常数τv_ACDC和电流环控制时间常数τi_ACDC分别为:其中,RL为交流侧滤波电感的内阻,RC为直流侧滤波电容的等效并联电阻;

步骤S13所述的DC‑DC变流器采用的电压外环和电流内环控制方程为:其中,Udcref和Udc为直流电压的参考值和采样值,iLref和iL为电感电流的参考值和采样值,io为输出电流,ub为储能装置电压,D为开关管的占空比,kvp、kvi分别为电压外环的比例系数和积分系数,kip、kii分别为电流内环的比例系数和积分系数;

电压外环控制时间常数τv_DCDC和电流内环控制时间常数τi_DCDC为:其中,RL为直流侧滤波电感的内阻,RC为输出侧直流滤波电容的等效并联电阻;

步骤S16所述的一次控制指令Upi计算方法如下:其中,ioi为直流调节端i的输出电流,直流调节端i的虚拟电阻Ri为:其中,RDC_eq为所有M个直流调节端的等值机等效虚拟电阻,RAC_eq为所有N‑M+1个交流调节端的等值机等效虚拟电阻,Qi和SOCi分别为直流调节端i的电池额定容量和荷电状态,Qcharge_total和Qdischarge_total分别为直流调节端i的可充电容量和可放电容量,PACi_max为交流单元i的最大静态功率;

各调节端的虚拟电容Ci为:

其中,pi_max为各调节端的最大动态功率,Ceq为全系统的等值机等效虚拟电容;

步骤S16所述的一次控制的电压指令作用下各调节端承担的电流ioi将分为静态电流部分iRi和动态电流部分ici:

其中,iload为全系统总负荷电流,Req为全系统的等值机等效虚拟电阻;

直流母线电压下垂的惯性时间常数τp为:

τp=ReqCeq (11)

步骤S17所述的中央控制器计算并下发给各变流器的二次控制的电压指令Us计算方法如下:

其中,Udci为各调节端的输出电压,Udcavg为各调节端输出电压的平均值,ki为二次控制的积分系数;

直流母线电压二次恢复的时间常数τs为:

2.根据权利要求1所述的一种基于动静态功率解耦的自适应下垂控制方法,其特征在于,步骤S14通过设置τv_DCDC=τv_ACDC=τv,τi_DCDC=τi_ACDC=τi,其中τv>3τi,可将交流调节端和直流调节端等效为统一的具有延时时间常数τv的可控电压源模型。

3.根据权利要求1所述的一种基于动静态功率解耦的自适应下垂控制方法,其特征在于,步骤S18所述的参数设计步骤具体包括:

S81:根据系统响应性能要求确定各层级的时间常数τs、τp、τv和τi;

S82:根据最大允许电压偏差ΔUmax和最大负荷电流Imax来确定系统等效虚拟电阻Req,根据式(10)确定系统等效电容Ceq:S83:假设直流侧和交流侧承担功率的比例为K:1,可确定交流侧的虚拟电阻RAC_eq和直流侧的虚拟电阻RDC_eq:

S84:根据各调节端参数及式(7、8)确定各端的虚拟电阻Ri和虚拟电容Ci;

S85:根据式(3、5、12)确定变流器双环控制和二次控制的比例系数和积分系数。