CN107482608B - 基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，用以延长储能***的使用期限以及合理分配需求侧功率，包括以下步骤：1)构建独立运行的直流微电网，包括分别与直流母线连接的可再生能源***、由多个分布式储能单元构成的储能***以及直流负荷，所述的可再生能源***包括多个光伏发电单元和风力发电单元；2)采用直流母线电压稳定控制策略合理分配需求侧功率以及调整母线电压。与现有技术相比，本发明具有无需互联通信、避免过度充放电、延长储能电池的使用期限、提高储能***的可靠性、确保供需平衡、母线电压稳定、波动小等优点。

Description

基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法

技术领域

本发明涉及，尤其是涉及一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法。

背景技术

随着光伏、风电等一些可再生能源(renewable energy source，RES)作为分布式电源***的应用增多，微电网成为很有发展前景的一种电力***。由于直流微电网具有更高的转换效率和电能质量、易于可再生能源的接入等优势，因此与现有的交流电力***相比，电力电子变换器驱动的直流电力***受到越来越多的关注。

稳定的直流母线电压可以确保直流微电网可靠运行，而微电网中的能量达到供需平衡能够使得直流母线电压保持在稳定范围内。电力电子变流器为电力***提供了一个灵活和智能的方式来管理功率流动，因此为了维持直流母线电压的稳定，需求侧功率在不同变流器之间的合理分配是一项重要研究内容之一。由于孤岛运行模式的微电网在较偏远地区的应用尤为重要，并且可再生能源的间断性以及不可预测的负荷波动会导致瞬时功率不平衡，从而影响微电网的运行。因此需要配置多个能量存储单元(energy storage units，ESUs)来提供能量支撑和增加***的冗余性，进而保证直流微电网独立运行的可靠性。当多个储能单元存在时，为避免由于荷电状态不同导致部分储能单元过度放电或深度充电而退出工作，需要根据各储能单元的荷电状态对需求侧功率进行合理分配。此外，当储能***(energy storage system，ESS)由于故障或满充而退出时，可再生电源***应按照各自输出能力来分担微电网的功率需求，从而维持母线电压的稳定。

文献直流微网混合储能控制及***分层协调控制策略提出了一种电压分层协调控制策略，使得在不同工况下运行的直流微电网，均有相应变换器平衡***功率，从而实现直流微电网母线电压的稳定。但是其母线电压无法维持在额定状态运行。文献光伏直流微网协调直流电压控制策略的研究通过根据直流电压的变化量以及蓄电池的SOC自动协调控制各变流器的工作状态,实现了***稳定运行和减小母线电压波动的目标，但是该控制方法对通信要求比较高。文献Coordinated control based on bus-signaling and virtualinertia for islanded DC microgrids基于母线电压信号和虚拟惯性环节实现了直流微电网中的功率协调分配。但是并没有考虑多个储能单元存在的情况。文献Distributedcontrol for autonomous operation of a three-Port AC/DC/DS hybrid microgrid提出针对交流分布式电源、直流分布式电源和储能***的能量管理来稳定母线电压以及减小***功率损耗，但是这种功率交换分层控制方法采用下垂控制根据负荷功率不断调整电源的输出功率，无法最大限度利用***的发电能力。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种无需互联通信、避免过度充放电、延长储能电池的使用期限、提高储能***的可靠性、确保供需平衡、母线电压稳定、波动小的基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，用以延长储能***的使用期限以及合理分配需求侧功率，包括以下步骤：

1)构建独立运行的直流微电网，包括分别与直流母线连接的可再生能源***、由多个分布式储能单元构成的储能***以及直流负荷，所述的可再生能源***包括多个光伏发电单元和风力发电单元；

2)采用直流母线电压稳定控制策略合理分配需求侧功率以及调整母线电压。

所述的步骤1)中，直流微电网包括以下运行模式：

储能单元控制模式：该模式下可再生能源***作为恒定功率源工作在最大功率跟踪方式，储能***通过自适应下垂控制进行放电补偿需求侧欠缺的功率，或充电吸收直流母线上多余的功率，包括储能单元全部正常工作以及部分储能单元由于故障原因退出运行两种子模式；

可再生能源控制模式：当储能***由于满充或故障退出运行时，直流微电网中的能量供大于求导致直流母线电压升高，此时可再生能源***降低输出功率，维持母线电压的稳定，包括可再生能源全部投入运行以及部分可再生能源由于故障而退出运行子模式；

切-投负荷模式：在储能单元控制模式和可再生能源控制模式中，当需求侧的负荷发生切换时，储能***和可再生能源***自动对其需要的功率进行分配，包括负荷进行切除操作和负荷进行投入操作子模式。

所述的直流母线电压稳定控制策略包括储能***控制、可再生能源***控制和母线电压补偿控制。

所述的储能***控制中，储能***采用自适应下垂控制维持母线电压稳定，并根据各储能单元的SOC自动分配需求侧功率，使SOC较大的储能单元拥有较快的放电速度和较慢的充电速度，SOC较小的储能单元拥有较慢的放电速度和较快的充电速度，并且，当部分储能单元发生故障时，其余储能单元进行响应，调整充放电功率确保***中的电能供需平衡。

所述的储能***控制具体包括以下步骤：

S1设置各个不同SOC的储能单元的初始虚拟电阻R_{v_k}(0)；

S2判断第k个储能单元的SOC变化量绝对值|ΔSOC_k|是否等于1，若是，则进行步骤S4，若否，则进行步骤S3；

S4重新设置各个不同SOC的储能单元的虚拟电阻；

S3判断第k个储能单元的功率P_{ESU_k}是否降低，若是，则进行步骤S5；

S5获取主导储能单元的瞬时荷电状态SOC_m；

S6判断第k个储能单元的充放电状态是否改变，若是，则返回步骤S1，若否，则返回步骤S5。

所述的步骤S1中，储能单元的初始虚拟电阻R_{v_k}(0)的表达式为：

其中，R_{v_max}为虚拟电阻的最大取值，

SOC_max和SOC_min分别为储能单元的荷电状态参考值、最大值和最小值，并且当储能***处于充电状态时

当储能***处于放电状态时

V_err为需求侧母线电压与母线参考电压之差。

所述的步骤S4中，重新设置各个不同SOC的储能单元的虚拟电阻公式如下：

其中，R_{v_k}为重新设置后的储能单元的虚拟电阻。

所述的可再生能源***控制具体为：

当储能***因满充或故障退出工作时，可再生能源***的出力大于需求侧的总消耗，采用功率下垂控制保证在最大功率跟踪模式与需求功率分配模式之间平滑切换。

所述的功率下垂控制为：

式中，P_{RES_g}和P_{MPP_g}分别为第g个可再生能源的输出功率和最大功率，条件事件定义P定义为储能***退出运行，V_{dc_load}为需求侧母线电压，V_ref为母线参考电压，b为下垂系数，V_max为母线最大允许电压。

所述的母线电压补偿控制具体为：

当可再生能源***和储能***采用下垂控制策略时，采用基于模糊控制器的母线参考电压迭代调整控制策略，将母线电压偏差作为模糊输入，输出为母线电压增量信号，用以补偿由下垂控制所造成的母线电压偏差。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)直流微电网中各分布式电源之间无需互联通信便可实现对需求侧功率合理分配。

2)本发明所设计的自适应下垂控制可以有效避免部分储能单元的过度充放电，从而延长储能电池的使用期限，提高储能***稳定运行的可靠性。

3)当直流微电网中部分分布式电源发生故障时，其余正常运行的分布式电源可以快速响应，依照各自运行能力维持直流母线电压。

4)直流微电网处于多种运行状态下，均有分布式电源对需求侧功率合理分配，确保微电网中的电能供需平衡，从而维持直流母线电压的稳定。

5)所设计的模糊电压迭代控制可以有效的补偿由下垂控制造成的电压偏差，使得直流母线电压运行在额定值。

6)发生扰动时直流母线电压的波动小。

附图说明

图1为独立运行的直流微电网结构示意图。

图2为第k个储能单元的功率再分配控制流程图。

图3为储能***控制框图。

图4为可再生能源***控制框图。

图5为下垂控制运行特性曲线图。

图6为母线电压补偿控制框图

图7为基于RTDS的直流微电网结构图。

图8为实时工况1场景1下的***波形图，其中，图(8a)为光伏***功率波形图，图(8b)为负荷功率波形图，图(8c)为储能***功率波形图，图(8d)为直流母线电压波形图。

图9为在场景1中采用传统下垂控制的***波形图，其中，图(9a)为储能***功率波形图，图(9b)为直流母线电压波形图。

图10为实时工况1场景2下的***波形图，其中，图(10a)为光伏***功率波形图，图(10b)为负荷功率波形图，图(10c)为储能***功率波形图，图(10d)为直流母线电压波形图。

图11为在场景2中采用传统下垂控制的***波形图，其中，图(11a)为储能***功率波形图，图(11b)为直流母线电压波形图。

图12为实时工况2场景3下的***波形，其中，图(12a)为储能***功率波形图，图(12b)为直流母线电压波形图，图(12c)为储能***功率波形图，图(12d)为直流母线电压波形图。

图13为采用传统下垂控制时的运行结果，其中，图(13a)为储能***功率波形图，图(13b)为直流母线电压波形图，图(13c)为储能***功率波形图，图(13d)为直流母线电压波形图。

图14为实时工况3场景4下的***波形图，其中，图(14a)为负荷功率波形图，图(14b)为光伏***功率波形图，图(14c)为直流母线电压波形图。

图15为在场景4中未采用模糊补偿控制的电压波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

独立运行的直流微电网由如图1所示的三部分组成，其中含有光伏、风力机的可再生能源***通过DC-DC或AC-DC接入直流母线，并向微电网提供绿色电能。交流或直流负荷等需求侧通过对应的变流器接入微电网。分布式储能单元组成的储能***通过双向DC-DC变流器进行充电或放电过程，平衡分布式发电***和需求侧之间的功率。其中：P_{PV_n}是n_th光伏***输出的功率；P_{WTG_m}是m_th风电***输出的功率；P_{ESU_k}是k_th储能单元的功率，并且当P_{ESU_k}>0时表示储能单元发出功率，功率P_{ESU_k}<0表示储能单元吸收功率；P_{dc_y}和P_{ac_z}分别是y_th直流负载和z_th交流负载消耗的功率；P_RES、P_ESS和P_Load分别是可再生能源功率、储能***功率以及需求侧功率，且有：

典型的直流微电网由三部分构成，即可再生能源、储能***、直流负荷。如图1所示，可再生能源包含光伏发电和风力发电，储能***通常为蓄电池。因为孤岛运行模式的微电网在较偏远地区的应用尤为重要，并且在这种模式中储能***和可再生能源的协调运行是关键问题，所以在此针对孤岛运行模式进行着重分析。下面从工作模式、设计原理、设计方法、有效性验证等几个方面对本发明做进一步说明。

一、直流微电网运行模式

通常情况下，储能***处于充电模式或放电模式取决于可再生能源提供的功率能否满足需求侧消耗。然而，直流微电网长期的供需不平衡会导致储能***的深度充电或过度放电。因此为了延长储能***的使用期限以及合理分配需求侧功率，针对本文提出的母线电压稳定控制策略，可将直流微电网的运行模式分为以下三种：

1、模式1(储能单元控制模式)

在该模式中，为了充分利用可再生能源，风光等新能源工作在最大功率跟踪方式，可以看作恒定功率源。储能***通过采用自适应下垂控制进行放电补偿需求侧欠缺的功率，或进行充电吸收直流母线上多余的功率。因此根据储能***的运行状态可将模式1分为模式1-1和模式1-2两种。

当储能单元全部正常工作时处于模式1-1，此时***中的功率平衡关系为，

P_Load＝P_ESS+P_RES (4)

当部分储能单元由于故障等原因退出运行时处于模式1-2，与此同时由剩余储能单元维持微网中能量的供需平衡。故***中的功率平衡关系变为，

式中:s为正常运行的储能单元数量。

2、模式2(可再生能源控制模式)

在实际运行中，当储能***由于满充或故障等原因退出运行时，***中的能量供大于求将会导致母线电压升高，因此需要可再生能源***降低其输出功率，从而维持母线电压的稳定。根据可再生能源的运行状态可将模式2分为模式2-1和模式2-2两种。

当可再生能源全部投入运行时处于模式2-1，此时***中的功率平衡关系为，

P_Load＝P_RES (6)

当部分可再生能源由于故障而退出运行时处于模式2-2，此时其余正常运行的可再生能源按照各自输出能力调整发电功率，确保母线压的稳定。故***中的功率平衡关系变为，

式中:r为投入运行的可再生能源数量。

3、模式3(切-投负荷模式)

在模式1和模式2中，当需求侧的负荷发生切换时，需要储能***和可再生能源***自动的对其需要的功率进行分配。根据负荷的运行状态可将模式3分为模式3-1和模式3-2两种。

当负荷进行切除操作时处于模式3-1，此时储能***或可再生能源***需要调整各自的运行状态，对负荷侧功率进行重新分配，此时***中的功率平衡关系变为，

P_Load＜P_RES+P_ESS (8)

同样的，当负荷进行投入操作时处于模式3-2，此时***中的功率平衡关系变为，

P_Load＞P_RES+P_ESS (9)

二、直流母线电压稳定控制策略

在独立运行的直流微电网中，源荷功率的供需平衡可以使得母线电压维持在一个稳定的范围。因此，对于合理分配需求侧功率以及调整母线电压的具体控制策略如下。

1、储能***控制

为避免部分储能单元的过度充放电，储能***采用自适应下垂控制维持母线电压稳定，并根据各储能单元的SOC自动分配需求侧功率。因此输出电压为，

V_{dc_k}＝V_ref-I_{L_k}·R_{v_k} (10)

式中:V_ref为母线参考电压；V_{dc_k}、I_{L_k}和R_{v_k}分别为k_th储能单元输出电压、电感电流和虚拟电阻。

由此可知，当虚拟电阻较小时，储能单元输入或输出的电流较大。对于一个物理尺度较小的微电网***，并联在同一母线各单元之间的线路损耗可以忽略不计。因此对于接入同样电压等级***的变换器近似可得，

V_{dc_1}≈…≈V_{dc_k}≈V_{dc_Load} (11)

式中:V_{dc_Load}为需求侧母线电压。

因此虚拟电阻的取值范围可通过对母线电压列基尔霍夫节点电压方程求解得知。由下垂控制造成的母线电压偏差为，

V_err＝V_{dc_Load}-V_ref (12)

因此，当V_err>0时储能***进行充电，当V_err<0时储能***进行放电。通常情况下，蓄电池工作时的SOC应维持在50％～100％。并且k_th储能单元的SOC可由下式计算得知，

式中:SOC_k、SOC_k(0)和C_bat分别为k_th储能单元瞬时荷电状态、初始荷电状态和容量。

由此可将k_th储能单元的SOC变化量(ΔSOC_k)定义为，

联立式(10)～(14)可得，

由此可知，SOC的变化量取决于虚拟电阻的大小。因此，各不同SOC的储能单元其初始虚拟电阻的设置如下，

式中:R_{v_k}(0)为k_th储能单元的初始虚拟电阻；R_{v_max}为虚拟电阻的最大取值；

SOC_max和SOC_min分别为储能单元的荷电状态参考值、最大值和最小值，并且当储能***处于充电状态时

当储能***处于放电状态时

由此可知，各储能单元按照各自SOC可以实现对需求侧功率的自动分配。为了使得荷电状态较低的储能单元在充电过程中吸收更多的功率，在放电过程中提供更少的功率，需要通过如图2的流程进行需求侧功率再分配。其中ξ是一个常数，ξ＝1。当等式ξ＝|ΔSOC_k|成立时，令k_th储能单元的R_{v_k}降低至最小值(R_{v_min})。显然可以得知，在充电过程中SOC较小的储能单元其虚拟电阻首先降低至R_{v_min}，在放电过程中SOC较大的储能单元其虚拟电阻会先降低至R_{v_min}。与此同时，当ESS中某一个储能单元的虚拟电阻减低时，会使得其吸收或发出的功率增加，进而造成其余储能单元吸收或发出的功率降低。虚拟电阻减小至R_{v_min}的储能单元可定义为主导储能单元，其余储能单元定义为从属储能单元。此外，主导储能单元的初始荷电状态[SOC_m(0)]以及初始虚拟电阻[R_{v_m}(0)]可通过以下过程计算得知：

由式(15)可知，等式ξ＝|ΔSOC_k|可变化为，

式中:t₁为P_{ESU_k}降低时的时间。

因此通过式(16)可知，在充电过程中主导储能单元的初始荷电状态为，

同理，在放电过程中主导储能单元的初始荷电状态为，

另外，通过式(13)和式(15)可知主导储能的瞬时荷电状态(SOC_m)为，

特别的，可再生能源***和需求侧的波动同样会使得P_{ESU_k}降低。在等式ξ＝|ΔSOC_k|成立之前，无论哪种波动使得P_{ESU_k}降低，各储能单元均可通过上述过程计算得知一个SOC_m，并且以此对各自虚拟电阻按照如下进行重新设定，

此外，在某些条件下虚拟电阻应按如下进行重新设定，

式中:条件事件A定义为等式ξ＝|ΔSOC_k|成立之前P_{ESU_k}降低；条件事件B定义为ξ>|ΔSOC_k|；∩为逻辑运算“与”。

由以上分析可以看出，各储能单元可根据其SOC通过自适应下垂控制对需求侧功率进行自动分配。并且SOC较大的储能单元拥有较快的放电速度和较慢的充电速度，SOC较小的储能单元则拥有较慢的放电速度和较快的充电速度。此外，当部分储能单元发生故障时，其余储能单元可以快速响应，调整充放电功率确保***中的电能供需平衡，因此储能***具有较高的可靠性。图3为储能***控制框图。

2、可再生能源***控制

当储能***因满充或故障原而退出工作时，可再生能源***的出力大于需求侧的总消耗。为了防止母线电压过度升高，可再生能源***应承担起分配需求侧功率的工作。因此为保证其在最大功率跟踪模式与需求功率分配模式之间平滑切换，本文采用如下的功率下垂控制，

式中:P_{RES_g}和P_{MPP_g}分别为g_th可再生能源的输出功率和最大功率；条件事件定义P定义为储能***退出运行；下垂系数b定义为，

式中:V_max为母线最大允许电压。

由式(23)可以看出，各RES按下式自动调整输出功率，

因此各RES可根据各自最大输出能力自动分配需求侧功率。图4为可再生能源***控制框图，其中I_{RES_g}为g_th可再生能源的输出侧电流。

3、母线电压补偿控制

基于前述分析可知，可再生能源***和储能***采用下垂控制策略时，能够在无需互联通信的情况下，使得需求侧的功率合理分配，并且直流微电网的母线电压维持在允许的范围内。但是，从图5的下垂控制运行特性曲线中可以看出，当***运行在稳定工作点时，母线电压存在一定的偏差。在图5中，V_{stedc_Load}为稳定时直流母线电压，I_{steL_k}为稳定时k_th储能单元的电感电流，P_{steRES_g}为稳定时g_th可再生能源的输出功率。

虽然通过对下垂系数进行限制可以确保电压在允许的范围内存在偏差，但是在一些实际应用中要求母线电压稳定在额定值。因此本文提出基于模糊控制器(fuzzyinference system，FIS)的母线参考电压迭代调整控制策略。将母线电压偏差作为模糊输入，输出为母线电压增量信号(ΔV)，其规则制定如表1所示。

表1增量信号的模糊推理规则

其中：NL、NM和NS分别为负大、负中和负小；RZ为零；PS、PM和PL分别为正小、正中和正大。

据此可知，直流母线参考电压可以根据母线电压的偏差大小进行增加或减少。如图6所示为母线电压迭代补偿控制框图，该控制器由FIS和一个积分环节组成,δV为母线参考电压迭代量。

因此，式(10)可替换为，

V_{dc_k}＝V_ref-I_{L_k}·R_{v_k}-δV (26)

同理，式(12)中的电压偏差可替换为，

V_err＝V_{dc_Load}-(V_ref-δV) (27)

同样的，RES下垂控制调整为，

P_{RES_g}＝P_{MPP_g}-b·(V_{dc_load}-V_ref+δV) (28)

三、算例分析

为验证本文所提出控制策略的有效性，在RTDS硬件平台中搭建了如图7所示的独立直流微电网***。在实时***中，本文采用3组储能单元组成储能***，由两组光伏发电模块等效成可再生能源***。

1、实时工况1

场景1：储能***正常工作并维持母线电压稳定，各储能单元荷电状态互不相同，光伏发电***运行在最大功率跟踪模式。暂态工况为模拟光照强度降低和甩负荷操作。图8为采用本文提出的控制策略时各单元运行状态波形，图9为采用传统下垂控制时的运行结果。

在6s时由于光照强度降低导致光伏***出力减少，储能***由充电状态转换至放电状态，补偿需求侧的功率缺额。在12s时，需求侧进行甩负荷操作，储能***调整输出维持***中的供需平衡。从图8中储能***的功率波动情况可看出，采用本文提出的自适应下垂控制策略时，各储能单元根据各自SOC自动的分配需求侧功率，能够避免部分储能单元的过充和过放，提高了储能***的可靠性。而采用传统下垂控制时，从图9中可以看出，虽然储能***能够维持***的供需平衡，但是各储能单元始终均分需求侧功率，不利于不同SOC之间的均衡。此外，对比图8和图9中的直流母线电压波形可以看出，采用本文提出的模糊补偿控制策略时，母线能够稳定在600V，并且响应速度快波动小，未采用该补偿控制时，母线电压波动大，并且有较高的电压偏差。

场景2：在场景1的工作条件下，暂态工况为模拟光照强度增加和投负荷操作。图10为采用本文提出的控制策略时各单元运行状态波形，图11为采用传统下垂控制时的运行结果。

在6s时光照强度增加吗，使得储能***由充电状态转换至放电状态吸收直流母线上的多余功率。在12s时，需求侧进行投负荷操作，储能***自动调整吸收的功率，维持***中的供需平衡。对比图10和图11中储能***的功率波动可以看出，采用本文提出的自适应下垂控制策略时，各储能单元根据各自SOC自动的分配需求侧功率，能够避免部分储能单元的过充和过放，提高了储能***的可靠性。而采用传统下垂控制时，各储能单元始终均分需求侧功率，不利于不同SOC之间的均衡。此外，对比图8和图9中的直流母线电压波形可以看出，采用本文提出的模糊补偿控制策略时，母线能够稳定在600V，并且响应速度快波动小，未采用该补偿控制时，母线电压波动大，并且有较高的电压偏差。

2、实时工况2

场景3：储能***维持母线电压稳定，各储能单元荷电状态互不相同，光伏发电***运行在最大功率跟踪模式，需求侧消耗7.2kW。暂态工况为模拟部分储能单元故障退出。图12为采用本文提出的控制策略时各储能单元运行状态波形，图13为采用传统下垂控制时的运行结果。

在储能***处于充电过程和放电过程时，光伏***出力分别为11kW和4kW。在2s时储能单元的控制满足功率再分配条件，并且在6s时充电过程SOC最小的储能单元故障退出，放电过程中SOC最大的储能单元故障退出。从图12中的储能***功率波形可以看出，经过需求侧功率再分配后，在充电过程中SOC较小的储能单元吸收更多的功率，SOC较大的储能单元相反，在放电过程中SOC较大的储能单元发出更多的功率，SOC较小的储能单元相反。并且当承担***主要功率供给的储能单元故障时，其余正常工作的储能单元可以快速响应，自动对需求侧功率进行分配。通过对比图12和图13可以得知，采用传统下垂控制策略时，各储能单元始终均分需求侧功率，无法避免部分储能单元的过充和过放。通过直流母线电压的对比可以看出，采用本文的模糊补偿控制可以确保母线电压稳定在600V，而在未采用该控制时，母线电压有较大的波动和电压偏差。

3、实时工况3

场景4：储能***故障退出，光伏发电***维持母线电压稳定。暂态工况为模拟负荷波动和部分光伏单元故障退出。从图14中的光伏***功率波形可以看出，各光伏发电单元可以按照各自输出能力进行需求侧功率分配。在1s时负荷功率降低，各光伏发电单元能够自动的调整出力以维持母线电压稳定。在2s时一组光伏单元退出，剩余正常运行的光伏单元迅速提高输出功率，从而保证需求侧负荷的正常供电。通过对比图14和图15的母线电压波形可以看出，采用本文提出的模糊补偿控制时，可以有效地减小下垂控制带来的母线电压偏差。

Claims (7)

1.一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，用以延长储能***的使用期限以及合理分配需求侧功率，其特征在于，包括以下步骤：

1)构建独立运行的直流微电网，包括分别与直流母线连接的可再生能源***、由多个分布式储能单元构成的储能***以及直流负荷，所述的可再生能源***包括多个光伏发电单元和风力发电单元；

2)采用直流母线电压稳定控制策略合理分配需求侧功率以及调整母线电压，所述的直流母线电压稳定控制策略包括储能***控制、可再生能源***控制和母线电压补偿控制，所述的储能***控制中，储能***采用自适应下垂控制维持母线电压稳定，并根据各储能单元的SOC自动分配需求侧功率，使SOC较大的储能单元拥有较快的放电速度和较慢的充电速度，SOC较小的储能单元拥有较慢的放电速度和较快的充电速度，并且，当部分储能单元发生故障时，其余储能单元进行响应，调整充放电功率确保***中的电能供需平衡；

所述的储能***控制具体包括以下步骤：

S1设置各个不同SOC的储能单元的初始虚拟电阻R_{v_k}(0)；

S2判断第k个储能单元的SOC变化量绝对值|ΔSOC_k|是否等于1，若是，则进行步骤S4，若否，则进行步骤S3；

S4重新设置各个不同SOC的储能单元的虚拟电阻；

S3判断第k个储能单元的功率P_{ESU_k}是否降低，若是，则进行步骤S5；

S5获取主导储能单元的瞬时荷电状态SOC_m；

S6判断第k个储能单元的充放电状态是否改变，若是，则返回步骤S1，若否，则返回步骤S5。

2.根据权利要求1所述的一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，其特征在于，所述的步骤1)中，直流微电网包括以下运行模式：

储能单元控制模式：该模式下可再生能源***作为恒定功率源工作在最大功率跟踪方式，储能***通过自适应下垂控制进行放电补偿需求侧欠缺的功率，或充电吸收直流母线上多余的功率，包括储能单元全部正常工作以及部分储能单元由于故障原因退出运行两种子模式；

可再生能源控制模式：当储能***由于满充或故障退出运行时，直流微电网中的能量供大于求导致直流母线电压升高，此时可再生能源***降低输出功率，维持母线电压的稳定，包括可再生能源全部投入运行以及部分可再生能源由于故障而退出运行子模式；

切-投负荷模式：在储能单元控制模式和可再生能源控制模式中，当需求侧的负荷发生切换时，储能***和可再生能源***自动对其需要的功率进行分配，包括负荷进行切除操作和负荷进行投入操作子模式。

3.根据权利要求1所述的一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，其特征在于，所述的步骤S1中，储能单元的初始虚拟电阻R_{v_k}(0)的表达式为：

其中，R_{v_max}为虚拟电阻的最大取值，

SOC_max和SOC_min分别为储能单元的荷电状态参考值、最大值和最小值，并且当储能***处于充电状态时

当储能***处于放电状态时

V_err为需求侧母线电压与母线参考电压之差。

4.根据权利要求1所述的一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，其特征在于，所述的步骤S4中，重新设置各个不同SOC的储能单元的虚拟电阻公式如下：

其中，R_{v_k}为重新设置后的储能单元的虚拟电阻。

5.根据权利要求1所述的一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，其特征在于，所述的可再生能源***控制具体为：

当储能***因满充或故障退出工作时，可再生能源***的出力大于需求侧的总消耗，采用功率下垂控制保证在最大功率跟踪模式与需求功率分配模式之间平滑切换。

6.根据权利要求5所述的一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，其特征在于，所述的功率下垂控制为：

式中，P_{RES_g}和P_{MPP_g}分别为第g个可再生能源的输出功率和最大功率，条件事件定义P定义为储能***退出运行，V_{dc_load}为需求侧母线电压，V_ref为母线参考电压，b为下垂系数，V_max为母线最大允许电压。

7.根据权利要求1所述的一种基于需求侧功率分配的直流微电网母线电压协调控制方法，其特征在于，所述的母线电压补偿控制具体为：

当可再生能源***和储能***采用下垂控制策略时，采用基于模糊控制器的母线参考电压迭代调整控制策略，将母线电压偏差作为模糊输入，输出为母线电压增量信号，用以补偿由下垂控制所造成的母线电压偏差。

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