CN109309389B - 一种光储***直流母线电压稳定控制方法和控制*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光储***直流母线电压稳定控制方法和控制***，首先，根据交流侧并网功率和光伏侧功率的差值得到储能***的第一参考电流，根据直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值自适应控制得到储能***的第二参考电流；然后，对得到的第一参考电流、第二参考电流以及储能***的实际电流进行PI控制，得到相应的PWM脉冲，根据该PWM脉冲控制储能***的DC/DC变换装置。将功率差前馈控制和电压差自适应控制进行结合，能够解决目前存在的PI参数难以调节、容易发散以及初始有超调的问题。并且，该方法保证储能***充放电更快做出反应，加快***动态响应，很大程度上抑制了直流母线电压的波动，使直流母线电压稳定于参考电压。

Description

一种光储***直流母线电压稳定控制方法和控制***
技术领域
本发明涉及一种光储***直流母线电压稳定控制方法和控制***，属于光储***直流母线电压控制技术领域。
背景技术
分布式发电技术引起了人们的广泛关注，大量随机性、间歇性分布式电源直接并网会给***的稳定性、电能质量等带来不利影响，为平抑光伏输出功率的波动以及减小功率波动对电网的不良影响，光储协调控制***能够很好地解决这一问题，通过对储能***的充放电控制，吸收“多余能量”或弥补“缺额能量”，以达到功率调节的目的。光储协调控制***中储能***侧的DC/DC变换装置一般采用PI控制方法来稳定直流母线电压，但是这种控制方法存在PI参数难以调节、容易发散以及初始有超调的问题，进而影响直流母线电压质量以及交流侧并网电流的质量等。
发明内容
本发明的目的是提供一种光储***直流母线电压稳定控制方法，用以解决传统方法无法可靠稳定直流母线电压的问题。本发明同时提供一种光储***直流母线电压稳定控制***。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种光储***直流母线电压稳定控制方法，包括以下步骤：
(1)根据交流侧并网功率和光伏侧功率的差值得到储能***的第一参考电流，根据直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值自适应控制得到储能***的第二参考电流；
(2)对得到的第一参考电流、第二参考电流以及储能***的实际电流进行PI控制，得到相应的PWM脉冲，根据该PWM脉冲控制储能***对应的DC/DC变换装置。
所述第一参考电流的计算公式为：
Ibatref1＝(Pgrid-Ppv)/Udcref
其中，Ibatref1为第一参考电流，Pgrid为交流侧并网功率，Ppv为光伏侧功率，Udcref为直流母线参考电压。
当直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值的绝对值小于或者等于一个设定的电压差阈值时，第二参考电流设定为0；当直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值的绝对值大于所述电压差阈值时，第二参考电流与所述直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值成正比。
所述第二参考电流的计算公式为：
Figure BDA0001364219060000021
其中，Ibatref2为第二参考电流，ΔUdc＝Udcref-Udc，Udcref为直流母线参考电压，Udc为直流母线实际电压，N为所述电压差阈值，k为调节系数。
所述步骤(2)中，计算第一参考电流和第二参考电流的和值，得到储能***的总参考电流，然后将总参考电流与储能***的实际电流的差值进行PI控制，再经过限幅处理后得到所述PWM脉冲。
一种光储***直流母线电压稳定控制***，包括实现如下控制步骤的控制模块：
(1)根据交流侧并网功率和光伏侧功率的差值得到储能***的第一参考电流，根据直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值自适应控制得到储能***的第二参考电流；
(2)对得到的第一参考电流、第二参考电流以及储能***的实际电流进行PI控制，得到相应的PWM脉冲，根据该PWM脉冲控制储能***对应的DC/DC变换装置。
所述第一参考电流的计算公式为：
Ibatref1＝(Pgrid-Ppv)/Udcref
其中，Ibatref1为第一参考电流，Pgrid为交流侧并网功率，Ppv为光伏侧功率，Udcref为直流母线参考电压。
当直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值的绝对值小于或者等于一个设定的电压差阈值时，第二参考电流设定为0；当直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值的绝对值大于所述电压差阈值时，第二参考电流与所述直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值成正比。
所述第二参考电流的计算公式为：
Figure BDA0001364219060000031
其中，Ibatref2为第二参考电流，ΔUdc＝Udcref-Udc，Udcref为直流母线参考电压，Udc为直流母线实际电压，N为所述电压差阈值，k为调节系数。
所述步骤(2)中，计算第一参考电流和第二参考电流的和值，得到储能***的总参考电流，然后将总参考电流与储能***的实际电流的差值进行PI控制，再经过限幅处理后得到所述PWM脉冲。
本发明提供的光储***直流母线电压稳定控制方法中，首先，根据交流侧并网功率和光伏侧功率的差值得到储能***的第一参考电流，根据直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值自适应控制得到储能***的第二参考电流；在得到两个参考电流之后，再结合储能***的实际电流进行PI控制，最终得到PWM脉冲，根据该PWM脉冲控制储能***的DC/DC变换装置。所以，该控制方法中所涉及到的输入参量均是影响直流母线电压的相关参量，这些参量的变化能够影响直流母线电压的稳定，因此，根据这些参量控制直流母线电压能够提升直流母线电压的控制精度。而且，该直流母线电压稳定控制方法将功率差前馈控制和电压差自适应控制进行结合，能够解决目前存在的PI参数难以调节、容易发散以及初始有超调的问题。并且，通过交流侧并网功率和光伏侧功率的差值、以及直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值对储能***的DC/DC变换装置进行控制，本质上是对储能***的充放电电流进行控制，能够保证储能***充放电更快做出反应，加快***动态响应，很大程度上抑制直流母线电压的波动，使直流母线电压稳定于参考电压。
附图说明
图1是光储***的能量流动示意图；
图2是直流母线电压稳定控制整体控制框图；
图3是直流母线电压变化波形图；
图4是储能***功率/光伏功率/并网功率的变化波形图。
具体实施方式
光储***直流母线电压稳定控制***实施例
如图1所示，为常见的一种光储***，光伏***通过Boost升压电路连接直流母线，储能***通过双向DC/DC变换装置连接直流母线，直流母线通过双向DC/AC变换装置连接交流母线，交流母线连接交流电网，并且，交流母线上还可以连接有交流负载。
为了实现光储***直流母线电压的稳定控制，本实施例提供一种控制***，根据其功能称为光储***直流母线电压稳定控制***。该控制***可以是光储***本身的控制***，也可以是专门设置的控制***。该控制***主要包括两大部分，一个是数据获取模块，用于获取控制***所需的各数据信息，另一个是控制模块，该控制模块内部加载有直流母线电压稳定控制策略，根据获取的数据信息结合直流母线电压稳定控制策略进行直流母线电压稳定控制。
数据获取模块获取的数据信息有：交流侧并网功率Pgrid、光伏侧功率Ppv、直流母线实际电压Udc和储能***的实际电流Ibat。上述各数据信息均根据相应的检测设备获取，比如：直流母线实际电压Udc根据直流电压检测设备获取，因此，数据获取模块由用于检测上述各数据信息的检测设备构成，由于各检测设备属于常规技术，本实施例就不再对各检测设备进行详细描述。另外，由于上述各检测设备可以是***本身就存在的相关设备，因此，光储***直流母线电压稳定控制***中可以不包含数据获取模块，那么，控制***的重点就在于控制模块，具体为控制模块内部加载的控制策略，即储***直流母线电压稳定控制方法。而对于控制模块的硬件结构则不做限定性要求。
控制模块加载的控制策略整体包括以下步骤：
(1)根据交流侧并网功率Pgrid和光伏侧功率Ppv的差值得到储能***的第一参考电流Ibatref1，根据直流母线参考电压Udcref与直流母线实际电压Udc的差值自适应控制得到储能***的第二参考电流Ibatref2；
(2)对得到的第一参考电流Ibatref1、第二参考电流Ibatref2以及储能***的实际电流Ibat进行PI控制，得到相应的PWM脉冲，根据该PWM脉冲控制储能***的DC/DC变换装置。
以下给出上述各步骤的一种具体的实施方式。
(1)求取交流侧并网功率Pgrid和光伏侧功率Ppv的差值ΔP，然后将差值ΔP除以直流母线参考电压Udcref，得到的商值作为储能***的第一参考电流Ibatref1，如图2所示，该控制过程称为功率差前馈控制，计算公式如下所示：
Ibatref1＝(Pgrid-Ppv)/Udcref
当交流侧并网功率Pgrid或者光伏侧功率Ppv发生变化时，功率差前馈控制根据功率差值对储能***充放电电流进行直接控制，能够保证储能***充放电更快做出反应，加快了***动态响应，一定程度上抑制了直流母线电压的波动。
求取直流母线参考电压Udcref与直流母线实际电压Udc的差值ΔUdc，即：ΔUdc＝Udcref-Udc，根据差值ΔUdc对第二参考电流Ibatref2进行自适应控制，因此，该控制过程称为电压差自适应控制，具体控制策略如下：当差值ΔUdc的绝对值小于或者等于一个设定的电压差阈值N时，第二参考电流Ibatref2设定为0；当差值ΔUdc的绝对值大于电压差阈值N时，第二参考电流Ibatref2与差值ΔUdc正相关，两者是正比关系，具体的关系形式根据实际控制要求设定。基于上述控制，以下给出该控制过程对应的计算公式：
Figure BDA0001364219060000061
其中，电压差阈值N根据实际控制要求进行设定，比如，N的范围可以设定为[5，10]，即N∈[[5，，101]0]。k为调节系数，该调节系数也是根据实际控制要求进行设定，可以固定不变，也可以根据ΔUdc的变化而变化，比如：当ΔUdc≤200时，k的范围可以为：0.00001≤k≤0.001；当ΔUdc＞200时，k的范围可以为：0.002≤k≤0.01，另外，k的最佳取值可以通过调试最终确定。
那么，当差值ΔUdc的绝对值大于电压差阈值N时，1)差值ΔUdc大于0时，此时若直流母线实际电压Udc降低，第二参考电流Ibatref2按步长值k*ΔUdc正方向逐渐增大，即储能***放电电流增加，使得直流母线实际电压Udc逐步升高恢复至参考电压Udcref，具体步长值根据差值ΔUdc的大小自适应变化，ΔUdc越大，则步长就越大，反之，ΔUdc越小，则步长就越小。2)差值ΔUdc小于0时，此时若直流母线实际电压Udc升高，第二参考电流Ibatref2按步长值k*ΔUdc负方向逐渐增大，即储能***充电电流增加,使得直流母线实际电压Udc逐步降低至参考电压Udcref。
(2)得到参考电流Ibatref1和Ibatref2之后，首先计算参考电流Ibatref1和Ibatref2的和值，为储能***的总参考电流Ibatref，然后计算总参考电流Ibatref与储能***的实际电流Ibat的差值，将该差值送入PI控制器进行PI控制，再经过限幅处理，然后将限幅处理后的输出结果与三角载波进行比较得到PWM脉冲，最后将得到的PWM脉冲作用于储能***的DC/DC变换装置，实现直流母线电压的稳定控制。
当然，直流母线参考电压Udcref、电压差阈值N和调节系数k可以在控制策略实施之前进行初始化得到。
如图3所示，为在直流电压稳定控制过程中直流母线电压的变化波形图，其中，横轴为时间(s)，纵轴为直流母线电压(V)，从该图可以看出，直流母线电压随着稳定控制过程逐渐趋于稳定；图4是在直流电压稳定控制过程中储能***功率Pbat/光伏侧功率Ppv/交流侧并网功率Pgrid的波形图，其中，横轴为时间(s)，纵轴为功率(kW)。
光储***直流母线电压稳定控制方法实施例
本实施例提供一种光储***直流母线电压稳定控制方法，包括以下步骤：
(1)根据交流侧并网功率Pgrid和光伏侧功率Ppv的差值得到储能***的第一参考电流Ibatref1，根据直流母线参考电压Udcref与直流母线实际电压Udc的差值自适应控制得到储能***的第二参考电流Ibatref2；
(2)对得到的第一参考电流Ibatref1、第二参考电流Ibatref2以及储能***的实际电流Ibat进行PI控制，得到相应的PWM脉冲，根据该PWM脉冲控制储能***的DC/DC变换装置。
那么，该控制方法为上述光储***直流母线电压稳定控制***的控制模块中加载的控制策略，由于该控制策略的具体实现过程在上述***实施例中以做出了详细地描述，本实施例就不再具体说明。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种光储***直流母线电压稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)根据交流侧并网功率和光伏侧功率的差值得到储能***的第一参考电流，根据直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值自适应控制得到储能***的第二参考电流；
(2)对得到的第一参考电流、第二参考电流以及储能***的实际电流进行PI控制，得到相应的PWM脉冲，根据该PWM脉冲控制储能***对应的DC/DC变换装置；
当直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值的绝对值小于或者等于一个设定的电压差阈值时，第二参考电流设定为0；当直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值的绝对值大于所述电压差阈值时，第二参考电流的取值与所述直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值成正比；
所述第二参考电流的计算公式为：
Figure FDA0002837259260000011
其中，Ibatref2为第二参考电流，ΔUdc＝Udcref-Udc，Udcref为直流母线参考电压，Udc为直流母线实际电压，N为所述电压差阈值，k为调节系数。
2.根据权利要求1所述的光储***直流母线电压稳定控制方法，其特征在于，所述第一参考电流的计算公式为：
Ibatref1＝(Pgrid-Ppv)/Udcref
其中，Ibatref1为第一参考电流，Pgrid为交流侧并网功率，Ppv为光伏侧功率，Udcref为直流母线参考电压。
3.根据权利要求1或2所述的光储***直流母线电压稳定控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，计算第一参考电流和第二参考电流的和值，得到储能***的总参考电流，然后将总参考电流与储能***的实际电流的差值进行PI控制，再经过限幅处理后得到所述PWM脉冲。
4.一种光储***直流母线电压稳定控制***，其特征在于，包括实现如下控制步骤的控制模块：
(1)根据交流侧并网功率和光伏侧功率的差值得到储能***的第一参考电流，根据直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值自适应控制得到储能***的第二参考电流；
(2)对得到的第一参考电流、第二参考电流以及储能***的实际电流进行PI控制，得到相应的PWM脉冲，根据该PWM脉冲控制储能***对应的DC/DC变换装置；
当直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值的绝对值小于或者等于一个设定的电压差阈值时，第二参考电流设定为0；当直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值的绝对值大于所述电压差阈值时，第二参考电流的取值与所述直流母线参考电压与直流母线实际电压的差值成正比；
所述第二参考电流的计算公式为：
Figure FDA0002837259260000021
其中，Ibatref2为第二参考电流，ΔUdc＝Udcref-Udc，Udcref为直流母线参考电压，Udc为直流母线实际电压，N为所述电压差阈值，k为调节系数。
5.根据权利要求4所述的光储***直流母线电压稳定控制***，其特征在于，所述第一参考电流的计算公式为：
Ibatref1＝(Pgrid-Ppv)/Udcref
其中，Ibatref1为第一参考电流，Pgrid为交流侧并网功率，Ppv为光伏侧功率，Udcref为直流母线参考电压。
6.根据权利要求4或5所述的光储***直流母线电压稳定控制***，其特征在于，所述步骤(2)中，计算第一参考电流和第二参考电流的和值，得到储能***的总参考电流，然后将总参考电流与储能***的实际电流的差值进行PI控制，再经过限幅处理后得到所述PWM脉冲。
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