CN114204538B - 一种直流微电网互联变换器及其功率协调控制方法 - Google Patents

一种直流微电网互联变换器及其功率协调控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114204538B
CN114204538B CN202111434356.2A CN202111434356A CN114204538B CN 114204538 B CN114204538 B CN 114204538B CN 202111434356 A CN202111434356 A CN 202111434356A CN 114204538 B CN114204538 B CN 114204538B
Authority
CN
China
Prior art keywords
port
converter
power
micro
control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111434356.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114204538A (zh
Inventor
王盼宝
李珅光
任鹏
周洋
王卫
徐殿国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Industrial Technology Research Institute Of Heilongjiang Province
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Industrial Technology Research Institute Of Heilongjiang Province
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Industrial Technology Research Institute Of Heilongjiang Province, Harbin Institute of Technology filed Critical Industrial Technology Research Institute Of Heilongjiang Province
Priority to CN202111434356.2A priority Critical patent/CN114204538B/zh
Publication of CN114204538A publication Critical patent/CN114204538A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114204538B publication Critical patent/CN114204538B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582Buck-boost converters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1584Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load with a plurality of power processing stages connected in parallel
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H02M3/33584Bidirectional converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明提出一种直流微电网互联变换器及其功率协调控制方法,该变换器由交错并联型三端口变换器和全桥DC‑DC变换器级联而成,可实现直流微电网互联变换器的低损耗运行和公共储能接入。进一步,提出互联变换器的功率协调控制方法,该控制方法允许三个端口独立运行,以实现两直流微电网和公共储能之间的潮流控制。所发明的互联变换器及其功率协调控制方法能够平抑***功率波动,提高***可靠性和降低运营成本。公共储能端口的并行竞争控制策略使控制变量的过渡更加平滑,避免变换器出现剧烈的暂态变化或震荡,提高控制***的稳定性。

Description

一种直流微电网互联变换器及其功率协调控制方法
技术领域
本发明属于直流微电网技术领域,特别是涉及一种直流微电网互联变换器及其功率协调控制方法。
背景技术
集成分布式可再生能源、储能***和各种负载的微电网对于实现碳达峰、碳中和目标和解决环境与能源问题方面具有重要意义。与交流微电网相比直流微电网具有控制简单、损耗低以及电能质量高等优势。单个的直流微电网主要从光伏和风能中获取能源,但光伏和风力发电***的功率会受到天气条件的影响,具有间歇性和波动性。而将直流微电网互联后,一个微电网中多余的功率可以转移到另一个微电网,反之亦然。通过与相邻的直流微电网分担负荷,减小了由于天气变化引起的可再生能源功率变化的影响,提高了***的稳定性。同时,微电网互联也能减小单个微电网对储能的需求,降低运营成本。
现有的直流微电网互联变换器中,可分为并联型和串联型两类,其中并联型又可分为隔离型和非隔离型。非隔离型变换器体积小、功率密度高、控制简单,但无电气隔离、仅适合电压等级接近的两微电网互联。而隔离型变换器有利于隔离故障、提高供电可靠性,但变换器额定功率与传输功率相同,成本高。于是有学者提出串联型直流微电网互联变换器,通过在两直流微电网的连接线串联注入调节电压,控制功率流方便,损耗低。
直流微电网互联变换器一般采用两端口或多端口双向DC-DC变换器,其控制策略可以分为三种,即移相角控制、占空比控制和移相角加占空比控制。占空比控制方式简单,但无法实现能量的双向流动。移相角控制可实现能量的双向流动,且对变压器原副边电压差较大情况仍适用,但控制的自由度较少。移相角加占空比控制增加了一个控制自由度,提高了输入电压调节范围,减小了端口间的环流。因此本发明所提联变换器中的交错并联型三端口变换器采用移相角加占空比控制。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题,提出了一种直流微电网互联变换器及其功率协调控制方法。本发明提出的直流微电网互联变换器为串联型变换器,其输出端口的电压应力低,运行损耗小,有效降低了成本。
本发明是通过以下技术方案实现的,本发明提出一种直流微电网互联变换器,该互联变换器是由交错并联型全桥三端口变换器和全桥DC-DC变换器级联而成;该互联变换器有三个端口,三端口变换器原边输入为端口1,副边集成交错并联Buck-boost为端口3,全桥DC-DC变换器输出为端口2;端口1与微电网1并联,端口2与两微电网连接线串联,端口3与公共储能相连;端口2在两直流微电网间串联注入动态可调电压来实现两直流微电网间的功率传输。
进一步地,直流微电网互联变换器三个端口的工作模式具体为:
(1)端口1:三端口变换器原边的输入形成端口1,并与微电网1的直流母线并联,通过三端口变换器原副边的移相控制,使得端口2'的电压始终保持在恒定值;所述三端口变换器的第三个端口为端口2';
(2)端口2:全桥DC-DC变换器的输出端口与两直流微电网的连接线串联,形成了互联变换器的端口2,端口2的主要功能是在连接直流母线1和直流母线2的线路中产生功率传输所需的电压差;
(3)端口3:互联变换器的端口3由副边集成双向Buck-Boost拓扑电路构成,通过该端口3,公共储能可与互联变换器的端口1交换功率;当两直流微电网的本地储能和微电网之间的功率传输不足以处理多余的功率时,可通过互联变换器对公共储能充电,同样,当两直流微电网有不足功率时,公共储能进行放电,以支持两直流微电网的母线电压。
本发明提出一种直流微电网互联变换器的功率协调控制方法,该控制方法各端口之间相对独立,允许变换器各端口独立运行,从而实现直流微电网互联***的功率流控制,该控制方法包括三端口变换器恒压输出控制、端口2串联电压控制和端口3公共储能端口控制三个控制环路;单个直流微电网本地控制策略生成的可用净功率作为直流微电网互联变换器功率协调控制的参考输入。
进一步地,互联变换器中的三端口变换器采用原边移相角控制,副边占空比控制,原边通过移相角Φ来控制端口2'的电压恒定,副边通过改变开关管S5~S8占空比D1来控制端口3公共储能的充放电功率。
进一步地,三端口变换器的恒压输出控制环路采用电压电流双闭环控制,该控制的目的是使端口2'保持电压恒定,作为全桥DC-DC变换器的输入电压,维持全桥DC-DC变换器正常工作所需的功率;将端口2'电压的参考值与实际值比较后的偏差送到一个PI控制器中后,生成电流控制环路的参考值之后,将参考值/>与端口1输入电流的实际值做比较后,将偏差送入到PI控制器中,产生所需的控制量移相角Φ,在全桥DC-DC变换器运行的各种工况下均能保持端口2'输出电压的恒定。
进一步地,互联变换器端口3的公共储能用于实现输入输出功率控制和限压限流充电控制;采用并行竞争机制,引入最小选择器,选择最小占空比D1作为三端口变换器副边开关管S5~S8的控制信号,所述最小选择器由功率控制器BPR、电压控制器BVR、电流控制器BCR和最小竞争逻辑组成。
进一步地,当公共储能的SoC状态不超过上限,其电流和电压低于设定的限定值时,BVR和BCR控制器的输出为正饱和,BVR的占空比D_BVR和BCR的占空比D_BCR为最大值,BPR控制器控制端口3,按照给定的功率参考信号P1+P2来控制公共储能的充放电功率,以此来吸收或补偿两直流微电网的功率差额;当公共储能即将充满电时,BVR控制器自动退出饱和状态,此时,D_BVR将小于BPR的占空比D_BPR,BVR控制接管端口3的控制,公共储能停止充电;当公共储能的充电电流达到上限值时,BCR控制器退出饱和状态,公共储能进入恒流充电模式,避免因为过流充电造成公共储能的损坏,P1为微电网1的可用净功率,P2为微电网2的可用净功率。
进一步地,BPR控制器通过对两直流微电网的可用净功率P1和P2求和得出其功率控制参考信号根据功率参考信号/>对公共储能进行充放电控制;当P1+P2>0时,微电网有多余功率,公共储能充电;当P1+P2<0时,微电网有不足功率,公共储能放电。
进一步地,利用式(1)可以产生电流参考信号与实际电流IB相比较后的偏差送入PI控制器中,产生副边占空比D1,进而用于产生开关管S5-S8的导通脉冲;
其中,VB为实际电压;
微电网1的可用净功率P1加上公共储能***吸收或补偿的功率即为两直流微电网之间传输功率的参考功率Pt *,Pt *与实际功率Pt进行比较后将偏差信号传递给PI控制器Gp,为电压控制器Gvc提供参考;电压参考通过式(2)生成:
Vs *=(Pt *-Pt)Gp (2)
根据功率流要求,参考功率Pt *可以具有正负两种极性,如果Pt *的极性为正,表示功率流的方向是从微电网1到微电网2,的极性也为正;若Pt *为负,则具有从微电网2到微电网1的功率流,/>的极性为负。
进一步地,全桥DC-DC变换器用于生成正负可调电压,以实现所需的串联电压调节,由功率控制器和电压控制器组成,这些控制器的目的是调整互联变换器端口2的输出电压,使其具有所需的幅值和极性,在全桥DC-DC控制环路中加入下垂控制策略,加入下垂控制后,相当于在传输线等效电阻上串联了一个虚拟电阻R,在没有增加能量损耗的情况下,增加了控制的精确性;之后将端口2的实际输出电压Vs进行比较,将比较后的偏差输入到电压型PI控制器,该电压型PI控制器输出控制信号Vc以生成开关管S9-S12的PWM信号,来控制两直流微电网间的电压传输,I2为微电网2电流。
本发明提出一种直流微电网互联变换器,该变换器由交错并联型三端口变换器和全桥DC-DC变换器级联而成,可实现直流微电网互联变换器的低损耗运行和公共储能接入。进一步,提出互联变换器的功率协调控制方法,该控制方法允许三个端口独立运行,以实现两直流微电网和公共储能之间的潮流控制。所发明的互联变换器及其功率协调控制方法能够平抑***功率波动,提高***可靠性和降低运营成本。公共储能端口的并行竞争控制策略使控制变量的过渡更加平滑,避免变换器出现剧烈的暂态变化或震荡,提高控制***的稳定性。
附图说明
图1为本发明所述的直流微电网互联变换器结构图。
图2为互联变换器与微电网连接图。
图3为互联变换器功率协调控制方法框图。
图4为模式1~模式4动态响应实验波形图。
图5为模式5~模式8动态响应实验波形图。
图6为模式9和模式10动态响应实验波形图。
图7为蓄电池达充电上限电压实验波形图。
图8为蓄电池达最大充电电流实验波形图。
图9为互联变换器和微电网整体功率协调控制方法框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
结合图1-9,本发明提出一种直流微电网互联变换器,该互联变换器是由交错并联型全桥三端口变换器和全桥DC-DC变换器级联而成;该互联变换器有三个端口,三端口变换器原边输入为端口1,副边集成交错并联Buck-boost为端口3,全桥DC-DC变换器输出为端口2;端口1与微电网1并联,端口2与两微电网连接线串联,端口3与公共储能相连;端口2在两直流微电网间串联注入动态可调电压来实现两直流微电网间的功率传输。直流微电网互联变换器与两直流微电网的连接关系如图2所示。其中,PG1、PB1、PL1、PG2、PB2和PL2分别代表直流微电网1和直流微电网2的总发电功率、本地储能功率和负载功率。Pb为公共储能的充放电功率。直流微电网网间功率传输仅取决于联络线电阻和联络线两端的电压差,端口2的主要功能是在连接直流母线1和直流母线2的线路中产生所需的电压差。如果注入的串联电压为正,则功率从微电网1流到微电网2,如果电压为负,则功率的流向相反。
直流微电网互联变换器三个端口的工作模式具体为:
(1)端口1:三端口变换器原边的输入形成端口1,并与微电网1的直流母线并联,通过三端口变换器原副边的移相控制,使得端口2'的电压始终保持在恒定值;所述三端口变换器的第三个端口为端口2';
(2)端口2:全桥DC-DC变换器的输出端口与两直流微电网的连接线串联,形成了互联变换器的端口2,端口2的主要功能是在连接直流母线1和直流母线2的线路中产生功率传输所需的电压差;
(3)端口3:互联变换器的端口3由副边集成双向Buck-Boost拓扑电路构成,通过该端口3,公共储能可与互联变换器的端口1交换功率;当两直流微电网的本地储能和微电网之间的功率传输不足以处理多余的功率时,可通过互联变换器对公共储能充电,同样,当两直流微电网有不足功率时,公共储能进行放电,以支持两直流微电网的母线电压。
本发明提出一种直流微电网互联变换器的功率协调控制方法,该控制方法各端口之间相对独立,允许变换器各端口独立运行,从而实现直流微电网互联***的功率流控制,该控制方法包括三端口变换器恒压输出控制、端口2串联电压控制和端口3公共储能端口控制三个控制环路;单个直流微电网本地控制策略生成的可用净功率P1和P2,两个净功率作为直流微电网互联变换器功率协调控制的参考输入。
互联变换器中的三端口变换器采用原边移相角控制,副边占空比控制,原边通过移相角Φ来控制端口2'的电压恒定,副边通过改变开关管S5~S8占空比D1来控制端口3公共储能的充放电功率。
三端口变换器的恒压输出控制环路采用电压电流双闭环控制,该控制的目的是使端口2'保持电压恒定,作为全桥DC-DC变换器的输入电压,维持全桥DC-DC变换器正常工作所需的功率;将端口2'电压的参考值与实际值比较后的偏差送到一个PI控制器中后,生成电流控制环路的参考值之后,将参考值/>与端口1输入电流的实际值做比较后,将偏差送入到PI控制器中,产生所需的控制量移相角Φ,该控制策略具有良好的负载调整率,在全桥DC-DC变换器运行的各种工况下均能保持端口2'输出电压的恒定。
互联变换器端口3的公共储能用于实现输入输出功率控制和限压限流充电控制;采用并行竞争机制,引入最小选择器,选择最小占空比D1作为三端口变换器副边开关管S5~S8的控制信号,所述最小选择器由功率控制器(Battery Power Regulator,BPR)、电压控制器(Battery Voltage Regulator,BVR)、电流控制器(Battery Current Regulator,BCR)和最小竞争逻辑组成。并行竞争控制策略与状态检测和模式切换这两种传统的控制策略相比具有很大的优势,其可以使控制变量在状态切换时实现平滑过渡,避免暂态突变或变换器振荡,提高***的稳定性。
当公共储能的SoC状态不超过上限,其电流和电压低于设定的限定值时,BVR和BCR控制器的输出为正饱和,BVR的占空比D_BVR和BCR的占空比D_BCR为最大值,BPR控制器控制端口3,按照给定的功率参考信号P1+P2来控制公共储能的充放电功率,以此来吸收或补偿两直流微电网的功率差额;当公共储能即将充满电时,BVR控制器自动退出饱和状态,此时,D_BVR将小于BPR的占空比D_BPR,BVR控制接管端口3的控制,公共储能停止充电;当公共储能的充电电流达到上限值时,BCR控制器退出饱和状态,公共储能进入恒流充电模式,避免因为过流充电造成公共储能的损坏,P1为微电网1的可用净功率,P2为微电网2的可用净功率。
BPR控制器通过对两直流微电网的可用净功率P1和P2求和得出其功率控制参考信号根据功率参考信号/>对公共储能进行充放电控制;当P1+P2>0时,微电网有多余功率,公共储能充电;当P1+P2<0时,微电网有不足功率,公共储能放电。
利用式(1)可以产生电流参考信号与实际电流IB相比较后的偏差送入PI控制器中,产生副边占空比D1,进而用于产生开关管S5-S8的导通脉冲;
其中,VB为实际电压;
微电网1的可用净功率P1加上公共储能***吸收或补偿的功率即为两直流微电网之间传输功率的参考功率Pt *,Pt *与实际功率Pt(Pt=V4I2)进行比较后将偏差信号传递给PI控制器Gp,为电压控制器Gvc提供参考;电压参考通过式(2)生成:
Vs *=(Pt *-Pt)Gp (2)
根据功率流要求,参考功率Pt *可以具有正负两种极性,如果Pt *的极性为正,表示功率流的方向是从微电网1到微电网2,的极性也为正;若Pt *为负,则具有从微电网2到微电网1的功率流,/>的极性为负。
全桥DC-DC变换器用于生成正负可调电压,以实现所需的串联电压调节,由功率控制器和电压控制器组成,这些控制器的目的是调整互联变换器端口2的输出电压,使其具有所需的幅值和极性,由于实际中传输线的等效电阻较小,为了增加控制的精准度,在全桥DC-DC控制环路中加入下垂控制策略,加入下垂控制后,相当于在传输线等效电阻上串联了一个虚拟电阻R,在没有增加能量损耗的情况下,增加了控制的精确性;之后将端口2的实际输出电压Vs进行比较,将比较后的偏差输入到电压型PI控制器,该电压型PI控制器输出控制信号Vc以生成开关管S9-S12的PWM信号,来控制两直流微电网间的电压传输,I2为微电网2电流。
为了验证本发明的效果,对所述直流微电网互联变换器的功率协调控制策略效果进行了实验验证。实验参数如下:两直流微电网母线电压V1=V2=400V,公共储能额定电压Vb=24V,变换器端口2'电压Vlk=48V,原边功率电感为5μH,副边功率电感为120μH。
表1给出了公共储能工作时不同模式下实验结果功率数据,图4为模式1~模式4的***动态响应实验波形,在模式1中,微电网1的剩余功率小于微电网2的不足功率,为满足微电网2的负载功率需求,公共储能以100W的功率进行放电,通过在两直流微电网间注入串联电压Vs来控制两微电网间的功率传输,端口2'的输出电压Vlk始终保持在恒定的48V,不受功率传输的影响。在模式2中,微电网2的需求功率突然减小了200W,从图中可以看出,传输功率Pt为正,幅值减少到300W。公共储能工作于充电状态,以提高可再生能源的利用率,相应的串联电压Vs也减小。
表1不同模式下的实验结果功率数据
模式3与模式2的情况正好相反,微电网2有多余功率,而微电网1有不足功率,但微电网2的多余净功率不足以满足微电网1的所需净功率。此时公共储能提供100W的功率,从而避免了微电网1的甩负荷,提高了***的稳定性,相应的串联电压Vs也改变了极性。
图5展示了模式5~模式8的动态响应实验波形,此时,只有单个直流微电网有剩余和不足功率,另一个微电网的功率需求平衡,模式5和模式6为微电网2与公共储能之间传输能量,模式7和模式8为微电网1与公共储能之间传输能量,验证了所提控制策略在单个微电网与公共储能进行能量传输时具有良好的动态响应。
图6展示了模式9和模式10动态响应实验波形,此时微电网1和微电网2同时有剩余或不足功率,依靠公共储能的充电或放电来维持整个互联***的功率需求平衡。类似地,在所有操作模式下,Pt和Pb跟踪其参考功率命令Pt *相应的串联注入电压Vs通过改变其大小和极性来传输所需的功率,直流链路电压Vlk始终保持恒定为48V。
图7展示了蓄电池达充电上限电压时的实验波形,可以看出开始时蓄电池以2A的电流进行充电,当蓄电池接近充满时,其端电压达到上限电压,BVR控制器开始退出饱和,D_BVR逐渐减小,当D_BVR<D_BPR时,BVR控制器在并行竞争中获胜,恒压控制器接管端口3的控制,蓄电池停止充电。
图8展示了蓄电池达到最大充电电流时的实验波形,设定蓄电池的最大充电电流为4A,当蓄电池的充电参考功率变大,使得蓄电池的充电电流达到设定的上限值时,BCR控制器开始退出饱和,D_BCR逐渐减小,当D_BCR<D_BPR时,BCR控制器在并行竞争中获胜,恒流控制器接管端口3的控制,蓄电池的充电电流维持在上限值,以免蓄电池过充。
本发明互联变换器和微电网整体功率协调控制方法框图如图9所示,主要包括直流微电网互联变换器拓扑结构以及其功率协调控制策略。其中直流微电网互联变换器由交错并联型三端口变换器和全桥DC-DC变换器级联而成,该变换器有三个端口,端口1与微电网1并联,端口2与两微电网连接线串联,端口3与公共储能相连。端口2在两直流微电网间串联注入动态可调电压来实现两直流微电网间的功率传输。互联变换器的功率协调控制策略允许三个端口独立运行,以实现两直流微电网和公共储能之间的潮流控制,其中端口1和端口2'采用移相控制来实现端口2'恒压输出,端口3采用并行竞争控制策略来选择其占空比控制量,能够实现定功率控制和限压/限流充电控制。全桥DC-DC变换器采用基于下垂的功率电压双闭环控制来输出动态可调电压。
以上对本发明所提出的一种直流微电网互联变换器及其功率协调控制方法进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种直流微电网互联变换器,其特征在于,该互联变换器是由交错并联型全桥三端口变换器和全桥DC-DC变换器级联而成;该互联变换器有三个端口,三端口变换器原边输入为端口1,副边集成交错并联Buck-boost为端口3,全桥DC-DC变换器输出为端口2;端口1与微电网1并联,端口2与两微电网连接线串联,端口3与公共储能相连;端口2在两直流微电网间串联注入动态可调电压来实现两直流微电网间的功率传输。
2.根据权利要求1所述的互联变换器,其特征在于,直流微电网互联变换器三个端口的工作模式具体为:
(1)端口1:三端口变换器原边的输入形成端口1,并与微电网1的直流母线并联,通过三端口变换器原副边的移相控制,使得端口2'的电压始终保持在恒定值;所述三端口变换器的第三个端口为端口2';
(2)端口2:全桥DC-DC变换器的输出端口与两直流微电网的连接线串联,形成了互联变换器的端口2,端口2的主要功能是在连接直流母线1和直流母线2的线路中产生功率传输所需的电压差;
(3)端口3:互联变换器的端口3由副边集成双向Buck-Boost拓扑电路构成,通过该端口3,公共储能可与互联变换器的端口1交换功率;当两直流微电网的本地储能和微电网之间的功率传输不足以处理多余的功率时,可通过互联变换器对公共储能充电,同样,当两直流微电网有不足功率时,公共储能进行放电,以支持两直流微电网的母线电压。
3.一种如权利要求2所述的直流微电网互联变换器的功率协调控制方法,其特征在于,该控制方法各端口之间相对独立,允许变换器各端口独立运行,从而实现直流微电网互联***的功率流控制,该控制方法包括三端口变换器恒压输出控制、端口2串联电压控制和端口3公共储能端口控制三个控制环路;单个直流微电网本地控制策略生成的可用净功率作为直流微电网互联变换器功率协调控制的参考输入。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,互联变换器中的三端口变换器采用原边移相角控制,副边占空比控制,原边通过移相角Φ来控制端口2'的电压恒定,副边通过改变三端口变换器中的开关管S5~S8占空比D1来控制端口3公共储能的充放电功率。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,三端口变换器的恒压输出控制环路采用电压电流双闭环控制,该控制的目的是使端口2'保持电压恒定,作为全桥DC-DC变换器的输入电压,维持全桥DC-DC变换器正常工作所需的功率;将端口2'电压的参考值与实际值比较后的偏差送到一个PI控制器中后,生成电流控制环路的参考值之后,将参考值/>与端口1输入电流的实际值做比较后,将偏差送入到PI控制器中,产生所需的控制量移相角Φ,在全桥DC-DC变换器运行的各种工况下均能保持端口2'输出电压的恒定。
6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,互联变换器端口3的公共储能用于实现输入输出功率控制和限压限流充电控制;采用并行竞争机制,引入最小选择器,选择最小占空比D1作为三端口变换器副边开关管S5~S8的控制信号,所述最小选择器由功率控制器BPR、电压控制器BVR、电流控制器BCR和最小竞争逻辑组成。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,当公共储能的SoC状态不超过上限,其电流和电压低于设定的限定值时,BVR和BCR控制器的输出为正饱和,BVR的占空比D_BVR和BCR的占空比D_BCR为最大值,BPR控制器控制端口3,按照给定的功率参考信号P1+P2来控制公共储能的充放电功率,以此来吸收或补偿两直流微电网的功率差额;当公共储能即将充满电时,BVR控制器自动退出饱和状态,此时,D_BVR将小于BPR的占空比D_BPR,BVR控制接管端口3的控制,公共储能停止充电;当公共储能的充电电流达到上限值时,BCR控制器退出饱和状态,公共储能进入恒流充电模式,避免因为过流充电造成公共储能的损坏,P1为微电网1的可用净功率,P2为微电网2的可用净功率。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,BPR控制器通过对两直流微电网的可用净功率P1和P2求和得出其功率控制参考信号根据功率参考信号/>对公共储能进行充放电控制;当P1+P2>0时,微电网有多余功率,公共储能充电;当P1+P2<0时,微电网有不足功率,公共储能放电。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,利用式(1)可以产生电流参考信号与实际电流IB相比较后的偏差送入PI控制器中,产生副边占空比D1,进而用于产生开关管S5-S8的导通脉冲;
其中,VB为实际电压;
微电网1的可用净功率P1加上公共储能***吸收或补偿的功率即为两直流微电网之间传输功率的参考功率与实际功率Pt进行比较后将偏差信号传递给PI控制器Gp,为电压控制器Gvc提供参考;电压参考/>通过式(2)生成:
根据功率流要求,参考功率可以具有正负两种极性,如果/>的极性为正,表示功率流的方向是从微电网1到微电网2,/>的极性也为正;若/>为负,则具有从微电网2到微电网1的功率流,/>的极性为负。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,全桥DC-DC变换器用于生成正负可调电压,以实现所需的串联电压调节,由功率控制器和电压控制器组成,这些控制器的目的是调整互联变换器端口2的输出电压,使其具有所需的幅值和极性,在全桥DC-DC控制环路中加入下垂控制策略,加入下垂控制后,相当于在传输线等效电阻上串联了一个虚拟电阻R,在没有增加能量损耗的情况下,增加了控制的精确性;之后将端口2的实际输出电压Vs进行比较,将比较后的偏差输入到电压型PI控制器,该电压型PI控制器输出控制信号Vc以生成全桥DC-DC变换器中的开关管S9-S12的PWM信号,来控制两直流微电网间的电压传输,I2为微电网2电流。
CN202111434356.2A 2021-11-29 2021-11-29 一种直流微电网互联变换器及其功率协调控制方法 Active CN114204538B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111434356.2A CN114204538B (zh) 2021-11-29 2021-11-29 一种直流微电网互联变换器及其功率协调控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111434356.2A CN114204538B (zh) 2021-11-29 2021-11-29 一种直流微电网互联变换器及其功率协调控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114204538A CN114204538A (zh) 2022-03-18
CN114204538B true CN114204538B (zh) 2023-10-13

Family

ID=80649481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111434356.2A Active CN114204538B (zh) 2021-11-29 2021-11-29 一种直流微电网互联变换器及其功率协调控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114204538B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116683488B (zh) * 2023-05-30 2024-03-01 西南交通大学 一种三端口双向dc/dc变换器结构的控制策略

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108767843A (zh) * 2018-07-02 2018-11-06 上海大周能源技术有限公司 多端口能量路由器
CN109274271A (zh) * 2018-10-16 2019-01-25 哈尔滨工业大学 双级隔离式直流三端口变换器及其混合储能控制方法
CN110212776A (zh) * 2019-06-14 2019-09-06 哈尔滨工业大学 一种混合储能三端口dc-dc变换器及其功率分配控制方法
CN112688294A (zh) * 2020-12-16 2021-04-20 南昌航空大学 一种柔性互联直流微电网群的一致性协调控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108767843A (zh) * 2018-07-02 2018-11-06 上海大周能源技术有限公司 多端口能量路由器
CN109274271A (zh) * 2018-10-16 2019-01-25 哈尔滨工业大学 双级隔离式直流三端口变换器及其混合储能控制方法
CN110212776A (zh) * 2019-06-14 2019-09-06 哈尔滨工业大学 一种混合储能三端口dc-dc变换器及其功率分配控制方法
CN112688294A (zh) * 2020-12-16 2021-04-20 南昌航空大学 一种柔性互联直流微电网群的一致性协调控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114204538A (zh) 2022-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zeng et al. A multiport bidirectional DC–DC converter for hybrid renewable energy system integration
Tao et al. Multi-input bidirectional DC-DC converter combining DC-link and magnetic-coupling for fuel cell systems
She et al. On integration of solid-state transformer with zonal DC microgrid
CN111668850B (zh) 一种基于储能与交流调压控制的线路电能补偿***
Marei et al. An integrated topology of three-port dc-dc converter for PV-battery power systems
Morais et al. Interlink Converters in DC nanogrids and its effect in power sharing using distributed control
CN113315141A (zh) 用于脉冲负载船舶的统一电能质量调节器及其控制方法
Zhou et al. Static state power smoothing and transient power quality enhancement of a DC microgrid based on multi-function SMES/battery distributed hybrid energy storage system
CN114204538B (zh) 一种直流微电网互联变换器及其功率协调控制方法
CN115733162A (zh) 电源侧复合储能式并网能量变换器的控制***及方法
Park et al. Battery energy storage system with interleaving structure of dual-active-bridge converter and non-isolated DC-to-DC converter with wide input and output voltage
Kumar et al. Hybrid front end interface DC-DC converter with ANFIS based control of EMS system
Yao et al. Power sharing and voltage regulation in islanded dc microgrids with centralized double-layer hierarchical control
Abuishmais et al. Bidirectional dual active bridge for interfacing battery energy storage systems with DC microgrid
Ahmadi et al. Supervisory control of bipolar DC microgrids equipped with three-port multidirectional DC–DC converter for efficiency and system damping optimization
CN111600327B (zh) 一种适用于柔性直流配电***的协调控制方法
Bheemraj et al. High accurate dual loop controller for power regulation in DAB DC-DC converter for solar PV applications
CN207518282U (zh) 一种双管正激多端口独立电流控制的电池储能***
KR102591100B1 (ko) 분산형 직류 나노 그리드에서 에너지 흐름 제어 및 전압 유지 방법
Li et al. Research of droop control strategy in DC distribution network
Wan et al. Coordinated control for power balance based on per-unit voltage for multivoltage-level DC microgrid
Katru et al. Dual Active Bridge Converter Control and Power Management of PV-Battery fed DC Microgrid for EV Battery Charging System
CN107834582A (zh) 一种双管正激多端口独立电流控制的电池储能***
Zhu et al. A modular multiport DC-DC converter with MVDC integration for multiple DC units
CN110855150B (zh) 一种基于虚拟阻抗的直流固态变压器控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant