本發(fā)明屬于電能質(zhì)量管理領(lǐng)域，具體涉及一種基于下垂法的直流微電網(wǎng)及其控制方法。

背景技術(shù)：

隨著全球化石能源的減少和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，分布式電源得到了各國(guó)的重視和發(fā)展，傳統(tǒng)的電網(wǎng)均為交流形式，所以最早出現(xiàn)的微電網(wǎng)也為交流微電網(wǎng)。相對(duì)于交流微電網(wǎng)，之后出現(xiàn)的直流微電網(wǎng)在相位、頻率等方面更具有優(yōu)勢(shì)，獲得了越來越多的關(guān)注。光伏電池和蓄電池組成最簡(jiǎn)單的直流微電網(wǎng)之一，適合在居民住宅區(qū)使用，它們組成一個(gè)基本的直流電壓源。

在直流微電網(wǎng)中，直流電壓源多為并聯(lián)運(yùn)行，為了實(shí)現(xiàn)功率均衡輸出，主要的控制方法就是主從控制法和下垂控制法。主從控制法依賴高速通信和主機(jī)，一旦這兩者之一出現(xiàn)故障，即會(huì)影響整個(gè)微電網(wǎng)的運(yùn)行。下垂法易實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的冗余控制，成本低，非常適合多個(gè)直流電壓源并聯(lián)接入微網(wǎng)。傳統(tǒng)下垂法利用控制方法產(chǎn)生虛擬阻抗，即下垂系數(shù)，系數(shù)過大的話造成母線電壓下降過大，系數(shù)小的話在并聯(lián)變換器之間產(chǎn)生較大的電流差值，形成環(huán)流。因此，直流母線電壓下降和并聯(lián)變換器存在環(huán)流是傳統(tǒng)下垂法兩個(gè)主要局限。

為了克服傳統(tǒng)下垂法存在的缺陷，學(xué)術(shù)界提出了各種改進(jìn)的下垂控制法。有學(xué)者提出將主從控制法中的通信引進(jìn)下垂法，并進(jìn)行簡(jiǎn)化，僅需低帶寬通信傳輸變換器輸出電壓和電流的信息，這樣可以根據(jù)并聯(lián)變換器的工作情況來調(diào)節(jié)本變換器的下垂系數(shù)，充分發(fā)揮主從控制和下垂控制的優(yōu)勢(shì)?？紤]到有很多種處理并聯(lián)變換器輸出數(shù)據(jù)的方法，目前已經(jīng)進(jìn)行研究還不多。

因此，需要一種新的基于下垂法的直流微電網(wǎng)以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于下垂法的直流微電網(wǎng)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種基于下垂法的直流微電網(wǎng)，包括第一直流電壓源、第一Boost變換器、第二直流電壓源、第二Boost變換器和變換器負(fù)載；

所述第一直流電壓源包括直流電壓源U1；所述第二直流電壓源包括直流電壓源U2；

所述第一Boost變換器包括濾波電容C1、續(xù)流電感L1、N溝道MOSFET開關(guān)管Q1、二極管D1和濾波電容C2；所述濾波電容C1的兩端分別連接所述續(xù)流電感L1一端和所述N溝道MOSFET開關(guān)管Q1的源極S；所述續(xù)流電感L1的另一端連接所述N溝道MOSFET開關(guān)管Q1的漏極和所述二極管D1的正極；所述濾波電容C2的兩端分別連接所述二極管D1的負(fù)極和所述所述N溝道MOSFET開關(guān)管Q1的源極；

所述第二Boost變換器包括濾波電容C3、續(xù)流電感L2、N溝道MOSFET開關(guān)管Q2、二極管D2和濾波電容C4；所述濾波電容C3的兩端分別連接所述續(xù)流電感L2一端和所述N溝道MOSFET開關(guān)管Q2的源極；所述續(xù)流電感L2的另一端連接所述N溝道MOSFET開關(guān)管Q2漏極和所述二極管D2的正極；所述濾波電容C4的兩端分別連接所述二極管D2的負(fù)極和所述N溝道MOSFET開關(guān)管Q2的源極；

所述變換器負(fù)載包括單獨(dú)負(fù)載R1、單獨(dú)負(fù)載R2和公共負(fù)載R，所述單獨(dú)負(fù)載R1的一端、單獨(dú)負(fù)載R2的一端和公共負(fù)載R的一端均連接；

所述單獨(dú)負(fù)載R1的另一端連接所述二極管D1的負(fù)極，所述單獨(dú)負(fù)載R2的另一端連接所述二極管D2的負(fù)極，所述公共負(fù)載R的另一端連接所述N溝道MOSFET開關(guān)管Q1的源極和所述N溝道MOSFET開關(guān)管Q2的源極；所述直流電壓源U1的正極和負(fù)極分別連接所述濾波電容C1的兩端；所述直流電壓源U2的正極和負(fù)極分別連接所述濾波電容C2的兩端。

更進(jìn)一步的，所述直流電壓源U1的負(fù)極連接所述N溝道MOSFET開關(guān)管Q1的源極；所述直流電壓源U2的負(fù)極連接所述N溝道MOSFET開關(guān)管Q2的源極。

本發(fā)明的有益之處在于：本發(fā)明的基于下垂法的直流微電網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：電流調(diào)整環(huán)克服采用傳統(tǒng)下垂法時(shí)并聯(lián)變換器存在環(huán)流的問題，電壓調(diào)整環(huán)的引入可以改善傳統(tǒng)下垂法中直流母線電壓下降過多的問題，控制方法基于的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于拓展。此直流微電網(wǎng)適用于居民住宅區(qū)，可有效利用當(dāng)?shù)靥?yáng)能，并利用蓄電池實(shí)現(xiàn)基本的充放電功能。

本發(fā)明還公開了一種基于下垂法的直流微電網(wǎng)控制方法，采用權(quán)利要求1或2所述的基于下垂法的直流微電網(wǎng)，所述控制方法包括以下步驟：

1)、分別計(jì)算所述第一Boost變換器(2)的輸出電流i_dc1和所述第二Boost變換器(4)的輸出電流i_dc2；

2)、根據(jù)步驟1)的輸出電流i_dc1和輸出電流i_dc2，計(jì)算得到輸出電流的平均值

3)、計(jì)算所述第一Boost變換器(2)的輸出電流i_dc1與輸出電流的平均值的第一電流差值計(jì)算所述第二Boost變換器(4)的輸出電流i_dc2與輸出電流的平均值的第二電流差值

4)、利用PI調(diào)節(jié)將第一電流差值和/或第二電流差值疊加到下垂系數(shù)上，當(dāng)?shù)谝浑娏鞑钪荡笥?時(shí)，則下垂系數(shù)增大，輸出阻抗增大，當(dāng)?shù)谝浑娏鞑钪敌∮?時(shí)，則下垂系數(shù)減小，輸出阻抗減??；當(dāng)?shù)诙娏鞑钪荡笥?時(shí)，則下垂系數(shù)增大，輸出阻抗增大，當(dāng)?shù)诙娏鞑钪敌∮?時(shí)，則下垂系數(shù)減小，輸出阻抗減小。

本發(fā)明的有益之處在于：本發(fā)明的基于下垂法的直流微電網(wǎng)控制方法利用電流調(diào)整環(huán)，對(duì)輸出阻抗進(jìn)行改善。設(shè)置參考電流上下閾值，防止過大或過小。

一種基于下垂法的直流微電網(wǎng)控制方法，采用權(quán)利要求1或2所述的基于下垂法的直流微電網(wǎng)，所述控制方法包括以下步驟：

(1)、分別計(jì)算所述第一Boost變換器(2)的輸出電壓u_dc1和所述第二Boost變換器(4)的輸出電壓u_dc2；

(2)、根據(jù)步驟(1)得到的輸出電壓u_dc1和輸出電壓u_dc2，計(jì)算得到輸出電壓的平均值

(3)、計(jì)算所述第一Boost變換器(2)的輸出電壓u_dc1與輸出電壓的平均值的第一電壓差值計(jì)算所述第二Boost變換器(4)的輸出電壓u_dc2與輸出電壓的平均值的第二電壓差值

(4)、利用PI調(diào)節(jié)將第一電壓差值和/或第二電壓差值疊加到直流母線參考電壓上，當(dāng)?shù)谝浑妷翰钪荡笥?時(shí)，則直流母線參考電壓增大，當(dāng)?shù)谝浑妷翰钪敌∮?時(shí)，則直流母線參考電壓減??；當(dāng)?shù)诙妷翰钪荡笥?時(shí)，則直流母線參考電壓增大，當(dāng)?shù)诙妷翰钪敌∮?時(shí)，則直流母線參考電壓減小。

有益效果：本發(fā)明的基于下垂法的直流微電網(wǎng)控制方法利用電壓調(diào)整環(huán)，對(duì)母線參考電壓進(jìn)行改善。設(shè)置參考電壓上下閾值，防止過大或過小。與單個(gè)變換器實(shí)際輸出電壓進(jìn)行差值計(jì)算，差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)之后用于驅(qū)動(dòng)兩個(gè)N溝道MOSFET開關(guān)管。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種基于下垂法的直流微電網(wǎng)原理框圖；

圖2是本發(fā)明基于的并聯(lián)Boost變換器電路結(jié)構(gòu)圖；

圖3是傳統(tǒng)的基于下垂法的控制方法投入并聯(lián)Boost變換器電路前后的輸出電壓波形圖；

圖4是本發(fā)明的基于下垂法的控制方法投入并聯(lián)Boost變換器電路前后的輸出電壓波形圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作具體的介紹。

請(qǐng)參閱圖1和圖2所示，本發(fā)明的基于下垂法的直流微電網(wǎng)，包括第一直流電壓源1、第一Boost變換器2、第二直流電壓源3、第二Boost變換器4和變換器負(fù)載5。

第一直流電壓源1包括直流電壓源U1。第二直流電壓源3包括直流電壓源U2。第一Boost變換器2包括濾波電容C1、續(xù)流電感L1、N溝道MOSFET開關(guān)管Q1、二極管D1和濾波電容C2。濾波電容C1的兩端分別連接續(xù)流電感L1一端和N溝道MOSFET開關(guān)管Q1的源極S。續(xù)流電感L1的另一端連接N溝道MOSFET開關(guān)管Q1的漏極和二極管D1的正極。濾波電容C2的兩端分別連接二極管D1的負(fù)極和N溝道MOSFET開關(guān)管Q1的源極。第二Boost變換器4包括濾波電容C3、續(xù)流電感L2、N溝道MOSFET開關(guān)管Q2、二極管D2和濾波電容C4。濾波電容C3的兩端分別連接續(xù)流電感L2一端和N溝道MOSFET開關(guān)管Q2的源極。續(xù)流電感L2的另一端連接N溝道MOSFET開關(guān)管Q2漏極和二極管D2的正極。濾波電容C4的兩端分別連接二極管D2的負(fù)極和N溝道MOSFET開關(guān)管Q2的源極。

變換器負(fù)載5包括單獨(dú)負(fù)載R1、單獨(dú)負(fù)載R2和公共負(fù)載R，單獨(dú)負(fù)載R1的一端、單獨(dú)負(fù)載R2的一端和公共負(fù)載R的一端均連接。

單獨(dú)負(fù)載R1的另一端連接二極管D1的負(fù)極，單獨(dú)負(fù)載R2的另一端連接二極管D2的負(fù)極，公共負(fù)載R的另一端連接N溝道MOSFET開關(guān)管Q1的源極和N溝道MOSFET開關(guān)管Q2的源極。直流電壓源U1的正極和負(fù)極分別連接濾波電容C1的兩端。直流電壓源U2的正極和負(fù)極分別連接濾波電容C2的兩端。其中，直流電壓源U1的負(fù)極連接N溝道MOSFET開關(guān)管Q1的源極。直流電壓源U2的負(fù)極連接N溝道MOSFET開關(guān)管Q2的源極。

本發(fā)明的基于下垂法的直流微電網(wǎng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：電流調(diào)整環(huán)克服采用傳統(tǒng)下垂法時(shí)并聯(lián)變換器存在環(huán)流的問題，電壓調(diào)整環(huán)的引入可以改善傳統(tǒng)下垂法中直流母線電壓下降過多的問題，控制方法基于的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于拓展。此直流微電網(wǎng)適用于居民住宅區(qū)，可有效利用當(dāng)?shù)靥?yáng)能，并利用蓄電池實(shí)現(xiàn)基本的充放電功能。

本發(fā)明的基于下垂法的直流微電網(wǎng)新型控制方法基本工作原理如下：

采用一個(gè)電流調(diào)整環(huán)，以下均以1號(hào)變換器為例，計(jì)算1號(hào)變換器輸出電流i_dc1和2號(hào)變換器輸出電流i_dc2的平均值計(jì)算1號(hào)變化器輸出電流i_dc1和的差值，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)疊加到原來的下垂系數(shù)上。假設(shè)1號(hào)變換器的輸出電流更大，則i_dc1和平均電流的差值為正，這樣1號(hào)變換器的下垂系數(shù)增大，輸出阻抗增大，從而接下來的輸出電流會(huì)減?。环粗嗳?。

采用一個(gè)電壓調(diào)整環(huán)，計(jì)算1號(hào)變換器輸出電壓u_dc1和2號(hào)變換器輸出電壓u_dc2的平均值計(jì)算1號(hào)變化器輸出電壓u_dc1和的差值，經(jīng)過PI調(diào)節(jié)疊加到直流母線參考電壓上，從而減少母線電壓跌落。

將電流調(diào)整環(huán)和電壓調(diào)整環(huán)產(chǎn)生的調(diào)節(jié)量應(yīng)用到傳統(tǒng)下垂法中，電流調(diào)整環(huán)調(diào)節(jié)量用來與下垂系數(shù)疊加，電壓調(diào)整環(huán)調(diào)節(jié)量用來抬升直流母線電壓，如下式所示：

為了限制母線電壓參考值在一定范圍內(nèi)，引入限幅環(huán)節(jié)，防止母線電壓超出上下限。

引入電壓控制環(huán)，將變換器輸出電壓與經(jīng)過電流調(diào)整環(huán)和電壓調(diào)整環(huán)調(diào)節(jié)的參考電壓相比，差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)，與鋸齒波進(jìn)行比較，產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)波形，輸出給并聯(lián)Boost變換器的開關(guān)管MOSFET，驅(qū)動(dòng)電路運(yùn)行。

請(qǐng)參閱圖3和圖4所示，在1.5s之前，采用傳統(tǒng)下垂法，由圖3可見,1號(hào)變換器和并聯(lián)的2號(hào)變換器輸出電流不等，輸出電壓基本相等，與參考電壓差值不大。1.5s時(shí)引進(jìn)基于低帶寬通信的新型下垂法，經(jīng)過約0.2s后，兩并聯(lián)的變換器輸出電流趨于一致。圖4在2s之前與圖3相同，2s時(shí)公共負(fù)載增加，由輸出波形可見兩變換器輸出電壓沒有低落，與參考電壓差值不大，輸出電流均有所增加，但仍基本相等。表明，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)電路的輸出均流和電壓抬升。