一種直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)及方法，包括：直流微電網(wǎng)中位于不同位置的單相交流負(fù)荷、DC?AC變換器、通訊通道、主控制器和從控制器；每一個(gè)單相交流負(fù)荷均連接與其相對應(yīng)的DC?AC變換器，所述DC?AC變換器連接同一條直流母線，每一個(gè)DC?AC變換器均由控制器獨(dú)立控制；所述控制器之間能夠通過通訊通道進(jìn)行通信。本發(fā)明有益效果：在不增加其他功率裝置的基礎(chǔ)上，減小直流微電網(wǎng)中大量單相交流負(fù)荷對直流電壓的影響，改善直流微電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
【專利說明】
-種直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及直流配電網(wǎng)電壓紋波消除技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種直流微電網(wǎng)直流電 壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著新能源和電力電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的低壓交流電網(wǎng)將面臨分布式 能源的接入、電力電子負(fù)載接入、潮流控制復(fù)雜化、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等諸多挑戰(zhàn)，直流微電網(wǎng) 逐漸顯現(xiàn)其優(yōu)勢，典型的直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。分布式電源的應(yīng)用使傳統(tǒng)的配電網(wǎng)擴(kuò) 展出了發(fā)電的功能。分布式電源主要有儲(chǔ)能電池、光伏電池、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等，將運(yùn)些分布式 電源接入交流電網(wǎng)的電力電子裝置控制復(fù)雜、成本高，而接入直流微電網(wǎng)只需簡單的DC-DC 變換器或AC-DC變換器，控制簡單，穩(wěn)定性高。同時(shí)，隨著負(fù)載形式的改變，越來越多的負(fù)載 需要直流供電，例如數(shù)據(jù)中屯、、電動(dòng)汽車充電站、LED照明、變頻電機(jī)等，接入傳統(tǒng)交流電網(wǎng) 需使用AC-DC變換裝置，而接入直流微電網(wǎng)只需簡單的DC-DC裝置。與交流電網(wǎng)相比，直流微 電網(wǎng)的電能質(zhì)量只取決于直流電壓，控制簡單。因此，直流微電網(wǎng)是未來低壓電網(wǎng)領(lǐng)域的重 要發(fā)展方向。
[0003] 當(dāng)直流微電網(wǎng)中存在大量的單相交流負(fù)荷時(shí)，由于單相功率存在二次波動(dòng)，會(huì)造 成直流電壓的較大波動(dòng)。為減小直流電壓的波動(dòng)，現(xiàn)有方法提出增加直流電容的方案，但所 使用電容容值較大，電容成本高，且電容壽命受環(huán)境影響較大，降低了直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的可 靠性。
[0004] 也有文獻(xiàn)提出可通過改進(jìn)并網(wǎng)控制器的控制方法來減小直流電壓波動(dòng)，該方法在 二次波動(dòng)頻率較小時(shí)有一定效果，但當(dāng)二次波動(dòng)頻率較高時(shí)，由于該方法控制帶寬有效，無 法減小直流電壓波動(dòng)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的就是為了解決上述技術(shù)問題，提供了一種直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng) 同步消除系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)及方法無需增加額外的功率器件，無需改變直流電網(wǎng)的控制 參數(shù)，僅需增加簡單的通訊裝置或利用直流微電網(wǎng)中現(xiàn)有的通訊裝置。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0007] -種直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)，包括:直流微電網(wǎng)中位于不同位置 的單相交流負(fù)荷、DC-AC變換器、通訊通道、主控制器和從控制器；
[000引每一個(gè)單相交流負(fù)荷均連接與其相對應(yīng)的DC-AC變換器，所述DC-AC變換器連接同 一條直流母線，每一個(gè)DC-AC變換器均由控制器獨(dú)立控制;所述控制器之間能夠通過通訊通 道進(jìn)行通信；
[0009]設(shè)定主控制器和從控制器，所述主控制器接收所有從控制器發(fā)送的參數(shù)，計(jì)算出 能夠讓直流微電網(wǎng)電壓波動(dòng)最小時(shí)的每個(gè)DC-AC變換器分組信息；主控制器給各個(gè)從控制 器發(fā)送包含分組信息的分組信號和調(diào)整信號，控制從控制器交流參考電壓的相位，進(jìn)而控 制相應(yīng)的DC-AC變換器的輸出。
[0010] 進(jìn)一步地，所述從控制器將與其連接的DC-AC變換器的輸出視在功率和頻率參數(shù) 通過通訊通道發(fā)送給主控制器。
[0011] 進(jìn)一步地，所述通訊通道為直流微電網(wǎng)中現(xiàn)有的通訊通道，或者單獨(dú)裝設(shè)的通訊 通道。
[0012] -種直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括W下步驟：
[0013] (1)從所有的DC-AC變換器的控制器中設(shè)定其中一個(gè)控制器作為主控制器，其余 DC-AC變換器的控制器作為從控制器m(m = 2,…，N);
[0014] ( 2 )從控制器分別獲取所控制DC-AC變換器的輸出視在功率Sm和頻率fm ;并將獲取 的參數(shù)發(fā)送至主控制器；
[0015] (3)主控制器接收從控制器發(fā)送的參數(shù)，并結(jié)合自己所控制的DC-AC變換器的輸出 視在功率Si和頻率fi，計(jì)算出讓直流微電網(wǎng)電壓波動(dòng)最小時(shí)的每個(gè)DC-AC變換器的分組信 息；
[0016] (4)主控制器將計(jì)算出的分組信息發(fā)送給從控制器，從控制器接收并識別出是分 組信息，并將相位值存儲(chǔ)；
[0017] (5)主控制器每隔設(shè)定時(shí)間向從控制器發(fā)送一次調(diào)整信號，從控制器接收并識別 出是調(diào)整信號，并立刻根據(jù)步驟(4)中存儲(chǔ)的分組信息計(jì)算并調(diào)整交流參考電壓的相位。 [001引進(jìn)一步地，所述步驟(3)中，計(jì)算出讓直流微電網(wǎng)電壓波動(dòng)最小時(shí)的每個(gè)DC-AC變 換器的分組信息的方法具體為：
[0019] (2-1)根據(jù)頻率fm將N個(gè)DC-AC變換器分成W組，頻率相同的變換器一組，每一組變 換器的總數(shù)量定義為Lu(u= 1，…，W)，且滿足:所有組DC-AC變換器數(shù)量的總和為N;
[0020] (2-2)將本組DC-AC變換器再分成兩組，數(shù)量分別記為Lui和Lu2,讓兩組DC-AC變換 器的視在功率和Ssuml，Ssum2盡量接近。
[0021] 進(jìn)一步地，所述步驟(2-2)中的分組方法具體為：
[0022] (a)將本組的視在功率相加，計(jì)算出視在功率總和的一半Ssum/2;
[0023] (b)將本組DC-AC變換器按照視在功率從大到小排序；
[0024] (C)將經(jīng)過排序后的視在功率從最小值進(jìn)行疊加，直至加到第Lui個(gè)視在功率時(shí)，所 得到的Ssuml最接近Ssum/2;
[0025] (d)排序后的前Lui個(gè)變換器為1組，其余變換器為第2組。
[0026] 進(jìn)一步地，所述步驟(5)中主控制器每隔設(shè)定時(shí)間向從控制器發(fā)送一次調(diào)整信號 的具體方法為：
[0027] 主控制器對應(yīng)的DC-AC變換器每經(jīng)過2fi個(gè)瞬時(shí)功率周期，在瞬時(shí)功率的某個(gè)設(shè)定 相位處發(fā)送同步信號。
[00%]進(jìn)一步地，所述步驟(5)中主控制器每隔設(shè)定時(shí)間向從控制器發(fā)送一次調(diào)整信號 的具體方法為：
[0029] (5-a)每個(gè)從控制器根據(jù)自己收到的分組信息計(jì)算出相位角腳1;
[0030] (5-b)從控制器收到調(diào)整信號后，立刻將自己的參考電壓相位改成口 m，且第一次改 變發(fā)生在DC-AC變換器輸出功率前。
[0031] 本發(fā)明有益效果：
[0032] (I)在不增加其他功率裝置的基礎(chǔ)上，減小直流微電網(wǎng)中大量單相交流負(fù)荷對直 流電壓的影響，改善直流微電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
[0033] (2)直流電網(wǎng)直流側(cè)的電容值可W降低，將低直流電網(wǎng)的設(shè)備成本，同時(shí)增加直流 微電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性。
【附圖說明】
[0034] 圖1為直流微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖2為直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)示意圖；
[0036] 圖3為主控制器發(fā)送調(diào)整信號示意圖；
[0037] 圖4為從控制器根據(jù)分組信號和調(diào)整信號調(diào)整交流電壓參考值的相位。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0039] -種直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)，如圖2所示，包括:直流微電網(wǎng)中位 于不同位置的單相交流負(fù)荷、DC-AC變換器、通訊通道、主控制器和從控制器；
[0040] 每一個(gè)單相交流負(fù)荷均連接與其相對應(yīng)的DC-AC變換器，DC-AC變換器連接同一條 直流母線，每一個(gè)DC-AC變換器均由控制器獨(dú)立控制;控制器之間能夠通過通訊通道進(jìn)行通 信。
[0041 ]單相交流負(fù)荷由DC-AC變換器供電，總數(shù)為N，且DC-AC變換器連接到同一直流母 線。DC-AC變換器的基本工作由其控制器獨(dú)立控制。
[0042] 通訊通道可W是直流微電網(wǎng)中的現(xiàn)有的通訊通道，也可W是單獨(dú)裝設(shè)的通訊通 道，如RS485、電力線載波通訊(PLC)等。
[0043] 主控制器為其中一個(gè)DC-AC變換器中的控制器，主控制器具有DC-AC變換器的基本 控制、通訊方法。主控制器可在所有控制器中任意選擇，本專利中將主控制器設(shè)定為控制器 Io
[0044] 從控制器為除去前述主控制器的其他所有控制器，本專利中控制器2到N為從控制 器，其具有DC-AC變換器的基本控制、通訊方法。
[0045] 設(shè)定主控制器和從控制器，主控制器接收所有從控制器發(fā)送的參數(shù)，計(jì)算出能夠 讓直流微電網(wǎng)電壓波動(dòng)最小時(shí)的每個(gè)DC-AC變換器分組信息；主控制器給各個(gè)從控制器發(fā) 送包含分組信息的分組信號和調(diào)整信號，控制從控制器交流參考電壓的相位，進(jìn)而控制相 應(yīng)的DC-AC變換器的輸出。
[0046] 主控制器發(fā)送調(diào)整信號，從控制器根據(jù)調(diào)整信號調(diào)整交流參考電壓的相位。
[0047] 從控制器將DC-AC變換器運(yùn)行參數(shù)發(fā)送給主控制器，該運(yùn)行參數(shù)包括DC-AC變換器 輸出視在功率、頻率，從控制器接收主控制器的分組信號和調(diào)整信號，根據(jù)分組信號和調(diào)整 信號確定交流輸出的相位，并按此相位控制DC-AC變換器的輸出。
[0048] 直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方法如下，包括W下步驟：
[0049] (1)從控制器即控制器m(m = 2,…，N)獲取所控制DC-AC變換器的輸出視在功率Sm、 頻率fm。將運(yùn)些參數(shù)發(fā)送給主控制器即控制器1。
[0050] (2)主控制器接受從控制器發(fā)送的參數(shù)，并結(jié)合自己所控制的DC-AC變換器的輸出 視在功率Si、頻率f I，使用自適應(yīng)計(jì)算方法計(jì)算出讓直流微電網(wǎng)電壓波動(dòng)最小時(shí)的每個(gè)DC- AC變換器的分組信息。
[0051 ]自適應(yīng)計(jì)算方法的具體步驟為：
[0052] (2-1)根據(jù)頻率fm將N個(gè)DC-AC變換器分成W組，頻率相同的變換器一組，每一組變 換器的總數(shù)量定義為Lu(u=l，…，W)，且滿足：
[0化3]
[0054] (2-2)對每一組變換器的數(shù)據(jù)進(jìn)行如下運(yùn)算。將本組變換器再分成兩組，數(shù)量分別 記為Lul和Lu2，讓兩組變換器的視在功率和Ssuml，Ssum2盡量接近?？紤]到算法不能太復(fù)雜，采 用如下簡便計(jì)算方式：
[0055] (a)將本組的視在功率相加，計(jì)算出視在功率總和的一半Ssum/2。
[0056] (b)將本組變換器按照視在功率從大到小排序。
[0057] (C)將經(jīng)過排序后的視在功率從最小值進(jìn)行疊加，直至加到第Lui個(gè)視在功率時(shí)，所 得到的Ssuml巧接近Ssimi/2 O
[005引（d)排序后的前Lui個(gè)變換器為1組，其余變換器為2組。
[0059] (3)主控制器將計(jì)算出的分組信息發(fā)送給從控制器，從控制器接收并識別出是分 組信息，并將相位值存儲(chǔ)，具體識別、存儲(chǔ)方法為業(yè)內(nèi)公知常識。
[0060] (4)主控制器每秒鐘發(fā)送一次調(diào)整信號，從控制器接收并識別出是調(diào)整信號，并立 刻根據(jù)步驟(3)中存儲(chǔ)的分組信息計(jì)算并調(diào)整交流參考電壓的相位。
[0061] 主變換器每經(jīng)過2fi個(gè)瞬時(shí)功率周期，在瞬時(shí)功率的某個(gè)相位處發(fā)送同步信號，應(yīng) 用中具體相位可W改變，為方便說明，本發(fā)明中將具體相位設(shè)定為0%如圖3所示。
[0062] (4-a)每個(gè)從控制器根據(jù)自己收到的分組信息計(jì)算出相位角取。:；
[0063]
[0064] (4-b)從控制器收到調(diào)整信號后，立刻將自己的參考電壓相位改成。，且第一次改 變發(fā)生在DC-AC變換器輸出功率前，之后再收到調(diào)整信號時(shí)，參考電壓相位已經(jīng)很接近取《， 只需進(jìn)行微小的改變，不會(huì)影響DC-AC變換器的正常輸出，如圖4所示。
[0065] 上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范 圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不 需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍W內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)，其特征是，包括:直流微電網(wǎng)中位于不 同位置的單相交流負(fù)荷、DC-AC變換器、通訊通道、主控制器和從控制器； 每一個(gè)單相交流負(fù)荷均連接與其相對應(yīng)的DC-AC變換器，所述DC-AC變換器連接同一條 直流母線，每一個(gè)DC-AC變換器均由控制器獨(dú)立控制;所述控制器之間能夠通過通訊通道進(jìn) 行通信； 設(shè)定主控制器和從控制器，所述主控制器接收所有從控制器發(fā)送的參數(shù)，計(jì)算出能夠 讓直流微電網(wǎng)電壓波動(dòng)最小時(shí)的每個(gè)DC-AC變換器分組信息；主控制器給各個(gè)從控制器發(fā) 送包含分組信息的分組信號和調(diào)整信號，控制從控制器交流參考電壓的相位，進(jìn)而控制相 應(yīng)的DC-AC變換器的輸出。2. 如權(quán)利要求1所述的一種直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)，其特征是，所述從 控制器將與其連接的DC-AC變換器的輸出視在功率和頻率參數(shù)通過通訊通道發(fā)送給主控制 器。3. 如權(quán)利要求1所述的一種直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)，其特征是，所述通 訊通道為直流微電網(wǎng)中現(xiàn)有的通訊通道，或者單獨(dú)裝設(shè)的通訊通道。4. 一種如權(quán)利要求1所述的直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特 征是，包括W下步驟： (1) 從所有的DC-AC變換器的控制器中設(shè)定其中一個(gè)控制器作為主控制器，其余DC-AC 變換器的控制器作為從控制器m(m = 2,…，N); (2) 從控制器分別獲取所控制DC-AC變換器的輸出視在功率Sm和頻率fm;并將獲取的參 數(shù)發(fā)送至主控制器； (3) 主控制器接收從控制器發(fā)送的參數(shù)，并結(jié)合自己所控制的DC-AC變換器的輸出視在 功率Si和頻率fi，計(jì)算出讓直流微電網(wǎng)電壓波動(dòng)最小時(shí)的每個(gè)DC-AC變換器的分組信息； (4) 主控制器將計(jì)算出的分組信息發(fā)送給從控制器，從控制器接收并識別出是分組信 息，并將相位值存儲(chǔ)； (5) 主控制器每隔設(shè)定時(shí)間向從控制器發(fā)送一次調(diào)整信號，從控制器接收并識別出是 調(diào)整信號，并立刻根據(jù)步驟(4)中存儲(chǔ)的分組信息計(jì)算并調(diào)整交流參考電壓的相位。5. 如權(quán)利要求4所述的一種直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特 征是，所述步驟(3)中，計(jì)算出讓直流微電網(wǎng)電壓波動(dòng)最小時(shí)的每個(gè)DC-AC變換器的分組信 息的方法具體為： (2-1)根據(jù)頻率fm將N個(gè)DC-AC變換器分成W組，頻率相同的變換器一組，每一組變換器的 總數(shù)量定義為Lu(u=l，…，W)，且滿足:所有組DC-AC變換器數(shù)量的總和為N; (2-2)將本組DC-AC變換器再分成兩組，數(shù)量分別記為Lui和Lu2,讓兩組DC-AC變換器的視 在功率和Ssuml，Ssum2盡量接近。6. 如權(quán)利要求5所述的一種直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特 征是，所述步驟(2-2)中的分組方法具體為： (a )將本組的視在功率相加，計(jì)算出視在功率總和的一半Ssum/2 ; (b)將本組DC-AC變換器按照視在功率從大到小排序； (C)將經(jīng)過排序后的視在功率從最小值進(jìn)行疊加，直至加到第Lui個(gè)視在功率時(shí)，所得到 的Ssuml最接近Ssum/2; (d)排序后的前Lui個(gè)變換器為1組，其余變換器為第2組。7. 如權(quán)利要求4所述的一種直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特 征是，所述步驟(5)中主控制器每隔設(shè)定時(shí)間向從控制器發(fā)送一次調(diào)整信號的具體方法為： 主控制器對應(yīng)的DC-AC變換器每經(jīng)過2fi個(gè)瞬時(shí)功率周期，在瞬時(shí)功率的某個(gè)設(shè)定相位 處發(fā)送同步信號。8. 如權(quán)利要求4所述的一種直流微電網(wǎng)直流電壓波動(dòng)同步消除系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特 征是，所述步驟(5)中主控制器每隔設(shè)定時(shí)間向從控制器發(fā)送一次調(diào)整信號的具體方法為： (5-a)每個(gè)從控制器根據(jù)自己收到的分組信息計(jì)算出相位角0m; (5-b)從控制器收到調(diào)整信號后，立刻將自己的參考電壓相位改成腳且第一次改變發(fā) 生在DC-AC變換器輸出功率前。
【文檔編號】H02J1/00GK105977955SQ201610431519
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】段美琪, 李淑云, 董啟春, 顏廷利, 藺凱, 趙全富, 畢勝華, 段輝, 韓明, 王超, 馬帥
【申請人】國網(wǎng)山東省電力公司萊蕪供電公司, 國家電網(wǎng)公司