基于线损优化的直流微网二次调节控制方法

摘要

本发明属于配电网技术与电力电子技术交叉领域，尤其涉及一种基于线损优化的直流微网二次调节控制方法。首先构建直流微网系统，上层控制中心根据各变换器的采样信息计算直流微网系统线路损耗功率；然后计算各可控电压源下垂控制截距共模和差模调节量；通过下垂控制参数调节直流微网中各可控电源的输出电压，以控制各电源出力，从而调节各配电支路上的潮流，降低线路损耗。本发明在不依赖高灵敏度传感器测量线路阻抗和大量运行信息的情况下，实现对直流微电网的线路损耗优化。实验结果表明：与当前直流微网常规控制方法相比，该控制方法可以有效降低线损，具体降低幅度视线路阻抗和负载的分布状况决定。

主权项

一种基于线损优化的直流微网二次调节控制方法，其特征在于，包括：步骤1、构建一个直流微网系统，该系统包括多个可控电压源、多个电流源或功率源负载、多条输电线路、多个变换器、低带宽通信系统、上层控制中心；其中，上层控制中心依次通过低带宽通信系统、变换器底层控制平台与每个可控电压源相连，上层控制中心通过低带宽通信系统与电流源或功率源负载相连；输电线路分为电源支路和主干输电线路，电源支路将多个可控电压源和电流源或功率源负载连到一起，主干输电线路将各条电源支路以及多个电流源或功率源负载连到一起；步骤2、低带宽通信系统将各变换器的运行与采样信息上传至上层控制中心；步骤3、上层控制中心根据各变换器上传来的运行信息，计算直流微网系统线路损耗功率；步骤4、上层控制中心建立直流微网系统最优线路损耗功率的条件；步骤5、上层控制中心计算各可控电压源下垂控制截距共模和差模调节量；步骤6、上层控制中心将调节量通过低带宽通信系统下传到各变换器，通过下垂控制参数调节来实现直流微网系统二次调节控制；所述计算直流微网系统线路损耗功率包括各条电源支路和各条主干输电线路的损耗功率，总公式为：$\begin{array}{c}{P}_l=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{P}_{li}+{(i_1+i_2-\underset{j=1}{\overset{a-1}{\Sigma }}{I}_{1j}-\underset{j=1}{\overset{b-1}{\Sigma }}{I}_{2j})}^2{R}_1+\mathrm{...}+{(i_1+i_2-\underset{j=1}{\overset{a}{\Sigma }}{I}_{1j}-\underset{j=1}{\overset{b}{\Sigma }}{I}_{2j}-\underset{q=1}{\overset{p}{\Sigma }}{I}_{q-1})}^2{R}_q\\ +{(i_1+i_2+i_3-\underset{j=1}{\overset{a-1}{\Sigma }}{I}_{1j}-\underset{j=1}{\overset{b-1}{\Sigma }}{I}_{2j}-\underset{j=1}{\overset{c-1}{\Sigma }}{I}_{3j}-\underset{q=1}{\overset{p}{\Sigma }}{I}_{q-1})}^2{R}_{q+1}+\mathrm{...}\end{array}$其中第i条电源支路的线路损耗P_li计算如下式：$P_{li}=i_i^2{R}_{i1}+{(i_1-I_{i1})}^2{R}_{i2}+\mathrm{...}+{(i_1-\underset{m=1}{\overset{q}{\Sigma }}{I}_{im})}^2{R}_{i(q+1)}$其中，P_l为直流微网系统线路损耗功率，i_i为第i个可控电压源的输出电流，i＝1,2,…,n，n为可控电压源的个数，I_ij为第i个可控电压源支路上的第j个负载额定电流，j＝1,2,…,m，m为该条电源支路上的负载个数，R_i(q+1)为第i个可控电压源支路上的第q+1段输电线路阻抗，q＝1,2,…,p，p为该条电源支路上的输电线路分段个数；I_q‑1为主干输电线路上的第q‑1个负载额定电流，R_q为主干输电线路上的第q段输电线路阻抗；a、b、c分别为第1、2、3个可控电压源支路上的负载总数；所述最优线路损耗功率的条件建立过程包括：直流微网系统线路损耗功率P_l取得最小值则需满足：针对i₁、i₂，$\begin{array}{c}\frac{\partial P_l}{\partial i_1}=\frac{\partial P_{l1}}{\partial i_1}+2(i_1+i_2-\underset{j=1}{\overset{a-1}{\Sigma }}{I}_{1j}-\underset{j=1}{\overset{b-1}{\Sigma }}{I}_{2j})R_1+\mathrm{...}+2(i_1+i_2-\underset{j=1}{\overset{a}{\Sigma }}{I}_{1j}-\underset{j=1}{\overset{b}{\Sigma }}{I}_{2j}-\underset{q=1}{\overset{p}{\Sigma }}{I}_{q-1})R_q\\ +2(i_1+i_2+i_3-\underset{j=1}{\overset{a-1}{\Sigma }}{I}_{1j}-\underset{j=1}{\overset{b-1}{\Sigma }}{I}_{2j}-\underset{j=1}{\overset{c-1}{\Sigma }}{I}_{3j}-\underset{q=1}{\overset{p}{\Sigma }}{I}_{q-1})R_{q+1}+\mathrm{...}=0\end{array}$ $\begin{array}{c}\frac{\partial P_l}{\partial i_2}=\frac{\partial P_{l2}}{\partial i_2}+2(i_1+i_2-\underset{j=1}{\overset{a-1}{\Sigma }}{I}_{1j}-\underset{j=1}{\overset{b-1}{\Sigma }}{I}_{2j})R_1+\mathrm{...}+2(i_1+i_2-\underset{j=1}{\overset{a}{\Sigma }}{I}_{1j}-\underset{j=1}{\overset{b}{\Sigma }}{I}_{2j}-\underset{q=1}{\overset{p}{\Sigma }}{I}_{q-1})R_q\\ +2(i_1+i_2+i_3-\underset{j=1}{\overset{a-1}{\Sigma }}{I}_{1j}-\underset{j=1}{\overset{b-1}{\Sigma }}{I}_{2j}-\underset{j=1}{\overset{c-1}{\Sigma }}{I}_{3j}-\underset{q=1}{\overset{p}{\Sigma }}{I}_{q-1})R_{q+1}+\mathrm{...}=0\end{array}$得出又因为$U_2=U_{12}+\frac{\partial P_{l2}}{\partial i_2}$则得出当P_l取得最小值时，有U₁＝U₂；同理可得，当P_l取得最小值时，U₁＝U₂＝U₃＝…＝U_n，其中，P_l1、P_l2分别为第1、2条电源支路的线路损耗，i₁、i₂分别为第1、2个可控电压源的输出电流，U₁、U₂分别为第1、2个可控电压源的当前电压测量值，U_n为第n个可控电压源的当前电压测量值，U₁₂为第1个可控电压源支路上的第2个负载的工作电压；所述截距共模调节量的计算公式为：${\mathrm{\delta u}}_{com}^{*}={\mathrm{Gs}}_{com}(U_{dc}^{*}-u_{ave})$其中为截距共模调节量，Gs_com为共模调节器，采用PI调节，为直流微网系统额定母线电压，u_ave为各个可控电压源母线电压的平均值，各变换器电压源下垂控制截距共模调节量相同；所述截距差模调节量的计算公式为：${\mathrm{\delta u}}_i^{*}={\mathrm{Gs}}_{dif}(u_{ave}-u_i)$其中Gs_dif差模调节器，采用PI调节，u_ave为各个可控电压源母线电压的平均值，u_i为第i个可控电压源当前电压测量值，各变换器电压源下垂控制截距差模调节量不同；所述变换器下垂控制参数调节的计算公式为：$U_i^{*}=U_0+{\mathrm{\delta u}}_{com}^{*}+{\mathrm{\delta u}}_i^{*}-i_{i}k$其中，为第i个可控电压源的输出电压，U₀为下垂控制截距,为截距共模调节量，为截距差模调节量，i_i为第i个可控电压源的输出电流，i＝1,2,…,n，n为可控电压源的个数，k为下垂线斜率，初始设定的各变换器的下垂线斜率相同，且在运行过程中保持不变。