一种直流微网自适应下垂控制方法、系统、装置及介质

本发明涉及直流微电网领域，尤其涉及一种直流微网自适应下垂控制方法、装置及存储介质。

背景技术：

1、直流微电网因其出色的可靠性、可扩展性和高效性等特点备受瞩目。与交流微电网相比，直流微电网具备众多优势，它能有效地整合光伏、储能和燃料电池等本质上具有直流特性的分布式电源，无需考虑相位、频率和无功等复杂问题，使得控制过程更为简便。目前，直流微电网已成为可再生能源、电池储能系统和负载高效可靠集成方向最具潜力的解决方案。下垂控制因其实现简单、无需复杂通信和控制系统，并具备自动精确分配负荷的特性，在直流微电网中得到了广泛应用。

2、然而，传统的直流微网下垂控制策略通常具有以下局限性：(1)功率分配不均衡问题。下垂控制在直流微网中的核心目标之一是实现功率的合理分配。然而，当线路阻抗(主要是电阻)不匹配时，下垂控制可能无法实现精确的功率均分。这是因为下垂控制通常依赖于线路阻抗来实现功率的分配，而阻抗的不匹配会导致功率分配的不均衡。(2)母线电压存在控制难度问题。如果下垂控制的斜率选取过大，会导致电压偏差较大。如果斜率选取过小，可能会导致功率分配能力下降。加之，下垂控制本身具有固有的电压下垂特性，这会导致在负载增加时输出电压持续偏离额定电压，也增加了母线电压控制难度。(3)轻载均流问题。传统的下垂控制通过调整下垂系数来实现均流。然而，下垂系数的选取并不总是理想的，特别是在轻载条件下。当负载较轻时，变换器的输出电流较小，下垂控制的均流效果可能受到较大影响。(4)转换效率低问题。下垂控制策略本质上是一种有差控制，这意味着它不能实现精确的电压和电流控制。由这种差别造成的功率不均分、母线电压控制难、轻载均流等问题，会增大系统的效率损耗，使得系统无法工作在效率最优点。

技术实现思路

1、为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种基于群体智能优化的直流微网自适应下垂控制方法、装置及存储介质。

2、本发明所采用的第一技术方案是：

3、一种直流微网自适应下垂控制方法，包括以下步骤：

4、根据电路模型获取电压电流下垂特性表达式，对表达式进行分析，并在电路中增加下垂系数修正量和/或参考电压补偿量，作为关键参数；

5、根据电路模型推导出效率评估函数，根据效率评估函数构建效率目标函数；

6、根据所述效率目标输出函数，使用群体智能优化算法对下垂控制的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数，根据所述最优关键参数对该电路模型进行稳定性控制。

7、进一步地，所述根据电路模型获取电压电流下垂特性表达式，对表达式进行分析，并在电路中增加下垂系数修正量和/或参考电压补偿量，作为关键参数，包括：

8、获取双pcs变换器并联等效电路，根据回路电压方程得到直流微电网等效电路的电压电流下垂特性表达式为：

9、

10、式中，uref为母线电压给定值，ubus为母线电压反馈值，k为下垂系数，r1为pcs1等效线路阻抗pcs2等效线路阻抗，i1为pcs1母线电流，i2为pcs2母线电流；

11、根据公式(1)，在保障母线电压控制精度的同时，想要达到功率均分，必须满足条件：

12、k+r1＝k+r2                        (2)

13、由于线路阻抗r1和r2会存在一定的差异，等式(2)不成立，故在等式两边各添加一个下垂系数修正量δk1和δk2，使得等式(2)等号成立，此时功率均分；

14、扩展到多变换器控制结构，公式为：

15、uref＝ubus+(k+δki+ri)ii                   (3)

16、通过调节各变换器的下垂系数修正量δki的大小，让公式(3)中的电流项前系数相等，就能使电流均分；

17、由于下垂系数和线路阻抗的存在，会导致uref>ubus，因此需要一个参考电压补偿量，参考电压补偿量的大小满足：

18、δui＝(k+δki+ri)ii                       (4)

19、推广到多变换器控制结构，公式为：

20、uref＝ubus+(k+δki+ri)ii+δui                (5)

21、将下垂系数修正量δki和参考电压补偿量δui作为该电路的关键参数。

22、进一步地，所述根据电路模型推导出效率评估函数，根据效率评估函数构建效率目标函数，包括：

23、获取pcs实时充电转换效率的表达式为：

24、

25、其中：

26、pac＝iacuaccosθ

27、pdc＝idcudc

28、udc＝ubus+(k+δki+ri)ii+δui

29、效率目标函数的表达式为：

30、f＝ηmax-ηatc

31、式中，ηmax表示pcs最优目标运行效率，ηatc表示pcs当前实际运行效率；pdc为pcs直流侧功率，pac为pcs交流侧有功功率，idc为pcs母线电流，udc为pcs母线电压；iac为pcs交流侧电流，uac为pcs交流侧电压，θ为pcs交流侧电压与电流的相角差。

32、进一步地，所述根据所述效率目标输出函数，使用群体智能优化算法对下垂控制的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数，根据所述最优关键参数对该电路模型进行稳定性控制，包括：

33、针对关键参数，采用预设策略生成一个初始种群；

34、采用预设算法对种群中的个体位置和速度进行更新；

35、采用效率目标函数作为适应度函数，对每个个体的位置进行适应度评估，以引导个体的搜索方向；

36、判断是否达到收敛条件，若达到，输出最终的寻优结果；若没有达到，返回执行对种群中的个体位置和速度进行更新的步骤。

37、进一步地，所述初始种群采用基于先验知识的策略生成；

38、所述预设算法为粒子群优化算法；

39、所述判断是否达到迭代条件，包括：

40、采用残差变化判断法判断是否达到收敛条件。

41、进一步地，所述直流微网自适应下垂控制方法还包括以下步骤：

42、计算当前的功率和各pcs模块的运行时长，并根据负载情况动态调整pcs模块的运行数量。

43、进一步地，所述计算当前的功率和各pcs模块的运行时长，并根据负载情况动态调整pcs模块的运行数量，包括：

44、计算当前功率大小，根据功率大小确定pcs模块开启的台数n；这里的功率指的是直流总线上所有pcs模块充放电总功率，可以根据直流总线上总充放电功率需求大小和pcs模块最大运行功率，确定冗余pcs模块数量；

45、计算当前pcs模块累计时长，并选择开启pcs模块的标号i；

46、开启当前选定的pcs模块；

47、其中，在轻载时，关闭部分pcs模块，只保留必要的数量运行，以减少整个系统的功耗。

48、本发明所采用的第二技术方案是：

49、一种直流微网自适应下垂控制系统，包括：

50、关键参数选择模块，用于根据电路模型获取电压电流下垂特性表达式，对表达式进行分析，并在电路中增加下垂系数修正量和/或参考电压补偿量，作为关键参数；

51、目标函数构建模块，用于根据电路模型推导出效率评估函数，根据效率评估函数构建效率目标函数；

52、关键参数优化模块，用于根据所述效率目标输出函数，使用群体智能优化算法对下垂控制的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数，根据所述最优关键参数对该电路模型进行稳定性控制。

53、本发明所采用的第三技术方案是：

54、一种直流微网自适应下垂控制装置，包括：

55、至少一个处理器；

56、至少一个存储器，用于存储至少一个程序；

57、当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上所述方法。

58、本发明所采用的第四技术方案是：

59、一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如上所述方法。

60、本发明的有益效果是：本发明通过增加下垂系数修正量，以实现更为精确的功率均分，从而优化直流微网的运行性能；通过增加一个参考电压补偿量，提高部分电压用来补偿虚拟阻抗、输出线路阻抗的损耗。另外，通过群体智能优化算法自适应调节下垂控制策略的关键参数，降低系统的效率损耗，使得系统总是运行在效率最优状态，从而提高系统的整体性能。

技术特征：

1.一种直流微网自适应下垂控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种直流微网自适应下垂控制方法，其特征在于，所述根据电路模型获取电压电流下垂特性表达式，对表达式进行分析，并在电路中增加下垂系数修正量和/或参考电压补偿量，作为关键参数，包括：

3.根据权利要求1所述的一种直流微网自适应下垂控制方法，其特征在于，所述根据电路模型推导出效率评估函数，根据效率评估函数构建效率目标函数，包括：

4.根据权利要求1所述的一种直流微网自适应下垂控制方法，其特征在于，所述根据所述效率目标输出函数，使用群体智能优化算法对下垂控制的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数，根据所述最优关键参数对该电路模型进行稳定性控制，包括：

5.根据权利要求4所述的一种直流微网自适应下垂控制方法，其特征在于，所述初始种群采用基于先验知识的策略生成；

6.根据权利要求1所述的一种直流微网自适应下垂控制方法，其特征在于，所述直流微网自适应下垂控制方法还包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种直流微网自适应下垂控制方法，其特征在于，所述计算当前的功率和各pcs模块的运行时长，并根据负载情况动态调整pcs模块的运行数量，包括：

8.一种直流微网自适应下垂控制系统，其特征在于，包括：

9.一种直流微网自适应下垂控制装置，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，其特征在于，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如权利要求1-7任一项所述方法。

技术总结
本发明公开了一种直流微网自适应下垂控制方法、装置及存储介质，其中方法包括：根据电路模型获取电压电流下垂特性表达式，对表达式进行分析，并在电路中增加下垂系数修正量和/或参考电压补偿量，作为关键参数；根据电路模型推导出效率评估函数，根据效率评估函数构建效率目标函数；根据所述效率目标输出函数，使用群体智能优化算法对下垂控制的关键参数进行寻优计算，得到最优关键参数，根据所述最优关键参数对该电路模型进行稳定性控制。本发明通过增加关键参数，并采用群体智能优化算法自适应调节下垂控制策略的关键参数，降低系统的效率损耗，使得系统总是运行在效率最优状态，从而提高系统的整体性能。本发明可广泛应用于直流微电网领域。

技术研发人员：谢缔,王学梅,康龙云,黄晟
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23