一种基于电压裕度的自适应下垂控制方法

1.本发明涉及电压控制技术领域，具体而言，涉及一种基于电压裕度的自适应下垂控制方法。

背景技术：

2.直流电压的偏差大小是衡量直流系统稳定性的主要指标。因为新能源的随机波动或电源以及路径切换，所以控制策略成为直流供电系统高效可靠运行的关键技术。下垂控制一般不依赖站间通信，实时调节可靠性高，是一种有差调节方式。采用下垂控制方法，不同的运行方式，控制单元功率范围不同，电压范围不定。若系统功率发生急剧变化，采用传统的下垂系数，则系统输出直流电压可能超过限定范围，导致供电系统安全可靠性降低。

技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明实施例的目的在于通过对控制单元实时电压裕度值与最大裕度值的比值，对自适应改变下垂斜率，从而改变对直流电压的控制能力，提高直流供电系统运行的安全可靠性。
4.本发明的第一方面提供了一种基于电压裕度的自适应下垂控制方法，所述方法包括：
5.s1，根据直流电压偏差大小，将电压裕度区间划分为正常区间、临界区间以及极限区间；
6.s2，判断当前电压裕度所处区间，若u
max
》u
dc
》um或u
min
《u
dc
《un，确定当前电压裕度区间为临界区间，则根据电压裕度自适应控制下垂斜率k
dc
：
[0007][0008]
其中，u
dc
表示系统直流电压；un和um分别表示直流电压允许波动变化范围的下限值和上限值；u
min
表示最小电压极限值，u
max
表示最大电压极限值；p
max
表示控制单元最大功率极限值；u
dc-u
min
或u
max-u
dc
表示实际电压裕度大小，u
n-u
min
或u
max-um表示临界区间的最大裕度；δu表示系统电压允许波动的大小；
[0009]
s3，根据所述下垂斜率，调节供电系统的电压控制能力。
[0010]
进一步，所述s2，还包括：
[0011]
当um》u
dc
》un，确定当前电压裕度区间为正常区间，采用如下公式计算下垂斜率：
[0012][0013]
进一步，所述s2，还包括：
[0014]
当u
min
》u
dc
，u
max
《u
dc
，确定当前电压裕度区间为极限区间，采用如下公式计算下垂斜率：
[0015]kdc
＝0。
[0016]
进一步，所述s2中，或表示电压裕度比例，取值[0，1]范围区间内；
[0017]
当实时的电压裕度小，两者的比值也随之小，则下垂控制斜率也越平滑，电压的波动范围越小，其系统的电压控制能力增强。
[0018]
此外，本发明的第二方面提供了一种基于电压裕度的自适应下垂控制系统，所述系统包括：
[0019]
划分模块，根据直流电压偏差大小，将电压裕度区间划分为正常区间、临界区间以及极限区间；
[0020]
判断模块，判断当前电压裕度所处区间，若u
max
》u
dc
》um或u
min
《u
dc
《un，确定当前电压裕度区间为临界区间，则根据电压裕度自适应控制下垂斜率k
dc
：
[0021][0022]
其中，u
dc
表示系统直流电压；un和um分别表示直流电压允许波动变化范围的下限值和上限值；u
min
表示最小电压极限值，u
max
表示最大电压极限值；p
max
表示控制单元最大功率极限值；u
dc-u
min
或u
max-u
dc
表示实际电压裕度大小，u
n-u
min
或u
max-um表示临界区间的最大裕度；δu表示系统电压允许波动的大小；
[0023]
调控模块，根据所述下垂斜率，调节供电系统的电压控制能力。
[0024]
进一步，所述判断模块，还用于：
[0025]
当um》u
dc
》un，确定当前电压裕度区间为正常区间，采用如下公式计算下垂斜率：
[0026][0027]
进一步，所述判断模块，还用于：
[0028]
当u
min
》u
dc
，u
max
《u
dc
，确定当前电压裕度区间为极限区间，采用如下公式计算下垂斜率：
[0029]kdc
＝0。
[0030]
此外，本发明的第三方面提供了一种电子装置，所述电子装置包括：一个或多个处理器，存储器，所述存储器用于存储一个或多个计算机程序；所述计算机程序被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上所述的基于电压裕度的自适应下垂控制方法步骤。
[0031]
此外，本发明的第四方面提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序；所述程序由处理器加载并执行以实现如上所述的基于电压裕度的自适应下垂控制方法步骤。
[0032]
本发明的方案中，通过根据直流电压偏差大小，将电压裕度区间划分为正常区间、临界区间以及极限区间；判断当前电压裕度所处区间，若确定当前电压裕度区间为临界区间，则根据电压裕度自适应控制下垂斜率；根据所述下垂斜率，调节供电系统的电压控制能力。相比于现有技术，本发明自适应下垂控制跟随电压波动大小改变对直流电压的控制能力，降低控制单元出现电压越限的情况，承担功率变化范围更大，供电系统运行可靠性得到
进一步提升。
附图说明
[0033]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0034]
图1是本发明现有技术公开的供电系统结构示意图；
[0035]
图2是本发明现有技术公开的换流站下垂控制斜率曲线；
[0036]
图3是本发明实施例1公开的基于电压裕度的自适应下垂控制方法的流程示意图；
[0037]
图4是本发明实施例1公开的电压裕度各区间下，下垂斜率与控制单元电压、控制单元功率的函数关系图；
[0038]
图5是本发明实施例1公开的换流站2系统直流电压波形图；
[0039]
图6是本发明实施例1公开的换流站2下垂斜率变化曲线图；
[0040]
图7是本发明实施例2公开的基于电压裕度的自适应下垂控制系统结构示意图。
具体实施方式
[0041]
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本技术将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
[0042]
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本技术的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本技术的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本技术的各方面。
[0043]
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
[0044]
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
[0045]
需要说明的是：在本文中提及的“多个”是指两个或两个以上。
[0046]
一般数据中心采用两路电源的a级供电方式，电压等级为
±
375v的对称单极系统，通过ac/dc变换器与380v交流配电网相连，充分考虑光伏、直流转交流供电支路接入的需求，其供电系统结构如图1所示。当系统电源或换流站因故障无法正常供电时，换流站的功率转移到另一个换流站，使得另一个换流站的功率急剧增加，换流站采用传统下垂控制模式，随着功率的变化导致直流电压偏差变化，其功率变化越大，电压偏差越大。
[0047]
如图1所示供电结构，传统下垂控制斜率一般根据控制单元的有功功率大小来选择，下垂计算如公式1所示。
[0048][0049]
其中，ki表示控制单元下垂斜率，δu表示系统电压允许波动的大小，p
max
表示系统输出最大功率。
[0050]
控制单元的功率容量越大，下垂曲线就越平缓，δu电压变化相对较小，功率变化相对较大。如果控制单元功率的功率容量较小，下垂曲线越陡峭，δu电压变化相对较大，功率变化相对较小。控制单元换流站下垂特性如图2所示。
[0051]
显然，如上所述的传统下垂控制调节存在一定的误差，是一种有差控制。如果系统发生电源切或供电回路转换，导致功率急剧变化，传统下垂控制斜率的设置方法是根据各控制单元的有功容量来进行选择的，仅仅依赖预先设定好的固定下垂控制斜率，不能根据控制单元实时情况而进行调节改变，容易导致换流站直流电压或功率出现越限的情况。
[0052]
以下对本技术实施例的技术方案的实现细节进行详细阐述：
[0053]
实施例1
[0054]
请参阅图3，图3是本发明实施例公开的一种基于电压裕度的自适应下垂控制方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例的一种基于电压裕度的自适应下垂控制方法，包括：
[0055]
s1，根据直流电压偏差大小，将电压裕度区间划分为正常区间、临界区间以及极限区间。
[0056]
具体地，本实施例，将电压裕度区间划分，正常、临界、极限三个区间。当换流站处于正常裕度区间范围内，对系统影响在允许范围内，可采用传统下垂控制。当电压裕度处于临界裕度区间和极限裕度区间范围内时，对供电系统的可靠性和直流电压影响影响较大，可根据电压的裕度自适应改变下垂控制斜率，调节供电系统的电压控制能力，提升电能质量和供电可靠性。当处于极限区间内时，超过系统的的可靠范围，必须采用定压控制。各区间控制特性如图4所示。
[0057]
s2，判断当前电压裕度所处区间，若u
max
》u
dc
》um或u
min
《u
dc
《un，确定当前电压裕度区间为临界区间，则根据电压裕度自适应控制下垂斜率k
dc
：
[0058][0059]
其中，u
dc
表示系统直流电压；un和um分别表示直流电压允许波动变化范围的下限值和上限值；u
min
表示最小电压极限值，u
max
表示最大电压极限值；p
max
表示控制单元最大功率极限值；u
dc-u
min
或u
max-u
dc
表示实际电压裕度大小，u
n-u
min
或u
max-um表示临界区间的最大裕度；δu表示系统电压允许波动的大小；
[0060]
进一步，所述s2，还包括：当um》u
dc
》un，确定当前电压裕度区间为正常区间，采用如下公式计算下垂斜率：
[0061][0062]
进一步，所述s2，还包括：当u
min
》u
dc
，u
max
《u
dc
，确定当前电压裕度区间为极限区间，采用如下公式计算下垂斜率：
[0063]kdc
＝0。
[0064]
具体地，本实施例，正常区间运行下，直流电压偏差小于1％(文中偏差大小都可跟随系统需求设定)，电压安全裕度较大，一般使用传统下垂控制斜率的计算方法见公式1。
[0065]
临界区间下，直流电压偏差1％～5％可能是供电电源或供电路径切换。临界区间是指供电系统最大允许电压波动值与最大极限电压或最小极限电压之间的范围区间，根据不同负荷和电力设备对其进行设置，本实施例为更好的明确区间范围界限和说明仿真验证内容而设定的1％～5％。换流站自适应控制的斜率值k
dc
的整定方法如公式2。
[0066]
或表示电压裕度比例，取值[0,1]范围区间内，当实时的电压裕度小，两者的比值也随之小，则下垂控制斜率也越平滑，电压的波动范围越小，其系统的电压控制能力增强，当电压裕度变为0时，变成定压模式。
[0067]
当um》u
dc
》un，一般采用传统下垂控制斜率，下垂斜率参考公式1。
[0068]
当u
max
》u
dc
》um时，若供电电源切换或供电路径转换导致控制单元承载量变小，控制单元的功率和电压裕度也将随之变化。当直流电压超出上限设定值范围时，下垂控制斜率按照式2的整定方法，增强对直流电压的调节能力，从而降低控制单元出现电压越限的情况。
[0069]
当u
min
《u
dc
《un时，若因供电电源切换或供电路径进行转换导致控制单元承载量变大，控制单元的功率和电压裕度随之变化。当直流电压超出下限设定值范围时，下垂控制斜率按照式2的整定方法，增强控制单元直流电压的调节能力，从而降低控制单元出现电压越限的情况。
[0070]
极限区间采用定电圧控制，即文中k
dc
＝0(u
min
》u
dc
，u
max
《u
dc
)，极限区间是电压偏差》5％情况，本实施例为更好的明确区间范围界限和说明仿真验证内容而设定的。
[0071]
根据电压的裕度大小分为三个区间，分别对应三个不同的控制策略，正常区间对应传统下垂控制策略，临界区间对应自适应下垂控制，极限区间对应定电圧控制。根据不同裕度大小改变系统直流电压的控制能力，减少因功率急剧变化导致控制单元功率或电压越限，提高供电系统的稳定性和可靠性。
[0072]
s3，根据所述下垂斜率，调节供电系统的电压控制能力。
[0073]
具体地，本实施例，下垂斜率与控制单元电压、控制单元功率存在图4下垂曲线所示的函数关系，有了斜率值后，系统功率发生波动，会造成电压偏差，偏差越大指电压控制越弱，偏差越小指电压控制越强。
[0074]
控制单元的直流电压超过设定值时，根据自身的实时电压裕度自适应调整下垂控制斜率，提高对直流电压的控制能力，减少直流电压偏差，提高电能质量。
[0075]
为验证控制自适应改进下垂控制的有效性，在图1所示供电系统进行传统下垂控制与自适应改进下垂控制进行对比验证，第2秒换流站1失电，换流站2为所有负荷供电，第3秒光伏2出现波动，光伏2发电增加，换流站2输出功率减少，其换流站2系统直流电压波形如图5所示，换流站2下垂斜率变化曲线如图6所示。
[0076]
结合图5和图6分析可知，当换流站2为所有负荷供电，自适应改进下垂斜率跟随电压裕度变小，改进下垂控制的电压比传统下垂控制电压偏差小，电压波形质量更高。第3秒光伏2出现波动，换流站2输出功率减少，电压裕度变大，自适应改进下垂斜率变大，对电压
控制能力减弱，改进下垂控制的电压波形质量更高，两种控制的电压偏差随着裕度的增大而变小。自适应改进下垂控制承担的功率变化范围更大，供电系统运行可靠性更高。
[0077]
本实施例，在临界区间，采用自适应下垂控制提高了系统承担功率和电压波动的能力，减少新能源功率随机波动对系统直流电压的影响。针对供电电源或回路切换，导致下垂控制的换流站功率或直流电压急剧波动。自适应下垂控制跟随电压波动大小改变对直流电压的控制能力，降低控制单元出现电压越限的情况，承担功率变化范围更大，供电系统运行可靠性得到进一步提升。
[0078]
实施例2
[0079]
如图7所示，本实施例提供了一种基于电压裕度的自适应下垂控制系统，所述系统包括：
[0080]
划分模块10，根据直流电压偏差大小，将电压裕度区间划分为正常区间、临界区间以及极限区间；
[0081]
判断模块20，判断当前电压裕度所处区间，若u
max
》u
dc
》um或u
min
《u
dc
《un，确定当前电压裕度区间为临界区间，则根据电压裕度自适应控制下垂斜率k
dc
：
[0082][0083]
其中，u
dc
表示系统直流电压；un和um分别表示直流电压允许波动变化范围的下限值和上限值；u
min
表示最小电压极限值，u
max
表示最大电压极限值；p
max
表示控制单元最大功率极限值；u
dc-u
min
或u
max-u
dc
表示实际电压裕度大小，u
n-u
min
或u
max-um表示临界区间的最大裕度；δu表示系统电压允许波动的大小；
[0084]
调控模块30，根据所述下垂斜率，调节供电系统的电压控制能力。
[0085]
具体地，本实施例，下垂斜率与控制单元电压、控制单元功率存在函数关系，可以参考实施例1图4下垂曲线所示的函数关系，有了斜率值后，系统功率发生波动，会造成电压偏差，偏差越大指电压控制越弱，偏差越小指电压控制越强。
[0086]
进一步，所述判断模块20，还用于：
[0087]
当um》u
dc
》un，确定当前电压裕度区间为正常区间，采用如下公式计算下垂斜率：
[0088][0089]
进一步，所述判断模块20，还用于：
[0090]
当u
min
》u
dc
，u
max
《u
dc
，确定当前电压裕度区间为极限区间，采用如下公式计算下垂斜率：
[0091]kdc
＝0。
[0092]
此外，本实施例还提供了一种电子装置，所述电子装置包括：一个或多个处理器，存储器，所述存储器用于存储一个或多个计算机程序；所述计算机程序被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上所述的基于电压裕度的自适应下垂控制方法步骤。
[0093]
此外，本实施例还提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序；所述程
序由处理器加载并执行以实现如上所述的基于电压裕度的自适应下垂控制方法步骤。
[0094]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0095]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
[0096]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0097]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0098]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网格设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0099]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于电压裕度的自适应下垂控制方法，其特征在于，所述方法包括：s1，根据直流电压偏差大小，将电压裕度区间划分为正常区间、临界区间以及极限区间；s2，判断当前电压裕度所处区间，若u
max
>u
dc
>u
m
或u
min
<u
dc
<u
n
，确定当前电压裕度区间为临界区间，则根据电压裕度自适应控制下垂斜率k
dc
：其中，u
dc
表示系统直流电压；u
n
和u
m
分别表示直流电压允许波动变化范围的下限值和上限值；u
min
表示最小电压极限值，u
max
表示最大电压极限值；p
max
表示控制单元最大功率极限值；u
dc-u
min
或u
max-u
dc
表示实际电压裕度大小，u
n-u
min
或u
max-u
m
表示临界区间的最大裕度；δu表示系统电压允许波动的大小；s3，根据所述下垂斜率，调节供电系统的电压控制能力。2.根据权利要求1所述的基于电压裕度的自适应下垂控制方法，其特征在于，所述s2，还包括：当u
m
>u
dc
>u
n
，确定当前电压裕度区间为正常区间，采用如下公式计算下垂斜率：3.根据权利要求2所述的基于电压裕度的自适应下垂控制方法，其特征在于，所述s2，还包括：当u
min
>u
dc
，u
max
<u
dc
，确定当前电压裕度区间为极限区间，采用如下公式计算下垂斜率：k
dc
＝0。4.根据权利要求1所述的基于电压裕度的自适应下垂控制方法，其特征在于，所述s2中，或表示电压裕度比例，取值[0，1]范围区间内；当实时的电压裕度小，两者的比值也随之小，则下垂控制斜率也越平滑，电压的波动范围越小，其系统的电压控制能力增强。5.一种基于电压裕度的自适应下垂控制系统，其特征在于，所述系统包括划分模块、判断模块及调控模块；其中：划分模块，用于根据直流电压偏差大小，将电压裕度区间划分为正常区间、临界区间以及极限区间；判断模块，用于判断当前电压裕度所处区间，若u
max
>u
dc
>u
m
或u
min
<u
dc
<u
n
，确定当前电压裕度区间为临界区间，则根据电压裕度自适应控制下垂斜率k
dc
：其中，u
dc
表示系统直流电压；u
n
和u
m
分别表示直流电压允许波动变化范围的下限值和上限值；u
min
表示最小电压极限值，u
max
表示最大电压极限值；p
max
表示控制单元最大功率极限
值；u
dc-u
min
或u
max-u
dc
表示实际电压裕度大小，u
n-u
min
或u
max-u
m
表示临界区间的最大裕度；δu表示系统电压允许波动的大小；调控模块，用于根据所述下垂斜率，调节供电系统的电压控制能力。6.根据权利要求5所述的基于电压裕度的自适应下垂控制系统，其特征在于，所述判断模块，还用于：当u
m
>u
dc
>u
n
，确定当前电压裕度区间为正常区间，采用如下公式计算下垂斜率：7.根据权利要求6所述的基于电压裕度的自适应下垂控制系统，其特征在于，所述判断模块，还用于：当u
min
>u
dc
，u
max
<u
dc
，确定当前电压裕度区间为极限区间，采用如下公式计算下垂斜率：k
dc
＝0。8.一种电子装置，所述电子装置包括：一个或多个处理器，存储器，所述存储器用于存储一个或多个计算机程序；其特征在于，所述计算机程序被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如权利要求1-4任一项所述的基于电压裕度的自适应下垂控制方法步骤。9.一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序；所述程序由处理器加载并执行以实现如权利要求1-4任一项所述的基于电压裕度的自适应下垂控制方法步骤。

技术总结

本发明公开了一种基于电压裕度的自适应下垂控制方法，通过根据直流电压偏差大小，将电压裕度区间划分为正常区间、临界区间以及极限区间；判断当前电压裕度所处区间，若确定当前电压裕度区间为临界区间，则根据电压裕度自适应控制下垂斜率；根据所述下垂斜率，调节供电系统的电压控制能力。相比于现有技术，本发明自适应下垂控制跟随电压波动大小改变对直流电压的控制能力，降低控制单元出现电压越限的情况，承担功率变化范围更大，供电系统运行可靠性得到进一步提升。可靠性得到进一步提升。可靠性得到进一步提升。