基于直流母线电压动态分区的多源协同控制方法与流程

本发明涉及光储直流微电网多源协同控制，具体涉及一种基于直流母线电压动态分区的多源协同控制方法。

背景技术：

1、三输入光储直流供电系统由光伏发电单元、市电供电单元、储能充放电单元及直流负载组成，凭借供电稳定、能源利用率高、适配分布式供电场景的优势，被广泛应用于工业备用供电、新能源微电网、户外储能供电、建筑节能供电等领域。

2、目前，传统三输入光储系统普遍采用固定优先级切换控制策略，预设光伏、储能、市电的固定供电顺序，根据单一功率阈值进行运行模式切换。该控制逻辑结构简单、易于实现，但存在显著的技术缺陷：其一，固定优先级无法适配复杂动态工况，在负载突变、光伏光照剧烈波动、储能低电量、电网电压扰动等场景下，极易出现频繁模式切换，引发系统震荡；其二，功率调节缺乏自适应能力，单一阈值切换会导致直流母线电压波动幅值过大，稳压精度差，供电质量难以保障；其三，极端工况下容错性不足，当母线电压临近越限、储能状态异常时，无法提前干预调控，易出现电压越限、系统停机、功率失衡等故障，供电稳定性薄弱。

3、现有改进方案多通过增加硬件稳压装置、优化单一单元控制逻辑改善系统性能，存在改造成本高、硬件适配性差、无法从根源解决多源协同适配性问题的弊端。目前尚无通过直流母线电压动态分区，结合多源实时运行状态自适应调整优先级与功率分配、搭配平滑切换算法的纯软件优化控制方案，传统固定控制策略适应性差、抗扰动能力弱的行业痛点始终无法有效解决。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中三输入光储系统固定优先级控制策略易震荡、电压波动大、复杂工况适应性差、极端工况稳定性不足的缺陷，提供一种基于直流母线电压动态分区的多源协同控制方法，无需硬件改造，通过算法优化实现多源自适应协同控制，抑制电压波动与切换冲击，全面提升系统运行可靠性。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于直流母线电压动态分区的多源协同控制方法，应用于光伏、市电、储能三输入光储直流供电系统，包括以下核心步骤：

4、s1、系统参数实时采集：通过系统主控单元实时采集直流母线实时电压、光伏实时出力功率、市电输出功率、储能充放电功率、储能soc、负载实时消耗功率等核心运行参数，构建系统实时运行状态数据库；

5、s2、直流母线电压动态分区：基于母线额定电压，预设四级电压阈值，将系统运行状态动态划分为安全区间、预警区间、故障区间三个层级，实现工况状态精准识别，区别于传统单一阈值判定模式；

6、s3、多源权重量化计算与自适应功率分配：构建专属多源协同优先级量化分析模型，融合母线电压偏差、单元出力特性、储能状态多维参数，通过固定公式实时计算各供电单元权重系数，精准判定供电优先级、量化分配各单元输出功率，针对三个电压区间匹配差异化系数标定与权重调控逻辑，同时结合储能soc状态约束，规避储能异常工况；

7、s4、平滑切换与稳压优化：引入功率斜坡平滑调控与电压前馈补偿双重机制，消除模式切换功率阶跃冲击，提前抵消电压扰动，实现母线电压高精度稳压。

8、进一步地，步骤s2中电压动态分区的具体划分方式为：

9、设定直流母线额定电压为ue，预设第一阈值u1、第二阈值u2、第三阈值u3、第四阈值u4，且满足u4＜u3＜ue＜u2＜u1；

10、安全区间：直流母线实时电压满足u3≤u≤u2，系统运行工况稳定，无电压越限风险；

11、预警区间：直流母线实时电压满足u4≤u＜u3或u2＜u≤u1，系统电压偏离额定区间，存在电压波动隐患，需提前干预调控；

12、故障区间：直流母线实时电压满足u＜u4或u＞u1，系统电压严重越限，存在过压或欠压故障风险，需紧急功率调节与模式切换。

13、进一步地，步骤s3中通过构建多源协同优先级量化分析模型，结合电压区间、功率扰动、储能状态多维参数计算供电优先级权重，根据权重数值确定各单元功率分配比例，具体包括模型构建与分区间量化调控逻辑：

14、建立适配三输入光储系统的动态权重计算模型，分别定义光伏单元权重系数kpv、储能单元权重系数kbat、市电单元权重系数kgrid，权重系数取值范围为[0,1]，权重数值越大，对应单元供电优先级越高、功率分配占比越大；

15、权重计算公式如下：

16、  ；

17、  ；

18、  ；

19、其中：，为直流母线实时电压与额定电压的偏差值，为直流母线实时电压，为直流母线额定电压；为光伏最大额定出力功率，为光伏实时出力功率；为储能实时荷电状态，为储能额定最大荷电阈值；为工况修正系数，根据电压区间自适应标定；为光伏工况约束系数；为储能充放电效率系数；为市电稳压可靠系数；

20、优先级判定规则：实时计算kpv、kbat、kgrid数值，按权重数值从大至小排序，确定光伏、储能、市电的实时供电优先级，各单元功率分配占比与自身权重系数成正比，++=1；

21、其中安全区间量化调控策略：安全区间电压偏差极小，设定α=0.9、γ=0.8、λ=0.3，优先保障光伏权重优势；通过模型计算可实现光伏权重最大化，光伏出力富余时，依据储能权重动态分配充电功率；光伏出力不足时，优先提升储能放电权重补平功率缺口；仅当储能权重低于预设阈值时，抬升市电权重参与功率补偿；

22、预警区间量化调控策略：动态放大电压偏差权重影响，自适应修正系数取值：过压预警时α递减、γ充电约束递减、λ递增，逐步降低光伏、储能充电优先级，提升市电稳压权重，量化消耗系统富余功率；欠压预警时γ放电约束递增、α小幅衰减、λ适度抬升，最大化储能放电权重，快速弥补功率缺口，通过精准权重计算避免电压持续偏移；

23、故障区间量化调控策略：触发极限权重修正机制，过压故障时强制锁止储能充电权重为0，大幅衰减光伏出力权重，优先通过市电、负载消纳过剩电能；欠压故障时最大化储能放电权重与市电供电权重，锁定光伏权重稳定，紧急补偿功率缺口，抑制母线电压故障恶化。

24、步骤s4中所述功率斜坡平滑调控策略具体为：

25、在多源功率调节、运行模式切换过程中，为光伏、市电、储能的功率调节量设置固定斜坡变化速率，禁止功率阶跃突变；根据电压区间等级匹配差异化斜坡速率，安全区间采用常规速率，预警区间采用加速调节速率，故障区间采用极速稳压速率，在保证响应速度的同时避免功率冲击。

26、进一步的，步骤s4中所述电压前馈补偿机制具体为：

27、实时采集母线电压波动量与功率扰动增量，将电压偏差前馈至多源功率调节环路，提前修正各单元输出功率，抵消负载突变、光伏出力波动带来的电压扰动，实现电压超前调控，减小稳态误差与动态波动幅值。

28、进一步的，还包括储能状态约束调控逻辑：

29、实时监测储能soc状态，储能soc低于下限阈值时，禁止储能放电，切换为市电优先补能模式，同时最大化消纳光伏出力为储能充电；储能soc高于上限阈值时，禁止储能充电，优先释放储能富余功率，配合光伏共同供能，避免储能过充过放损坏。

30、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的基于直流母线电压动态分区的多源协同控制方法的步骤。

31、本发明与现有技术相比，具有如下显著有益效果：

32、1、本发明为纯算法优化策略，无需改动系统原有硬件拓扑、功率器件与检测电路，仅通过升级主控程序即可实现功能升级，改造零硬件成本，适配所有传统三输入光储直流供电系统。

33、2、本发明摒弃行业常规定性文字控制逻辑，独创多维权重量化分析模型，通过公式精准计算供电优先级与功率分配比例，实现无级自适应精细化调控，区别于传统固定阈值、固定优先级的常规方案，具备显著技术创新性，大幅提升专利核心保护壁垒。

34、3、本发明可自适应适配负载突变、光伏光照波动、储能高低电量、电网扰动等各类复杂场景，通过预警区间提前干预、故障区间紧急调控的分层控制逻辑，大幅提升系统极端工况下的运行稳定性与容错能力。

35、4、本发明在安全区间保障光伏能源最大化消纳，提升系统节能性；预警区间实现故障前置防控；故障区间实现紧急稳压保护，同时搭配储能充放电约束逻辑，避免储能过充过放，兼顾系统运行效率与设备安全。

36、5、本发明的控制算法参数可灵活标定，适配不同额定电压、不同功率等级的三输入光储系统，可快速移植至各类直流微电网、备用供电设备中，应用场景广泛。