一种直流配电网源-荷-储自适应功率分配方法与流程

1.本发明涉及直流配电网储能控制技术领域，尤其是指一种直流配电网源-荷-储自适应功率分配方法、设备、装置及计算机存储介质。


背景技术：

2.现有的技术中，近年来，随着我国城镇化水平不断提高，节能环保呼声日益高涨，供电质量与安全用电要求趋于严厉，直流配电技术已受到广泛关注，主要体现在以下几个方面：(1)采用智能化电力电子控制的终端电器，例如照明设备、变频动力设备、电子信息设备等，可使用直流供电；(2)分布式新能源发电增长迅速，此类发电单元一般以直流形式输出电能；(3)用户侧储能发展迅速，现代通讯与信息处理设备、远程监控设备和安保监控系统等对供电连续性和供电质量要求较高，电力储能成为主要供电保障措施；(4)配电系统谐波污染严重，现有中低压配电系统中各种非线性负荷产生谐波电流直接馈入公共电力系统，造成谐波污染。实现直流配电网内电源、负荷、储能间的能量的优化分配，关键是实现各变换器的并联运行控制，直流配电网中源-荷-储的功率分配控制方法对系统安全可靠、高效优化运行起到决定作用。
3.目前，已有技术提出了基于下垂控制的分层控制方法，通过电压-电流下垂控制实现各变换器的无互联线并联运行，但该方法未考虑新能源类电源的最大功率输出限制；已有技术提出了基于储能模块荷电状态的电压-功率动态下垂控制，该方法未考虑储能与新能源间的功率匹配关系；已有技术提出了基于母线电压等级的分段控制方法，但该方法需要的母线电压浮动范围通常较大，且电源、负荷的接入数量发生变化后需要重新设定各变换器中的分段电压等级，不易于系统的扩展应用。
4.而现有基于柔性下垂控制方法中，各设备下垂系数统一设置，没有考虑到各设备类别、容量和功率的限制，使得功率分配自适应性较低。


技术实现要素：

5.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中，功率分配自适应性低的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种直流配电网源-荷-储自适应功率分配方法、设备、装置及计算机存储介质，包括：
7.将下垂系数标幺值与直流配电系统额定功率的比值设为直流配电dc/ac变换器的下垂系数；
8.将下垂系数标幺值与新能源当前最大功率点的比值设为新能源电源dc/dc变换器的下垂系数；
9.将下垂系数标幺值与按负荷额定功率的比值设为可控负荷dc/dc变换器的下垂系数；
10.将下垂系数标幺值与当前电池荷电状态与储能额定功率之积的比值设为储能设
备dc/dc变换器的下垂系数；
11.根据各设备的下垂系数进行自适应功率分配。
12.优选地，所述根据各设备的下垂系数进行自适应功率分配包括：
13.利用直流配电dc/ac变换器根据当前直流配电系统向市电馈入的总功率及所述直流配电dc/ac变换器的下垂系数确定当前直流配电系统的母线电压；
14.利用新能源电源dc/dc变换器根据新能源当前最大功率点，所述母线电压及所述新能源电源dc/dc变换器的下垂系数更新当前输出功率；
15.利用可控负荷dc/dc变换器在负载功率调节范围内根据所述母线电压及所述可控负荷dc/dc变换器的下垂系数更新当前负载功率；
16.利用储能设备dc/dc变换器在储能设备剩余容量允许范围内根据所述母线电压及所述储能设备dc/dc变换器的下垂系数更新当前充放电功率；
17.根据所述当前输出功率、所述当前负载功率及所述当前充放电功率更新所述当前直流配电系统向市电馈入的总功率。
18.优选地，所述利用直流配电dc/ac变换器根据当前直流配电系统向市电馈入的总功率及所述直流配电dc/ac变换器的下垂系数确定当前直流配电系统的母线电压包括：
19.通过调节电压截距满足上位调度对直流配电系统的功率需求：通过调节电压截距满足上位调度对直流配电系统的功率需求：
20.其中，k
p
和ki为pi模块的比例-积分系数，p
gref
为所述上位调度对直流配电系统的功率需求，p
dc
为所述直流配电系统向市电馈入的总功率，若直流配电系统无需接受上位功率调度，则所述电压截距δv为0；
21.根据直流配电系统向市电馈入的总功率及所述直流配电dc/ac变换器的下垂系数确定当前直流配电系统的母线电压v
dc
＝v
dcref
δv-d
p1
·
p
dc
，其中，v
dcref
为直流母线电压基值，d
p1
为所述直流配电dc/ac变换器的下垂系数。
22.优选地，所述利用新能源电源dc/dc变换器根据新能源当前最大功率点，所述母线电压及所述新能源电源dc/dc变换器的下垂系数更新当前输出功率包括：
23.根据所述新能源当前最大功率点调整新能源最大功率跟踪电压截距：
24.其中，p
n_max
为新能源当前最大功率点，p
pv
为所述输出功率，k
p_pv
和k
i_pv
为pi模块的比例-积分系数；
25.根据所述母线电压及所述新能源电源dc/dc变换器的下垂系数更新所述输出功率：
26.p
pv
＝(v
dcref
δv
pv-v
dc
)/d
p2
27.其中，v
dcref
为直流母线电压基值，v
dc
为当前直流配电系统的母线电压，d
p2
为所述新能源电源dc/dc变换器的下垂系数。
28.优选地，所述利用可控负荷dc/dc变换器在负载功率调节范围内根据所述母线电压及所述可控负荷dc/dc变换器的下垂系数更新当前负载功率：p
load
＝(v
dcref
δv-v
dc
)/d
p3 (p
load_min
≤p
load
≤p
load_max
)，其中，p
load_max
为可控负荷的最大功率，p
load_min
为可控负荷的最小功率，v
dcref
为直流母线电压基值，v
dc
为当前直流配电系统的母线电压，δv为电压截距，dp3
为所述可控负荷dc/dc变换器的下垂系数。
29.优选地，所述利用储能设备dc/dc变换器在储能设备剩余容量允许范围内根据所述母线电压及所述储能设备dc/dc变换器的下垂系数更新当前充放电功率：
30.p
bat
＝(v
dcref
δv-v
dc
)/d
p4
31.d
p4
＝d
pn
·
pn＝d
pn
·
soc
·
p
n_bat (soc
min
≤soc≤soc
max
)
32.其中，v
dcref
为直流母线电压基值，v
dc
为当前直流配电系统的母线电压，δv为电压截距，d
pn
为所述下垂系数标幺值，pn为标幺功率基值，p
n_bat
为储能额定功率，soc为储能剩余容量，soc
max
为储能设备允许的最大剩余容量，soc
min
为储能设备允许的最小剩余容量，d
p4
为所述储能设备dc/dc变换器的下垂系数。
33.优选地，所述当储能剩余容量达到最大值或最小值时，所述当前充放电功率为0。
34.本发明还提供了一种直流配电网源-荷-储自适应功率分配的装置，包括：
35.直流配电dc/ac变换器下垂系数设定模块，用于将下垂系数标幺值与直流配电系统额定功率的比值设为直流配电dc/ac变换器的下垂系数；
36.新能源电源dc/dc变换器下垂系数设定模块，用于将下垂系数标幺值与新能源当前最大功率点的比值设为新能源电源dc/dc变换器的下垂系数；
37.可控负荷dc/dc变换器下垂系数设定模块，用于将下垂系数标幺值与按负荷额定功率的比值设为可控负荷dc/dc变换器的下垂系数；
38.储能设备dc/dc变换器下垂系数设定模块，用于将下垂系数标幺值与当前电池荷电状态与储能额定功率之积的比值设为储能设备dc/dc变换器的下垂系数；
39.自适应功率分配模块，用于根据各设备的下垂系数进行自适应功率分配。
40.本发明还提供了一种直流配电网源-荷-储自适应功率分配的设备，包括：
41.存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述一种直流配电网源-荷-储自适应功率分配方法的步骤。
42.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一种直流配电网源-荷-储自适应功率分配方法的步骤。
43.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
44.本发明提出了一种基于柔性下垂控制的直流配电网源-荷-储自适应功率分配方法，目的是协调直流配电网中新能源最大功率约束、储能设备剩余容量约束及负荷可控范围约束与电压-功率下垂控制间的逻辑关系，同时，本发明以功率标幺的形式确定了下垂系数设定方法，为不同类别、容量及额定功率的设备提供了统一的下垂系数设定规则，并且确保了在此下垂系数设定方案下各设备可根据当前工况确定参与自适应功率分配的额度，与已有方案相比，提高了直流配电系统中源-荷-储间的功率分配的自适应性。
附图说明
45.为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
46.图1是本发明直流配电网源-荷-储自适应功率分配方法的实现流程图；
47.图2是本发明提出的柔性下垂控制方法对应的直流配电网源-荷-储系统连接结构
框图；
48.图3是本发明提出的直流配电dc/ac变换器柔性下垂控制框图；
49.图4是本发明提出的新能源型电源dc/dc变换器柔性下垂控制框图；
50.图5是本发明提出的可控负荷dc/dc变换器柔性下垂控制框图；
51.图6是本发明提出的储能dc/dc变换器柔性下垂控制框图；
52.图7是本发明实施例提供的一种直流配电网源-荷-储自适应功率分配的装置的结构框图。
具体实施方式
53.本发明的核心是提供一种直流配电网源-荷-储自适应功率分配方法、装置、设备及计算机存储介质，提高了直流配电系统中源-荷-储间的功率分配的自适应性。
54.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
55.请参考图1，图1为本发明所提供的直流配电网源-荷-储自适应功率分配方法的实现流程图；具体操作步骤如下：
56.各设备变换器的柔性下垂控制中采用统一数值的下垂系数标幺值d
pn
，pn为标幺功率基值，实际下垂系数d
p
＝d
pn
/pn。其中，直流配电dc/ac变换器的功率基值为系统额定功率p
n_sys
，新能源型电源dc/dc变换器的功率基值为当前最大输出功率p
n_max
，直流负荷dc/dc变换器的功率基值为按负荷额定功率p
n_load
，储能dc/dc变换器的功率基值为pnpn＝soc
·
p
n_bat
，soc为电池荷电状态，可表征储能设备剩余容量，p
n_bat
为储能额定功率。
57.s101：将下垂系数标幺值与直流配电系统额定功率的比值设为直流配电dc/ac变换器的下垂系数；
58.s102：将下垂系数标幺值与新能源当前最大功率点的比值设为新能源电源dc/dc变换器的下垂系数；
59.s103：将下垂系数标幺值与按负荷额定功率的比值设为可控负荷dc/dc变换器的下垂系数；
60.s104：将下垂系数标幺值与当前电池荷电状态与储能额定功率之积的比值设为储能设备dc/dc变换器的下垂系数；
61.s105：根据各设备的下垂系数进行自适应功率分配。
62.本发明提出了一种基于柔性下垂控制的直流配电网源-荷-储自适应功率分配方法，目的是协调直流配电网中新能源最大功率约束、储能设备剩余容量约束及负荷可控范围约束与电压-功率下垂控制间的逻辑关系，同时，本发明以功率标幺的形式确定了下垂系数设定方法，为不同类别、容量及额定功率的设备提供了统一的下垂系数设定规则，并且确保了在此下垂系数设定方案下各设备可根据当前工况确定参与自适应功率分配的额度，与已有方案相比，提高了直流配电系统中源-荷-储间的功率分配的自适应性。
63.基于以上实施例，本实施例对步骤s105进行进一步详细描述，具体如下：
64.如图2所示，直流配电dc/ac变换器是直流配电网与交流电网的接口设备，输入为
三相交流电，输出为直流配电系统的直流母线，分布式新能源发电设备通过电源dc/dc变换器接入直流母线，直流负荷通过负荷dc/dc变换器接入直流母线，电储能设备通过储能dc/dc变换器接入直流母线，上述各组件依次连接形成直流配电系统基本拓扑结构。
65.在如图2所示拓扑结构的基础上，运行总体方式如下：直流配电ac/dc变换器根据直流系统向市电馈入的总功率及下垂系数确定当前直流系统的母线电压；新能源电源dc/dc变换器根据柔性下垂控制实现最大功率跟踪控制功能；可控负荷dc/dc变换器在负载功率调节范围内可依据当前直流母线电压水平及设备下垂系数决定实际负载功率；储能设备dc/dc变换器在soc允许范围内根据直流母线电压水平及设备下垂系数决定充放电功率。
66.s501：利用直流配电dc/ac变换器根据当前直流配电系统向市电馈入的总功率及所述直流配电dc/ac变换器的下垂系数确定当前直流配电系统的母线电压；
67.如图3所示，图3为本发明提出的直流配电dc/ac变换器柔性下垂控制框图；
68.该模型中包含二次下垂控制及一次下垂控制两部分，二次下垂控制通过调节电压截距满足上位调度对直流配电系统的功率需求:截距满足上位调度对直流配电系统的功率需求:
69.其中，k
p
和ki为pi模块的比例-积分系数，考虑二次下垂作为控制外环，其pi控制模块动态时间常数应大于直流配电ac/dc设备电压控制内环时间常数，p
gref
为所述上位调度对直流配电系统的功率需求，p
dc
为所述直流配电系统向市电馈入的总功率，若直流配电系统无需接受上位功率调度，则所述电压截距δv为0；
70.一次下垂控制根据直流配电系统向市电馈入的总功率及所述直流配电dc/ac变换器的下垂系数确定当前直流配电系统的母线电压v
dc
＝v
dcref
δv-d
p1
·
p
dc
，其中，v
dcref
为直流母线电压基值，d
p1
为所述直流配电dc/ac变换器的下垂系数。
71.s502：利用新能源电源dc/dc变换器根据新能源当前最大功率点，所述母线电压及所述新能源电源dc/dc变换器的下垂系数更新当前输出功率；
72.如图4所示，图4为本发明提出的新能源型电源dc/dc变换器柔性下垂控制框图；
73.根据所述新能源当前最大功率点调整新能源最大功率跟踪电压截距：
74.其中，其中，p
n_max
为新能源当前最大功率点，p
pv
为所述输出功率，k
p_pv
和k
i_pv
为pi模块的比例-积分系数；
75.根据所述母线电压及所述新能源电源dc/dc变换器的下垂系数更新所述输出功率：
76.p
pv
＝(v
dcref
δv
pv-v
dc
)/d
p2
77.d
p2
为所述新能源电源dc/dc变换器的下垂系数。
78.s503：利用可控负荷dc/dc变换器在负载功率调节范围内根据所述母线电压及所述可控负荷dc/dc变换器的下垂系数更新当前负载功率；
79.如图5所示，图5为本发明提出的可控负荷dc/dc变换器柔性下垂控制框图，其中，限幅器的上下限分别为可控负载的最大、最小功率调节范围；
80.上述控制过程可通过下列方程表述：
81.p
load
＝(v
dcref
δv-v
dc
)/d
p3 (p
load_min
≤p
load
≤p
load_max
)
82.其中，p
load_max
为可控负荷的最大功率，p
load_min
为可控负荷的最小功率，d
p3
为所述
可控负荷dc/dc变换器的下垂系数。
83.s504：利用储能设备dc/dc变换器在储能设备剩余容量允许范围内根据所述母线电压及所述储能设备dc/dc变换器的下垂系数更新当前充放电功率；
84.如图6所示，图6为本发明提出的储能dc/dc变换器柔性下垂控制框图，其中，soc限制器用于在电池达到最大、最小剩余容量的情况下限制电池充放电功率为0，该模型可通过d
p
随电池剩余容量的变化确定储能充放电模式及其与直流配电网内其余源-荷-储设备间的动态功率分配比例；
85.上述控制过程可通过下列方程表述：
86.p
bat
＝(v
dcref
δv-v
dc
)/d
p4
87.d
p4
＝d
pn
·
pn＝d
pn
·
soc
·
p
n_bat (soc
min
≤soc≤soc
max
)
88.其中，d
pn
为所述下垂系数标幺值，pn为标幺功率基值，p
n_bat
为储能额定功率，soc为储能剩余容量，soc
max
为储能设备允许的最大剩余容量，soc
min
为储能设备允许的最小剩余容量，d
p4
为所述储能设备dc/dc变换器的下垂系数。
89.s505：根据所述当前输出功率、所述当前负载功率及所述当前充放电功率更新所述当前直流配电系统向市电馈入的总功率。
90.基于以上实施例，本实施例以典型工况为例，进行进一步详细说明：
91.(1)电源功率波动下的系统功率分配方式：
92.若光照强度增加，光伏最大功率点p
n_max
提高，从而使得最大功率跟踪电压截距δv
pv
提高，使得光伏系统输出功率增加，此时由于直流系统馈入市电的总功率提高，直流母线电压v
dc
抬升，假设此时无市电上位调度信息，δv为0，接入直流母线的其余设备所分配的功率主动降低，v
dc
在各设备功率分配完成后达到一个新的平衡点。若光照强度降低，各变量变化趋势与上述过程相反。(2)储能剩余容量变化下的系统功率分配方式：
93.若储能剩余容量soc降低且在允许工作范围内，则功率标幺基值pn降低，在统一d
pn
设置下，实际下垂系数d
p4
变大，在当前母线电压水平下，储能此时应分配的实时功率p
bat
随之变小，若此时系统内无其它设备发生功率波动，随着直流系统馈入电网总功率的减小，直流母线电压v
dc
降低，假设此时无市电上位调度信息，δv为0，接入直流母线的其余设备所分配的功率主动升高，v
dc
在各设备功率分配完成后达到一个新的平衡点。
94.(3)直流可控负荷变化下的系统功率分配方式：
95.若系统内新增一套可控直流负荷接入，按该设备额定功率p
n_load
及统一下垂系数d
pn
可确定该设备当前应分配的负载功率，对于额定功率越大的负荷，其实际下垂系数d
p3
越小，参与自适应分配后的负荷功率参考值p
load
越大，同时，随着系统用电功率的增加，馈入市电的总功率减小，直流母线电压v
dc
降低，假设此时无市电上位调度信息，δv为0，接入直流母线的其余设备所分配的功率主动升高，v
dc
在各设备功率分配完成后达到一个新的平衡点。
96.下垂控制是目前直流配电网中源-荷功率分配的主要解决方案，本发明提出了一种基于柔性下垂控制的直流配电网源-荷-储自适应功率分配方法，目的是协调直流配电网中新能源最大功率约束、储能设备剩余容量约束及负荷可控范围约束与电压-功率下垂控制间的逻辑关系，同时，确定了源、荷、储控制单元的下垂系数设定方法，使得不同设备可基于各自工况呈现一致的电压-功率外特性，在通过柔性下垂控制自适应分配源-储-荷功率
的同时还可满足新能源稳态最大功率输出、储能安全容量区域运行及负荷可控区间运行要求，有利于实现设备“即插即用”，提高直流配电网功率调节灵活性和直流母线电压稳定性。本发明解决了现有技术方案中下垂系数设定的难点，本发明以功率标幺的形式确定了下垂系数设定方法，为不同类别、容量及额定功率的设备提供了统一的下垂系数设定规则，并且确保了在此下垂系数设定方案下各设备可根据当前工况确定参与自适应功率分配的额度，与已有方案相比，提高了直流配电系统中源-荷-储间的功率分配的自适应性。
97.请参考图7，图7为本发明实施例提供的一种直流配电网源-荷-储自适应功率分配的装置的结构框图；具体装置可以包括：
98.直流配电dc/ac变换器下垂系数设定模块100，用于将下垂系数标幺值与直流配电系统额定功率的比值设为直流配电dc/ac变换器的下垂系数；
99.新能源电源dc/dc变换器下垂系数设定模块200，用于将下垂系数标幺值与新能源当前最大功率点的比值设为新能源电源dc/dc变换器的下垂系数；
100.可控负荷dc/dc变换器下垂系数设定模块300，用于将下垂系数标幺值与按负荷额定功率的比值设为可控负荷dc/dc变换器的下垂系数；
101.储能设备dc/dc变换器下垂系数设定模块400，用于将下垂系数标幺值与当前电池荷电状态与储能额定功率之积的比值设为储能设备dc/dc变换器的下垂系数；
102.自适应功率分配模块500，用于根据各设备的下垂系数进行自适应功率分配。
103.本实施例的直流配电网源-荷-储自适应功率分配装置用于实现前述的直流配电网源-荷-储自适应功率分配方法，因此直流配电网源-荷-储自适应功率分配装置中的具体实施方式可见前文直流配电网源-荷-储自适应功率分配方法的实施例部分，例如，直流配电dc/ac变换器下垂系数设定模块100，新能源电源dc/dc变换器下垂系数设定200，可控负荷dc/dc变换器下垂系数设定300，储能设备dc/dc变换器下垂系数设定模块400，自适应功率分配模块500，分别用于实现上述直流配电网源-荷-储自适应功率分配方法中步骤s101，s102，s103，s104和s105，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。
104.本发明具体实施例还提供了一种直流配电网源-荷-储自适应功率分配的设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现上述一种直流配电网源-荷-储自适应功率分配方法的步骤。
105.本发明具体实施例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一种直流配电网源-荷-储自适应功率分配方法的步骤。
106.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
107.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序
指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
108.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
109.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
110.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。