Coordinated Power Control Strategy for Parallel System with Multiple Virtual DC Machines

XIE Luyao; WEN Huiming; ZHANG Youbing; WEI Chun; CHEN Yi; ZHU Kai

doi:10.7500/AEPS20220104006

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Coordinated Power Control Strategy for Parallel System with Multiple Virtual DC Machines

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Coordinated Power Control Strategy for Parallel System with Multiple Virtual DC Machines
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 23, Pages: 134-143(2022)
- 作者机构：
  
  1.浙江工业大学信息工程学院,浙江省杭州市 310023
  2.浙江工业大学之江学院,浙江省绍兴市 312030
  3.浙江日风电气股份有限公司,浙江省杭州市 311121
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  the Fundamental Commonwealth Research Projects of Zhejiang Province(LGG20E070004)
- DOI：10.7500/AEPS20220104006
  CLC：
- Received：04 January 2022，
  
  Revised：2022-05-06，
  
  Published Online：11 November 2022，
  
  Published：10 December 2022
- 稿件说明：
移动端阅览
谢路耀,温会明,张有兵等.多虚拟直流电机并联系统的功率协调控制策略[J].电力系统自动化,2022,46(23):134-143.

XIE Luyao,WEN Huiming,ZHANG Youbing,et al.Coordinated Power Control Strategy for Parallel System with Multiple Virtual DC Machines[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(23):134-143.
谢路耀,温会明,张有兵等.多虚拟直流电机并联系统的功率协调控制策略[J].电力系统自动化,2022,46(23):134-143. DOI： 10.7500/AEPS20220104006.

XIE Luyao,WEN Huiming,ZHANG Youbing,et al.Coordinated Power Control Strategy for Parallel System with Multiple Virtual DC Machines[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(23):134-143. DOI： 10.7500/AEPS20220104006.

摘要

在直流微电网功率变换系统(PCS)的控制方法中，虚拟直流电机(VDCM)控制具有为系统提供额外惯性和阻尼支撑的优势，但多机并联系统的功率协调分配控制问题尚待深入研究。文中提出一种基于VDCM的多层协同控制策略，能够实现多VDCM总输出功率的高、低频分量解耦和按需分配。首先，详细分析了VDCM控制策略下单机系统的运行特性，将其等效为一个含延迟环节的可控电压源，同时引入电压电流双环控制器改善了传统单电流环VDCM控制性能受制于电枢电阻参数的问题。其次，给出了一种三层级VDCM功率协调分配控制策略，实现了多VDCM总输出功率的高、低频分量解耦和按需分配。最后，给出了多层协同控制框架下各控制层参数的优化设计方法和步骤。基于MATLAB/Simulink仿真平台和dSPACE实验平台的双机并联系统的测试结果表明，所提方法具有较好的功率协调分配性能。

Abstract

In the control methods for power conversion system (PCS) of DC microgrid

the virtual DC machine (VDCM) control has the advantage of providing additional inertia and damping support for the system

but the power coordination and distribution control problem of multi-machine parallel system needs to be further studied. In this paper

a multi-level cooperative control strategy based on VDCM is proposed

which can decouple the high- and low-frequency components of the total output power of multiple VDCMs and allocate them on demand. Firstly

the operation characteristics of a single-machine system under VDCM control strategy are analyzed in detail

which is equivalent to a controllable voltage source with delay link. At the same time

a voltage-current double-loop controller improves the problem that the traditional single-current-loop VDCM control performance is restricted by armature resistance parameters. Secondly

a three-level coordinated power allocation control strategy for VDCMs is proposed

which realizes the decoupling of high- and low-frequency components of the total output power of multiple VDCMs and the on-demand allocation. Finally

the optimization design method and steps of the parameters of each control layer under the multi-layer cooperative control framework are given. The test results of a two-machine parallel system based on MATLAB/Simulink simulation platform and dSPACE experimental platform show that the proposed method has better power coordination and distribution performance.

关键词

Keywords

references

张勇军，刘子文，宋伟伟，等 . 直流配电系统的组网技术及其应用［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 23 ）： 39 - 49 .

ZHANG Yongjun ， LIU Ziwen ， SONG Weiwei ， et al . Networking technology and its application of DC distribution system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 23 ）： 39 - 49 .

张祥宇，吴奇，付媛 . 含虚拟储能直流微电网的储荷协调控制技术［J］. 电力自动化设备， 2021 ， 41 （ 1 ）： 113 - 120 .

ZHANG Xiangyu ， WU Qi ， FU Yuan . Coordinated control technology of energy storage-load for DC microgrid with virtual energy storage ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2021 ， 41 （ 1 ）： 113 - 120 .

李国庆，边竞，王鹤，等 . 适用于直流电网的环流式线间直流潮流控制器［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 5 ）： 1118 - 1127 .

LI Guoqing ， BIAN Jing ， WANG He ， et al . A circulating current interline DC power flow controller for DC grid ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 5 ）： 1118 - 1127 .

支娜，张辉，肖曦，等 . 分布式控制的直流微电网系统级稳定性分析［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 2 ）： 368 - 378 .

ZHI Na ， ZHANG Hui ， XIAO Xi ， et al . System-level stability analysis of DC microgrid with distributed control strategy ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 2 ）： 368 - 378 .

刘忠，杨陈，蒋玮，等 . 基于一致性算法的直流微电网储能系统功率分配技术［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 7 ）： 61 - 69 .

LIU Zhong ， YANG Chen ， JIANG Wei ， et al . Consensus algorithm based power distribution technology for energy storage system in DC microgrid ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 7 ）： 61 - 69 .

王秀瑞，何晋伟，杜李扬 . 直流微电网电池储能系统串并联结构分散控制［J］. 电源学报， 2019 ， 17 （ 6 ）： 91 - 97 .

WANG Xiurui ， HE Jinwei ， DU Liyang . Decentralized control of series-parallel BESS in DC microgrid ［J］. Journal of Power Supply ， 2019 ， 17 （ 6 ）： 91 - 97 .

朱珊珊，汪飞，郭慧，等 . 直流微电网下垂控制技术研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 1 ）： 72 - 84 .

ZHU Shanshan ， WANG Fei ， GUO Hui ， et al . Overview of droop control in DC microgrid ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 1 ）： 72 - 84 .

杨海柱，岳刚伟，范书豪 . 直流微网自适应动态下垂控制策略研究［J］. 电源学报， 2019 ， 17 （ 2 ）： 101 - 108 .

YANG Haizhu ， YUE Gangwei ， FAN Shuhao . Research on adaptive dynamic droop control strategy for DC microgrid ［J］. Journal of Power Supply ， 2019 ， 17 （ 2 ）： 101 - 108 .

盛万兴，刘海涛，曾正，等 . 一种基于虚拟电机控制的能量路由器［J］. 中国电机工程学报， 2015 ， 35 （ 14 ）： 3541 - 3550 .

SHENG Wanxing ， LIU Haitao ， ZENG Zheng ， et al . An energy hub based on virtual-machine control ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2015 ， 35 （ 14 ）： 3541 - 3550 .

SOUMYA S ， JYOTI-PRAKASH M ， BINOY-KRISHNA R . Virtual DC machine： an inertia emulation and control technique for a bidirectional DC-DC converter in a DC microgrid ［J］. IET Electric Power Applications ， 2018 ， 12 （ 6 ）： 874 - 884 .

杨庆文，何绍民，杨欢，等 . 考虑故障特性模拟的虚拟电机系统及其控制［J］. 电工技术学报， 2020 ， 35 （ 6 ）： 1239 - 1250 .

YANG Qingwen ， HE Shaomin ， YANG Huan ， et al . Virtual motor system considering fault characteristic simulation and its control strategy ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2020 ， 35 （ 6 ）： 1239 - 1250 .

张辉，张凯涛，肖曦，等 . 模拟直流发电机特性的储能变换器控制策略［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 20 ）： 126 - 132 .

ZHANG Hui ， ZHANG Kaitao ， XIAO Xi ， et al . Control strategy of energy storage converter for simulating DC generator characteristics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 20 ）： 126 - 132 .

张辉，谭树成，肖曦，等 . 具有直流电机特性的储能接口变换器控制策略［J］. 高电压技术， 2018 ， 44 （ 1 ）： 119 - 125 .

ZHANG Hui ， TAN Shucheng ， XIAO Xi ， et al . Control strategy of energy storage converter with DC machine characteristics ［J］. High Voltage Engineering ， 2018 ， 44 （ 1 ）： 119 - 125 .

崔健，吕志鹏，盛万兴，等 . 一种新型虚拟直流电机控制技术［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 10 ）： 3029 - 3038 .

CUI Jian ， LÜ Zhipeng ， SHENG Wanxing ， et al . A new control technology based on virtual DC motor ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 10 ）： 3029 - 3038 .

何富桥，李振宇，杨荣峰，等 . 海上平台新能源单元主动式虚拟直流电机技术［J］. 船舶工程， 2020 ， 42 （ 10 ）： 90 - 96 .

HE Fuqiao ， LI Zhenyu ， YANG Rongfeng ， et al . Active virtual DC generator technique for new-energy unit of offshore platform ［J］. Ship Engineering ， 2020 ， 42 （ 10 ）： 90 - 96 .

支娜，丁可，黄庆辉，等 . 基于 P - U 下垂特性的虚拟直流电机控制策略［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 6 ）： 1238 - 1248 .

ZHI Na ， DING Ke ， HUANG Qinghui ， et al . A virtual DC motor control strategy based on P - U drooping characteristics ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 6 ）： 1238 - 1248 .

王勉，唐芬，赵宇明，等 . 虚拟直流电机的参数自适应控制策略［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 14 ）： 148 - 155 .

WANG Mian ， TANG Fen ， ZHAO Yuming ， et al . Parameter adaptive control strategy of virtual DC machine ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 14 ）： 148 - 155 .

崔健，房建军 . 虚拟直流电机技术参数分析及虚拟惯量自适应控制［J/OL］. 电源学报［ 2021-01-15 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/12.1420.TM.20210105.1037.002.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/12.1420.TM.20210105.1037.002.html .

CUI Jian ， FANG Jianjun . Parameters analysis and virtual inertia adaptive control of virtual DC motor technique ［J/OL］. Journal of Power Supply ［ 2021-01-15 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/12.1420.TM.20210105.1037.002.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/12.1420.TM.20210105.1037.002.html .

张勤进，张瀚文，刘彦呈，等 . 基于参数自适应的直流微源虚拟发电机控制策略［J］. 电力系统保护与控制， 2021 ， 49 （ 18 ）： 90 - 97 .

ZHANG Qinjin ， ZHANG Hanwen ， LIU Yancheng ， et al . Control strategy for a DC micro source virtual generator based on adaptive parameters ［J］. Power System Protection and Control ， 2021 ， 49 （ 18 ）： 90 - 97 .

ZHI N ， DING K ， DU L ， et al . An SOC-based virtual DC machine control for distributed storage systems in DC microgrids ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2020 ， 35 （ 3 ）： 1411 - 1420 .

王勉，唐芬，赵宇明，等 . 虚拟直流电机并联协调控制方法［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 10 ）： 3875 - 3885 .

WANG Mian ， TANG Fen ， ZHAO Yuming ， et al . Parallel coordinated control method of virtual DC machines ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 10 ）： 3875 - 3885 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

无差调频过程中微电源功率分配策略设计

Frequency Regulation Method for Motor Load Participating in Fast Frequency Response in Independent Microgrids

Equivalent Projection Based Cooperative Optimal Operation Method for Multi-microgrid Flexible Distribution System

Related Author

SHI Shanshan

LU Zongxiang

MIN Yong

WANG Yang

FANG Yan

LI Jinghua

LAN Fei

XIE Lingling

Related Institution

State Key Lab of Power Systems， Department of Electrical Engineering， Tsinghua University

East China Electric Power Test & Research Institute Company Limited

Guangxi Key Laboratory of Power System Optimization and Energy Technology (Guangxi University)

State Grid Electric Power Research Institute (NARI Group Corporation)

Key Laboratory of Guangxi Electric Power System Optimization and Energy-saving Technologys (Guangxi University)

⁰