一种储能变流控制器的rtds闭环测试方法
【专利摘要】一种储能变流控制器的RTDS闭环测试方法，所述方法利用RTDS/RSCAD仿真系统建立测试平台，对储能变流控制器进行闭环测试，根据RTDS输入输出特性，把储能变流控制器所需要的模拟量通过功率放大器输出，而控制器所发出的脉冲以数字量的形式输入给RTDS，控制主电路逆变器中功率开关管的开断，计算软件RSCAD完成对其监控，实现对储能变流控制器的各种性能测试；所述测试方法由储能变流控制器闭环测试系统实现完成。本发明利用RTDS输入输出功能对储能变流控制器进行充放电实验，主要对储能变流控制器中采用的P/Q控制方式、恒流控制方式、V/f控制方式下的充放电实验进行了实时闭环仿真测试，通过该方法测试的储能变流控制器都能改善微网的电能质量等。
【专利说明】—种储能变流控制器的RTDS闭环测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种储能变流控制器的RTDS闭环测试方法，属电力系统储能【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来，风电光伏产业的迅猛发展推动了大容量储能产业的发展。储能系统已被视为电力生产过程中“米一发一输一配一用一储”六大环节中的一个重要组成部分，系统中引入储能环节后，不仅可以有效地进行需求侧管理，削峰平谷，平滑负荷功率，还可以更有效的提高电力设备利用率，降低供电成本，同时还可以促进可再生能源的大量应用，尤其是解决类似于风力发电这样的具有波动性的新能源并网问题。除此以外，储能系统的应用还可以提高电力系统运行的稳定性和经济性，参与系统调峰调频，配合电力系统统一调度。
[0003]储能变流控制器应用场合十分广泛，主要应用在储能电站、微网与应急电源等场合。它主要用来平滑波动性电源功率输出；在离网运行下，可做主电源提供电压频率支撑；改善微网的电能质量等。
[0004]目前可再生能源已广泛应用，光伏、风能的研究也成为热点，以光伏、风能构建的微网中，都会涉及到储能。在光伏并网仿真系统中，直流侧采用直流电容进行储能，但实际中，仅对直流端进行储能不能满足控制要求，还需要在交流端进行储能，主要针对交流侧储能进行充放电过程模拟仿真，这就要求AC-DC电路既能作为整流器也能充当逆变器运行，即要使功率双向变流，实现逆变器的四象限运行控制，目前采用基于VOC新策略并结合SVPWM调制方式来实现储能变流充放电控制过程，包括恒有功功率、无功功率、恒电压及恒电流控制方式下的充放电过程模拟及各种控制方式下的工况转换仿真。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是，利用RTDS/RSCAD仿真系统建立测试平台，对储能变流控制器进行闭环测试，实现对储能变流控制器的各种性能测试；通过对储能变流控制器的闭环测试，解决储能变流控制器的存在的问题，同时也就解决了储能变流控制器对新能源发电的随动性、波动性问题，实现新能源发电的平滑输出，能有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化，使大规模的风电及光伏发电方便可靠地并入常规电网。
[0006]实现本发明的技术方案是，利用RTDS/RSCAD仿真系统建立测试平台，对储能变流控制器进行闭环测试，根据RTDS输入输出特性，把储能变流控制器所需要的模拟量通过功率放大器输出，而控制器所发出的脉冲以数字量的形式输入给RTDS，控制主电路逆变器中功率开关管的开断，计算软件RSCAD完成对其监控，实现对储能变流控制器的各种性能测试。
[0007]储能变流控制器在测试中要求满足储能系统的能量双向流动，即能实现从DC到AC的能量流动(放电模式)，也可以从AC到DC的能量流动(充电模式)，储能变流控制器的额定功率要能满足储能电池的长时间工作，最大功率能满足储能电池的快速放电能力，可以实现对太阳能光伏电站/风电场的调压调频功能。
[0008]储能变流控制器控制类型包括并网型、离网型及双模式系统。不同的系统控制策略不同，尤其在双模式系统下，要能实现并网与离网系统的无缝切换。在并网条件下，储能变流控制器的主控方式采用P/Q控制方式；在离网条件下，储能变流控制器的主控方式采用V/f控制方式。如图1所示。
[0009]本发明测试方法由储能变流控制器闭环测试系统实现完成。储能变流控制器闭环测试系统结构包括RSCAD仿真模型、GTAO卡、功率放大器、GTDI卡、储能变流控制装置和RTDS系统；GTA0卡和GTDI卡分别插入RTDS系统的相应接口上，由RSCAD仿真模型输入的电压量(ea、eb、e。)和电流量(ia、ib、i。)通过GTAO卡接功率放大器，输入信号经放大器放大后的模拟量进入储能变流控制装置，经储能变流控制装置信号的模拟量变成了数字量脉冲，该脉冲通过GTDI卡接入RSCAD仿真模型逆变桥的控制端。
[0010]储能变流控制器是控制储能电池充放电的控制装置。实际上就是对AC-DC电路的控制，使AC-DC电路既作逆变器又做整流器，实现能量的双向传输。在并网条件下，采用基于VOC控制方式，在脱网条件下，采用V/f控制方式，并要完成各种工况之间的无缝切换，孤岛检测及低电压穿越等相关实验。
[0011]本发明方法可对储能变流控制器完成以下测试:
[0012](I)恒流控制
[0013]外环采用直流电流PI控制，维持充放电电流的恒定。电流给定值为储能电池允许的充放电电流，电流实际值由测量元件直接测得直流母线电流。直流电流外环调节经过限幅后，输出量作为电流内环有功电流的给定值。
[0014](2)恒压充放电
[0015]外环采用直流电压PI调节，维持电池电压的恒定。电压给定值为储能电池允许的电压值，电压实际值由测量元件直接测得直流母线电压。直流电压外环调节经过限幅后，输出量作为电流内环有功电流的给定值。
[0016](3)电流内环控制
[0017]电流内环控制也采用增量式PI闭环控制，分为有功调节和无功调节。电流给定值为功率闭环调节的输出量，电流实际值分别为dq坐标系下的d轴和q轴分量。单位功率因数下，无功电流给定值为O。
[0018](4) V/f 控制
[0019]离网模式下，储能系统独立给负荷供电或储能系统在微网中作主电源运行时，要为负荷提供电压和频率支撑，维持供电点电压和频率的稳定，采取定电压和定频率控制策略(V/f控制)。
[0020](5)P/Q充放电控制
[0021]外环采用有功功率P与无功功率Q进行PI调节，维持系统功率恒定，保证系统功率因数。功率给定值为储能电池允许的容量值，有功功率P经PI调节后，输出量作为电流内环有功电流的给定值，而无功功率经PI调节后，输出量作为电流内环无功电流的给定值。
[0022]本发明的有益效果是，本发明给出了储能变流控制器应用于微网系统中的各种波形，包括P/Q控制充放电、P/Q控制并网向V/f控制离网系统切换、V/f控制离网向并网切换。本发明利用RTDS输入输出功能对储能变流控制器进行充放电实验，主要对储能变流控制器中采用的P/Q控制方式、恒流控制方式、V/f控制方式下的充放电实验进行了实时闭环仿真测试，通过该方法测试的储能变流控制器都能改善微网的电能质量等。
[0023]储能变流控制器应用场合十分广泛，主要应用在储能电站、微网与应急电源等场合。它主要用来平滑波动性电源功率输出。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为储能变流控制器分类及控制策略结构示意图；
[0025]图2为储能变流控制器闭环测试系统连接图；
[0026]图3为恒流控制充放电实验波形；
[0027]图4为P/Q控制下充放电实验波形；
[0028]图5为V/f控制下放电实验波形；
[0029]图6为V/f控制下的投负荷实验波形。
【具体实施方式】
[0030]本发明具体在储能变流控制器RTDS实验中实施。
[0031](I)恒流控制充放电实验
[0032]在储能变流控制器中设定规定范围内的电流控制指令，设置合理的PI控制参数，运行系统，把储能变流控制器中发出的脉冲输入到RTDS中，在软件RSCAD中进行监控，观察波形是否正确。
[0033]现设定恒流控制充电指令为ID(；ef=0.2kA，放电控制指令ID(；ef=-0.2kA，充电指令为IDCMf=0.2kA模拟系统充电一放电一充电过程。启动仿真器，在RSCAD监控到的仿真波形如下图3所示。
[0034]图3中，I号曲线中的IA、IB与IC表示逆变器三相输出电流波形；2号曲线中的IBRK3A、IBRK3B与IBRK3C为负荷三相电流波形；3号曲线中的VAB、VBC与VCA表示网侧线电压波形；4号曲线中VABUVBC1与VCAl表示逆变器输出侧线电压波形；5号曲线中的IDC表示储能端直流电流波形；6号曲线中的P表示有功功率波形；7号曲线中的Q表示无功功率波形。
[0035]由图3可以看出，直流电流IDC按控制指令进行充放电切换，并网电压及电流波形对称，系统可控。
[0036]( 2) P/Q控制充放电实验
[0037]在控制器中设置功率控制指令，设置充电指令P,ef=0.2MW，放电指令P,ef=-0.1丽，放电指令PMf=0.2MW,无功功率指令Qm=O，储能侧直流电源值为640V，模拟系统充电一放电—充电切换。设置合理的PI控制参数，在RSCAD中监控到的仿真波形如下图4所示。
[0038]图4中，I号曲线中IA、IB与IC表示逆变器三相输出电流波形；2号曲线中IBRK3A、IBRK3B与IBRK3C负荷三相电流波形；3号曲线中VABl、VBCl与VCAl表示逆变器输出线电压波形；4号曲线中P表系统有功功率波形；5号曲线中Q表无功功率波形；6号曲线中N10、N11与N12表示网侧三相电压。
[0039]从图4中波形可以看出，P/Q控制成功实现了储能端充放电模拟，达到了能量双向传输的目的。并网电压与电流波形质量达到了相关要求。[0040](3) V/f控制实验
[0041]切除电网后，启用V/f控制程序，储能端独立向网侧负荷供电，保证供电点处电压与频率的稳定，本实验平台，逆变器输出侧线电压控制目标为270V，通过接口变压器与外电路负荷相连，负荷供电点处线电压为380V。V/f控制仿真波形如图5所示。
[0042]图5中，I号曲线中N1、N2与N3网侧相电压波形；2号曲线中IA、IB与IC表示逆变器交流输出侧三相电流波形；3号曲线中VAB、VBC与VCA表示网侧线电压波形；4号曲线中VABl、VBCI与VCAl表示逆变器输出线电压波形；5号曲线中IDC表示逆变器直流侧电流，正方向为流向储能电池。
[0043]V/f控制方式下，网侧电压与电流的控制达到了相关目标。考察V/f控制下的稳定下，可以采用投切负荷的方式，图6给出了投负荷来模拟扰动，考察其动态性能，波形如下图6所示。
[0044]图6中，I号曲线中IA、IB与IC表示逆变器输出三相电流；2号曲线中VAB1、VBC1与VCAl表示逆变器交流输出侧线电压波形；3号曲线中IDC表示逆变器直流侧电流，正方向为流向储能电池；4号曲线中N1、N2与N3网侧相电压波形。
[0045]由图6可知，V/f控制效果较好，投负荷瞬间，网侧电压波动很小，很快过渡到新的稳态。
【权利要求】
1.一种储能变流控制器的RTDS闭环测试方法，其特征在于，所述方法利用RTDS/RSCAD仿真系统建立测试平台，对储能变流控制器进行闭环测试，根据RTDS输入输出特性，把储能变流控制器所需要的模拟量通过功率放大器输出，而控制器所发出的脉冲以数字量的形式输入给RTDS，控制主电路逆变器中功率开关管的开断，计算软件RSCAD完成对其监控，实现对储能变流控制器的各种性能测试；所述测试方法由储能变流控制器闭环测试系统实现完成。
2.根据权利要求1所述的一种储能变流控制器的RTDS闭环测试方法，其特征在于，所述储能变流控制器闭环测试系统结构包括RSCAD仿真模型、GTAO卡、功率放大器、GTDI卡、储能变流控制装置和RTDS系统；GTA0卡和GTDI卡分别插入RTDS系统的相应接口上，由RSCAD仿真模型输入的电压量(ea、eb、ec)和电流量(ia、ib、i。)通过GTAO卡接功率放大器，输入信号经放大器放大后的模拟量进入储能变流控制装置，经储能变流控制装置信号的模拟量变成了数字量脉冲，该脉冲通过GTDI卡接入RSCAD仿真模型逆变桥的控制端。
3.根据权利要求1所述的一种储能变流控制器的RTDS闭环测试方法，其特征在于，所述方法可对储能变流控制器完成以下测试: (I)恒流控制；(2)恒压充放电；(3)电流内环控制；(4)V/f控制；(5)P/Q充放电控制。
4.根据权利要求3所述的一种储能变流控制器的RTDS闭环测试方法，其特征在于，所述恒流控制，即外环采用直流电流PI控制，维持充放电电流的恒定，电流给定值为储能电池允许的充放电电流，电流实际值由测量元件直接测得直流母线电流；直流电流外环调节经过限幅后，输出量作为电流内环有功电流的给定值。
5.根据权利要求3所述的一种储能变流控制器的RTDS闭环测试方法，其特征在于，所述恒压充放电，即外环采用直流电压PI调节，维持电池电压的恒定；电压给定值为储能电池允许的电压值，电压实际值由测量元件直接测得直流母线电压；直流电压外环调节经过限幅后，输出量作为电流内环有功电流的给定值。
6.根据权利要求3所述的一种储能变流控制器的RTDS闭环测试方法，其特征在于，所述电流内环控制，即电流内环控制也采用增量式PI闭环控制，分为有功调节和无功调节；电流给定值为功率闭环调节的输出量，电流实际值分别为dq坐标系下的d轴和q轴分量；单位功率因数下，无功电流给定值为O。
7.根据权利要求3所述的一种储能变流控制器的RTDS闭环测试方法，其特征在于，所述V/f控制，即离网模式下，储能系统独立给负荷供电或储能系统在微网中作主电源运行时，要为负荷提供电压和频率支撑，维持供电点电压和频率的稳定，采取定电压和定频率控制策略(V/f控制)。
8.根据权利要求3所述的一种储能变流控制器的RTDS闭环测试方法，其特征在于，所述P/Q充放电控制，即外环采用有功功率P与无功功率Q进行PI调节，维持系统功率恒定，保证系统功率因数；功率给定值为储能电池允许的容量值，有功功率P经PI调节后，输出量作为电流内环有功电流的给定值，而无功功率经PI调节后，输出量作为电流内环无功电流的给定值。
【文档编号】G05B23/02GK103970120SQ201310713633
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】赵勇, 孙军, 周宁, 曹蓓 申请人:国家电网公司, 国网江西省电力科学研究院