一种基于储能装置的发电机功率振荡阻尼控制器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于储能装置的发电机功率振荡阻尼控制器，包括两个微处理器MCU1和MCU2，微处理器MCU1用于执行输入状态采集，微处理器MCU2用于阻尼控制，包括根据微处理器MCU1采集所得发电机的输出功率，微处理器MCU2得到储能装置功率调节系统的给定有功调节信号并输出。该控制器利用非线性比例-积分-微分控制器产生用于抑制发电机功率振荡的功率调节指令，控制策略具有控制策略实现简单，控制器鲁棒特性好等特点；通过双CPU的协同工作配合，有效提高了控制器的实时性，大大缩小复杂控制算法的执行周期；还可以通过修改控制策略实现储能装置在电力系统的其它应用，具有结构简单，工程上易于实现的特点。
【专利说明】—种基于储能装置的发电机功率振荡阻尼控制器【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统功率振荡阻尼控制【技术领域】，尤其是涉及一种利用储能装置的动态不平衡功率补偿，为电力系统提供振荡阻尼，以抑制发电机功率振荡的控制器。
【背景技术】
[0002]在我国西电东送、南北互供、全国联网的形势下，长距离、重负荷的输电线或地区电网之间联络线上发生低频功率振荡的可能性将会大大增加。电力系统发生低频功率振荡时，发电机的功率和功角会以0.2~2.5Hz的频率进行长时间持续振荡，并且由于参与振荡的机组转子会进行相对摆动，输电线路功率来回传输，特别当振荡较严重时，还会使系统不能维持同步运行，发生振荡失步，因此它的出现会严重威胁电网的安全运行。如何提高发电机的阻尼，使其在系统扰动后，能够快速恢复稳态运行，是提高系统动态稳定特性的一个重要途径。储能装置由于能够快速与电力系统进行动态有功功率交换，改变系统的电气阻尼，在电力系统中表现出可控变阻尼特性，因此用它来解决功率振荡问题将是一种有效的措施。同目前广泛应用的PSS (电力系统稳定器)相比，储能装置具有装设地点不受限制，对于发电机和系统运行状态的变化适用性强等优点，并且易于解决多模振荡的抑制问题。与其它柔性交流输电装置，如TCSC(可控串补)、STATC0M(静止无功补偿)等比较，储能装置具有不影响系统的电压稳定，对节点负载的工作干扰小等特点。
[0003]实现储能装置在电力系统应用的控制一般具有外环控制和内环控制两个层次，其中外环控制器是储能装置的主控制器，用于根据系统的需求，向储能装置的功率调节系统的内环控制器提供所 需要的有功和无功功率调节指令值，而内环控制器则通过对功率调节系统的变流器开关元件进行相应触发控制，按照外环控制的要求，对被控对象进行有功和无功功率的四象限独立调节。因此，储能装置虽然具备多种电力系统应用，但它的正常工作和有效利用是需要相应的外环控制器来保证的。
[0004]随着计算机技术的迅速发展和广泛应用，以及近代数学的发展，控制理论也经历了从古典控制理论到现代控制理论的发展过程，并不断推陈出新，从而为满足在越来越复杂的系统中实现越来越高控制目标的需要提供了有力的保证。近年来，已先后有多种基于经典控制理论或现代控制理论的方法用于储能装置外环控制器的设计，而且由于储能装置控制器是针对储能系统对被控对象的控制目标而设计的，因此对于储能装置在电力系统中的应用，其控制器的研究主要是围绕改善系统动态特性和提高电压稳定性两个方面展开。但目前尚未出现具有实用意义的技术方案。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是从改善系统动态特性和提高电压稳定性这两个角度出发，提供一种基于储能装置的发电机功率振荡阻尼控制器。
[0006]本发明技术方案提供一种基于储能装置的发电机功率振荡阻尼控制器，包括两个微处理器MCUl和MCU2，[0007]微处理器MCUl用于执行输入状态采集，
[0008]微处理器MCU2用于阻尼控制，包括根据微处理器MCUl采集所得发电机的输出功率Pe，微处理器MCU2得到储能装置功率调节系统的给定有功调节信号Pref并输出。
[0009]而且，设置有存储器、模数转换器、网络通信器、异步串行通信器，微处理器MCUl和MCU2、存储器、模数转换器、网络通信器、异步串行通信器分别通过总线连接，异步串行通信器和储能装置的的功率调节系统连接，模数转换器采样发电机机端的输入状态。
[0010]而且，通过异步串行通信器，向储能装置功率调节系统发送四种工作模式调整命令，包括储能模式命令、功率跟踪模式命令、非功率跟踪模式命令和释能命令，相应处理如下，
[0011]当储能装置上电或复位时，功率调节系统工作于默认的功率跟踪模式；
[0012]当通过异步串行通信器向功率调节系统发出储能模式命令后，功率调节系统随即切换至储能控制方式，通过调节最终使储能装置按设定值储能；
[0013]当通过异步串行通信器向功率调节系统发出功率跟踪工作模式命令后，功率调节系统随即转入功率跟踪控制模式；并按周期根据采集所得发电机的输出功率Pe执行阻尼控制以确定储能装置交换功率的参考值，此时参考值为给定有功调节信号PMf，然后将此参考值通过异步串行通信器发送给功率调节系统；
[0014]当准备发出非功率跟踪工作模式命令时，先向功率调节系统发送有功调节和无功调节等于零的功率参考值，接着再向功率调节系统发送非功率跟踪工作模式命令，使功率调节系统返回到上电或复位初始工作状态，同时不再向功率调节系统输出交换功率的参考值；
[0015]当准备发出释能命令时，先向功率调节系统发送有功调节和无功调节等于零的功率参考值，接着再向功率调节系统发送释能命令，对储能装置的功率调节系统执行释能工作模式的运行控制。
[0016]而且，
[0017]微处理器MCUl控制模数转换器以预设采样周期进行发电机机端的输入状态采集，包括每进行16次采样后，利用自身的10_pin控制引脚向微处理器MCU2的INTO引脚发出外部中断使能信号，然后利用各相电压和电流信号的最近N个采样值，按式(4)-式(8)获取发电机输出有功功率的实际值Pe，然后存入DPRAM相应单元，并利用计算实际值Pe后的剩余时间进行一次DM9000a的存储器扫描，以检查是否存在来自上位机对储能装置的工作模式调整命令，若存在工作模式调整命令，则将该模式控制命令存入DPRAM单元，否则继续进行输入状态采集；
[0018]微处理器MCU2经INTO引脚收到外部中断使能信号时，首先检查INTl引脚是否接到来自储能装置的储能元件工作异常中断触发信号，若是则立刻对储能装置的功率调节系统执行释能命令相应处理，若否则通过DPRAM实时获取微处理器MCUl存入的发电机5ms前发电机输出有功功率的实际值Pe，然后根据预设数值M进行处理，
[0019]若当前INTO外部中断次数累积没有达到预设的M次时，则接着检查DPRAM中是否存在工作模式调整命令，若存在，则从DPRAM中读取得到更新的工作模式调整命令，返回等待下一个INTO外部中断到来；
[0020]若当前INTO外部中断次数累积达到M次时，则根据5ms前发电机输出有功功率的实际值Pe获取储能装置功率调节系统的给定有功调节信号Pm，然后判断是否处于功率跟踪模式，
[0021]当INTO外部中断次数累积达到M次且处于功率跟踪模式时，则将当前所得PMf传送给功率调节系统，然后检查DPRAM中是否存在工作模式调整命令，若存在，则从DPRAM中读取得到更新的工作模式调整命令，然后返回等待下一个INTO外部中断到来；
[0022]当INTO外部中断次数累积达到M次且不处于功率跟踪模式时，则忽略当前所得Pref并进行相应处理，返回等待下一个INTO外部中断到来。
[0023]而且，微处理器MCU2采用式(I)所述控制方程实现发电机功率振荡的阻尼控制，
【权利要求】
1.一种基于储能装置的发电机功率振荡阻尼控制器，其特征在于:包括两个微处理器MCUl 和 MCU2， 微处理器MCUl用于执行输入状态米集， 微处理器MCU2用于阻尼控制，包括根据微处理器MCUl采集所得发电机的输出功率Pe，微处理器MCU2得到储能装置功率调节系统的给定有功调节信号Pref并输出。
2.根据权利要求1所述基于储能装置的发电机功率振荡阻尼控制器，其特征在于:设置有存储器、模数转换器、网络通信器、异步串行通信器，微处理器MCUl和MCU2、存储器、模数转换器、网络通信器、异步串行通信器分别通过总线连接，异步串行通信器和储能装置的的功率调节系统连接，模数转换器采样发电机机端的输入状态。
3.根据权利要求2所述基于储能装置的发电机功率振荡阻尼控制器，其特征在于:通过异步串行通信器，向储能装置功率调节系统发送四种工作模式调整命令，包括储能模式命令、功率跟踪模式命令、非功率跟踪模式命令和释能命令，相应处理如下， 当储能装置上电或复位时，功率调节系统工作于默认的功率跟踪模式； 当通过异步串行通信器向功率调节系统发出储能模式命令后，功率调节系统随即切换至储能控制方式，通过调节最终使储能装置按设定值储能； 当通过异步串行通信器向功率调节系统发出功率跟踪工作模式命令后，功率调节系统随即转入功率跟踪控制模式；并按周期根据采集所得发电机的输出功率Pe执行阻尼控制以确定储能装置交换功 率的参考值，此时参考值为给定有功调节信号PMf，然后将此参考值通过异步串行通信器发送给功率调节系统； 当准备发出非功率跟踪工作模式命令时，先向功率调节系统发送有功调节和无功调节等于零的功率参考值，接着再向功率调节系统发送非功率跟踪工作模式命令，使功率调节系统返回到上电或复位初始工作状态，同时不再向功率调节系统输出交换功率的参考值； 当准备发出释能命令时，先向功率调节系统发送有功调节和无功调节等于零的功率参考值，接着再向功率调节系统发送释能命令，对储能装置的功率调节系统执行释能工作模式的运行控制。
4.根据权利要求3所述基于储能装置的发电机功率振荡阻尼控制器，其特征在于: 微处理器MCUl控制模数转换器以预设采样周期进行发电机机端的输入状态采集，包括每进行16次采样后，利用自身的1_pin控制引脚向微处理器MCU2的INTO引脚发出外部中断使能信号，然后利用各相电压和电流信号的最近N个采样值，按式(4)-式(8)获取发电机输出有功功率的实际值Pe，然后存入DPRAM相应单元，并利用计算实际值Pe后的剩余时间进行一次DM9000a的存储器扫描，以检查是否存在来自上位机对储能装置的工作模式调整命令，若存在工作模式调整命令，则将该模式控制命令存入DPRAM单元，否则继续进行输入状态采集； 微处理器MCU2经INTO引脚收到外部中断使能信号时，首先检查INTl引脚是否接到来自储能装置的储能元件工作异常中断触发信号，若是则立刻对储能装置的功率调节系统执行释能命令相应处理，若否则通过DPRAM实时获取微处理器MCUl存入的发电机5ms前发电机输出有功功率的实际值Pe，然后根据预设数值M进行处理， 若当前INTO外部中断次数累积没有达到预设的M次时，则接着检查DPRAM中是否存在工作模式调整命令，若存在，则从DPRAM中读取得到更新的工作模式调整命令，返回等待下一个INTO外部中断到来； 若当前INTO外部中断次数累积达到M次时，则根据5ms前发电机输出有功功率的实际值Pe获取储能装置功率调节系统的给定有功调节信号PMf，然后判断是否处于功率跟踪模式， 当INTO外部中断次数累积达到M次且处于功率跟踪模式时，则将当前所得PMf传送给功率调节系统，然后检查DPRAM中是否存在工作模式调整命令，若存在，则从DPRAM中读取得到更新的工作模式调整命令，然后返回等待下一个INTO外部中断到来； 当INTO外部中断次数累积达到M次且不处于功率跟踪模式时，则忽略当前所得PMf并进行相应处理，返回等待下一个INTO外部中断到来。
5.根据权利要求1或2或3或4所述基于储能装置的发电机功率振荡阻尼控制器，其特征在于:微处理器MCU2采用式(I)所述控制方程实现发电机功率振荡的阻尼控制，
6.根据权利要求1或2或3或4所述基于储能装置的发电机功率振荡阻尼控制器，其特征在于:微处理器MCUl按式(4)-式(8)，计算各相机端电压和电流信号的有效值Uph、Iph，以及各相有功功率Pph，进而求出发电机输出有功功率的实际值Pe =Σ Pph,
【文档编号】H02J3/24GK104037789SQ201410288602
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】宋萌, 彭晓涛, 王达达, 胡南南, 周勇, 周歧林, 张彬, 谷志华 申请人:武汉大学