一种微网储能的变流器控制方法与流程

本发明涉及一种微网储能变流器，尤其涉及一种微网储能的变流器控制方法。

背景技术：

随着经济的发展，环境污染与能源短缺成为世界各国都面临的严重问题，这使得太阳能、风能等可再生能源迅速发展。二极管不可控整流器以及晶闸管的相控整流器具有输入电流畸变严重、功率因数低、易造成电磁干扰等缺陷而被日渐淘汰。PWM整流器因具有系统动态响应速度快、谐波含量低、功率因数高等优势。随着整流器技术的发展,三电平PWM整流器可以使耐压低、工作电流小的功率器件工作在高压大功率场合,并且能够比两电平更加显著的降低电流谐波而受到了广泛的关注。

太阳能、风能等分布式发电能源具有随机性、间歇性与可调度性差的特点。因此，为了最大限度地发挥分布式发电技术的经济性，实现能够自我控制、保护与管理的微网开始受到广泛关注。其中，储能系统对改善微网电能质量、削峰填谷、不间断供电等方面具有非常重要的作用，是微网稳定运行的关键。变流器作为储能系统的对外接口，承担着能量双向流动的重要职责，其性能的好坏直接影响到整个微网系统的运行状况。传统PWM变流器功率开关损耗较大、电流谐波含量高、网侧功率因数低且直流电压纹波大，不宜用于微网储能系统。

技术实现要素：

为了克服微网储能变流器的动、静态性能存在的难题，本发明提出一种微网储能的变流器控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明微网储能变流器整体采用基于电网电压定向的矢量控制方式，并结合电压电流双闭环控制方法。

微网储能的变流器控制方法包括微网储能变流器、电压外环和电流内环三个部分。

所述微网储能变流器由六个IGBT开关管组成的桥式电路组成，并采用PWM调制的方式进行控制。

所述电压外环主要控制并稳定直流侧输出电压，采用PI控制。

所述电流内环控制网侧电流使其正弦化，并控制系统的有功功率和无功功率。

本发明的有益效果是：提出融合了前馈解耦控制的电网电压定向双闭环控制策略，在三相电压源型变流器( d，q) 坐标系数学模型的基础上，以电网电压矢量定向并同步旋转，电流内环采用前馈解耦直接电流控制，解耦了有功电流与无功电流，提高了内环电流的跟踪速度与精度，同时加速了外环电压的响应速度。仿真结果表明，变流器系统响应速度快、网侧电流谐波含量低、直流侧电压稳定且纹波电压小，能以单位功率因数双向运行。提出的控制方法可行有效，具有应用参考价值。

附图说明

图1 微网储能变流器。

图2 变流器整体控制结构。

图3 电流内环控制结构。

图4 电压外环控制结构。

具体实施方案

图1中，图中为网侧相电压，ia\b\c为网侧相电流；为网侧电感； r\* MERGEFORMAT 为交流侧等效电阻；c\* MERGEFORMAT 为直流侧电容；udc为直流侧电压；idc为直流侧电流；rl为直流侧等效电阻；il为直流侧等效电阻电流。定义sj为变流器单极性二值逻辑开关函数，则sj=1，上桥臂导通，下桥臂关断；sj=0，下桥臂导通，上桥臂关断。其中，j = a，b，c。

微网储能变流器控制的主要目的是使网侧电流正弦和直流侧电压稳定，为实现目标，采用基于电网电压定向的直接电流控制方式。采用坐标变换的方法将网侧相电压和相电流变换为两相同步旋转坐标系( d，q ) 下的直流分量。电网电压矢量E与同步旋转坐标系中的d轴同向重合并以电网角频率MERGEFORMAT 逆时针同步旋转。

当网侧电压恒定不变并且不考虑系统损耗时，变流器直流侧电压udc与有功电流id成正比。又因为有功功率p 与id成正比，所以通过控制变流器有功电流id即有功功率p 就可实现对直流侧电压udc的控制。

图2中，直流指令电压u*dc与实测反馈值udc\* MERGEFORMAT 的差值作为外环PI调节器的输入，输出为有功电流指令i*c。i*d为正时，变流器运行于整流状态，其从微网交流母线上获取电能，单位功率因数时网侧相电压与相电流相位相同；i*d为负时，变流器运行于有源逆变状态，其向微网交流母线传输电能，单位功率因数时网侧相电压与相电流相位相反。

电流内环主要控制网侧电流使其正弦化，并控制系统的有功功率和无功功率。其根据电压外环输出的有功电流指令i*d\* MERGEFORMAT 控制系统的有功功率，根据设定的无功电流指令i*q控制无功功率，以获得给定的功率因数，设置i*q=0，可以实现变流器以单位功率因数运行。电流内环经PI 调节器输出信号u*d与u*q，经过 \* MERGEFORMAT 逆变换后，得到SVPWM 调制所需的合成参考电压 \* MERGEFORMAT 与u*q\* MERGEFORMAT ，最终得到相应的开关管驱动信号Sa，Sb，Sc，实现对变流器的控制。