并网状态下单相储能变流器PQ控制的方法与流程

本发明涉及并网状态下单相储能变流器的控制，具体地，涉及并网状态下单相储能变流器pq控制的方法。

背景技术：

随着能源消耗的日益增长，世界各国对新能源的开发越来越重视。分布式新能源以微电网的形式接入大电网运行，是实现分布式发电大规模应用的有效手段。

单相的电力系统是配电网中可再生能源利用的一种重要形式，单相双向变流器可以实现直流储能单元与交流电网之间的双向能量传递，可以将富余的电能转移到储能单元，在电网供电不足时回馈给电网，从而有效调节电网峰谷，同时维持电网电压和频率的稳定。

对于单相pq控制而言，现有的技术一般是直接采集电网侧的电流进行控制，但是电网侧电流变化较大，不宜跟随，快速性和准确性都较差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种并网状态下单相储能变流器pq控制的方法，该并网状态下单相储能变流器pq控制的方法克服了现有技术中直接采集电网侧的电流进行控制容易造成电网侧电流变化较大，不宜跟随，快速性和准确性都较差的问题，通过控制电压来实现有功、无功控制的控制，提高控制的快速性和准确性。

为了实现上述目的，本发明提供一种并网状态下单相储能变流器pq控制的方法，该方法包括：

步骤1，采用单相锁相环技术对网侧单相电压us进行锁相，得到相位θ，对网侧单相电压us延迟1/4周期得到虚拟网侧电压um，对网侧单相电压us和虚拟网侧电压um均进行旋转坐标变换分别得到旋转坐标系下的网侧旋转电压ud和虚拟旋转电压uq；

步骤2，采样主电路网侧电流is，并延迟1/4周期后得到虚拟网侧电流im，再对网侧电流is和虚拟网侧电流im进行旋转坐标变换得到旋转坐标系下的网侧旋转电流id和虚拟旋转电流iq；

步骤3，将网侧旋转电流id和虚轴旋转电流iq分别与参考值id*和iq*比较后，经过比例积分调节器，得到d轴调节值upid和q轴调节值upiq；

步骤4，将网侧旋转电压ud减去d轴调节值upid，再加上虚轴旋转电流iq与电网频率ω和并网电感l的乘积，得到d轴电压控制值：

vd＝-upid+ωliq+ud；

步骤5，将虚轴旋转电压uq减去q轴调节值upid，再减去网侧旋转电流id与电网频率ω、并网电感l的乘积，得到q轴电压控制值vq＝-upiq-ωlid+uq；

步骤6，对d轴电压控制值vd和q轴电压控制值vq进行静止坐标变换得到实轴控制量vs和虚轴控制量vm；其中实轴控制量vs经由pwm发生器后提供给主电路。

优选地，在步骤1中，

旋转坐标变换满足下式数学关系：

优选地，在步骤3中，id*和iq*通过如下公式得到：

其中，p和q分别为有功功率和无功功率给定值。

优选地，在步骤6中，静止坐标变换满足下式数学关系：

通过上述技术方案，将电流的变化反映到电压上，通过控制电压来实现有功、无功控制的控制，提高控制的快速性和准确性。本发明提出控制方法能够在并网情况下基本稳定输出，即使期望的有功功率、无功功率发生变化，仍能实时平滑跟踪参考值，具有较高的准确性。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是说明本发明的一种优选实施方式的并网状态下单相储能变流器拓扑结构框图；

图2是说明本发明的一种优选实施方式的单相储能变流器的控制流程图；

图3a是说明本发明的一种优选实施方式进行测试时工况1条件下输出的有功功率和无功功率示意图；

图3b是说明本发明的一种优选实施方式进行测试时工况1条件下网侧电压、电流波形示意图；

图4a是说明本发明的一种优选实施方式进行测试时工况2条件下输出的有功功率和无功功率示意图；

图4b是说明本发明的一种优选实施方式进行测试时工况2条件下网侧电压、电流波形示意图；

图5a是说明本发明的一种优选实施方式进行测试时工况3条件下输出的有功功率和无功功率示意图；以及

图5b是说明本发明的一种优选实施方式进行测试时工况3条件下网侧电压、电流波形示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供一种并网状态下单相储能变流器pq控制的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤1，采用单相锁相环技术对网侧单相电压us进行锁相，得到相位θ，对网侧单相电压us延迟1/4周期得到虚拟网侧电压um，对网侧单相电压us和虚拟网侧电压um均进行旋转坐标变换分别得到旋转坐标系下的网侧旋转电压ud和虚拟旋转电压uq；

步骤2，采样主电路网侧电流is，并延迟1/4周期后得到虚拟网侧电流im，再对网侧电流is和虚拟网侧电流im进行旋转坐标变换得到旋转坐标系下的网侧旋转电流id和虚拟旋转电流iq；

步骤3，将网侧旋转电流id和虚轴旋转电流iq分别与参考值id*和iq*比较后，经过比例积分调节器，得到d轴调节值upid和q轴调节值upiq；

步骤4，将网侧旋转电压ud减去d轴调节值upid，再加上虚轴旋转电流iq与电网频率ω和并网电感l的乘积，得到d轴电压控制值：

vd＝-upid+ωliq+ud；

步骤5，将虚轴旋转电压uq减去q轴调节值upid，再减去网侧旋转电流id与电网频率ω、并网电感l的乘积，得到q轴电压控制值vq＝-upiq-ωlid+uq；

步骤6，对d轴电压控制值vd和q轴电压控制值vq进行静止坐标变换得到实轴控制量vs和虚轴控制量vm；其中实轴控制量vs经由pwm发生器后提供给主电路。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤1中，

旋转坐标变换满足下式数学关系：

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤3中，id*和iq*通过如下公式得到：

其中，p和q分别为有功功率和无功功率给定值。

在本发明的一种优选实施方式中，在步骤6中，静止坐标变换满足下式数学关系：

根据前文所述的计算步骤，采用商业仿真软件pscad，使用附图1中的测试模型对本发明提出的基于矢量控制方法的有效性进行测试。下表1为测试模型的主要参数。

表1测试模型主要参数

分别对三种工况进行测试：

工况1，仿真总时长设置为0.25s，采用0.5us的仿真步长进行仿真。设置有功功率为8kw，无功功率为0。

工况2，仿真总时长设置为0.25s，采用0.5us的仿真步长进行仿真。设置有功功率为0，无功功率为-10kw。

工况3，仿真总时长设置为0.25s，采用0.5us的仿真步长进行仿真。设置有功功率为6kw，无功功率为-8kw。

从图3-图5中的仿真波形的分析比较可以看出，本文提出控制方法能够在并网情况下基本稳定输出，即使期望的有功功率、无功功率发生变化，仍能实时平滑跟踪参考值，具有较高的准确性。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。