本发明属于电能质量优化领域，涉及微电网电能质量优化和控制方法，具体为一种对微电网中的statcom/bess装置改进的控制方法及其系统。
背景技术：
分布式微电网技术作为现代电力系统的关键技术之一引起了各国科研人员的高度重视，成为近年来电力行业研究中的重要一面。静止同步补偿器(statcom)在电网中的无功补偿能力和稳定电压的作用使得其在微电网中被广泛应用。但是statcom中的电压型逆变器在工作过程中主要是与微电网系统进行无功交换，当系统中存在有功损耗时statcom的作用就有所欠缺了。而如果在statcom系统中加入蓄电池系统(bess)，组合成一种既可以对系统进行无功补偿又可以调节有功功率的新装置，即带蓄电池储能系统的静止同步补偿器statcom/bess。对该装置进行合理的控制能有效地实现电能质量的优化。
传统直接功率控制(dpc)是由开关表中预存的电压矢量选择开关状态，并由脉冲生成模块对三相桥臂上的开关管进行通断控制进而实现对功率的调节。因此直接功率控制的核心是开关表模块，开关表的电压矢量和开关状态的对应关系精确度将直接影响控制效果。传统预测功率下的直接功率控制(p-dpc)可以在没有开关表上电压矢量和开关状态的固定的对应关系下实现开关频率的灵活变化，从而对statcom/bess系统进行控制。但这种多应用于pwm整流器中的控制方法为了简化算法往往是将无功功率置零后再进行控制，而在具有statcom/bess装置的微电网系统中需综合考虑对有功功率和无功功率的控制效果，因此这种控制方法会导致对无功功率控制不足，并且该控制方法采用的线性插值预测参考功率的误差较大。
技术实现要素：
根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种对微电网中的statcom/bess装置改进的控制方法及其系统，使得statcom/bess系统输出功率波动小、直流侧电压稳定且具有很好的功率跟踪控制和快速调节功率能力。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于p-dpc的statcom/bess微电网协同控制系统，电网的电源输出端和负载之间连接有statcom，statcom中的电压逆变器的两端并联有蓄电池组组成statcom/bess，电源输出端依次连接有瞬时功率计算模块、功率预测模块和svpwm调制模块，svpwm调制模块的输出端输出目标矢量信号驱动statcom中的三相桥臂。
上述系统中，所述statcom/bess输出有功功率和无功功率数据到瞬时功率计算模块进行计算，计算负载有功和无功功率数据，并根据负载功率生成statcom/bess参考有功、无功功率数据，使statcom/bess抑制负载功率波动对电网的冲击。所述功率预测模块的输入量为当前电网电压、statcom/bess的参考功率和实际功率数据，计算后，得到目标电压矢量。
一种基于p-dpc的statcom/bess微电网协同控制方法，方法步骤包括：
步骤一：建立statcom/bess的数学模型；所述步骤一中的bess的数学模型采用线性电路模型。
步骤二：检测当前时刻电网电压、statcom/bess补偿电流和负载电流值，计算当前时刻的statcom/bess输出功率和负载功率；所述步骤二中：根据输出功率和负载功率，利用推导的p-dpc控制算法计算statcom交流输出电压的新表达式。
步骤三：记录k-2、k-1和k时刻参考功率值，计算k+1时刻的参考功率；步骤三中利用二阶拉格朗日插值法计算预测参考功率，过程为：设有已知三点，它们的坐标分别为(x0,y0)、(x1,y1)、(x2,y2)，则预测点y的坐标为：
则(k+1)时刻的参考功率为
步骤四：将步骤三通过推导计算，得到statcom交流侧电压矢量表达式。
步骤五：将得到的参考功率数值以及k-2、k-1、k时刻的参考功率检测到的当前时刻电网电压值送至svpwm调制模块，完成对变流器的定频控制。
本发明有益效果是:本发明可通过这种控制方法实现statcom/bess装置在微电网中具有很好的功率跟踪控制和快速调节功率的作用。本发明为了克服传统所采用的将功率预测和直接功率控制相结合(简称p-dpc)的控制策略，通常是将无功功率置零从而简化控制算法对statcom/bess装置的无功输出影响较大的缺点，在考虑无功功率这一变量的基础上重新推导了p-dpc控制算法，并且采用二阶拉格朗日插值算法代替传统的线性插值算法提高参考功率预测精度。本发明提出的方法能使得statcom/bess系统输出功率波动小、直流侧电压稳定且具有很好的功率跟踪控制和快速调节功率能力。
附图说明
下面对本说明书附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1是本发明的具体实施方式的应用控制框图。
图2是本发明的具体实施方式微电网系统中改进前系统a相相电压和相电流仿真结果图；
图3是本发明的具体实施方式微电网系统中改进后系统a相相电压和相电流仿真结果图；
图4是本发明的具体实施方式微电网系统中改进前statcom/bess装置输出的无功功率仿真结果图；
图5是本发明的具体实施方式微电网系统中改进后statcom/bess装置输出的无功功率仿真结果图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
一种基于p-dpc的statcom/bess微电网协同控制方法，方法步骤包括：
步骤一：建立statcom/bess的数学模型。statcom/bess数学模型建立的准确性是研究statcom/bess运行特性以及控制器设计的基础，statcom/bess整体装置建立准确的数学模型是statcom/bess装置性能特性分析以及运用正确的控制方法的必要条件，所以建立的数学模型的准确程度将直接影响控制器的设计和系统仿真。本发明中建立的数学模型中，蓄电池(bess)的数学模型采用线性电路模型,statcom的数学模型采用三相逆变两电平桥式电路模型，通过改变交流输出电压的幅值和相位就能实现statcom/bess装置发出或者吸收满足需要的有功和无功电流，进而实现动态地补偿系统所需的无功功率和有功功率。
步骤二、模型建立成功后，检测当前时刻电网电压、statcom/bess补偿电流和负载电流值，计算当前时刻的statcom/bess输出功率和负载功率，即计算出负载有功和无功功率数值。当前时刻电网电压的检测采用交流电压采样电路，通过隔离降压变压器进行降压处理，变为低压交流信号再进行后续滤波和放大处理。经过变压器变压之后需要对交流信号加入直流偏置，将信号电位整体提高。这种采样方式比较方便，结构简单，容易实现，并且在控制部分与输出之间加入了隔离降压变压器。负载电流值和statcom/bess补偿电流的检测，采用的是霍尔传感器电路，通过传感器将电流信号变为电压信号，相对于交流电压检测，交流电流检测只是将变压器替换为传感器，后端电路与交流电压检测电路一致。
statcom/bess系统的无功功率是存在的，并且是不容忽略的，传统p-dpc控制无法对无功功率进行调节。本发明为了加强对无功功率的控制，解决对无功功率控制不足、控制响应速度慢导致功率跟踪不足等问题，重新进行了p-dpc算法的推导，以便得到statcom交流输出电压的新表达式，解决了传统p-dpc控制算法应用于statcom/bess时产生无功功率波动较大的问题，有利于实现svpwm对装置的定频控制。
为了改善statcom/bess装置的无功功率输出，在考虑无功功率这一变量的基础上重新推导了p-dpc控制算法。将微电网电压ua、ub、uc，交流变流器交流侧电压eabc，电流iabc进行clark变换(clark变换是本领域常用的数据变换方式,本文不再赘述)，得usα、usβ分别为经过变换后的α和β轴上对应的微电网电压，esα、esβ分别为经过clark变换后的α和β轴上对应的交流变流器交流侧电压，iα、iβ分别为经过clark变换后的α和β轴上对应的交流变流器输出电流。则由瞬时功率理论可知statcom/bess装置的输出有功功率p、无功功率q分别为：
p＝usαiα+usβiβ，q＝-usαiβ+usβiα(1)
将式(1)中变量离散化，则得：在k时刻的瞬时功率分别为：
p(k)＝usα(k)iα(k)+usβ(k)iβ(k)，q(k)＝-usα(k)iβ(k)+usβ(k)iα(k)(2)
式(2)中，usα(k)、usβ(k)分别为在k时刻微电网电压ua(k)、ub(k)、uc(k)经过clark变换后的α和β轴上对应的微电网电压，iα(k)、iβ(k)分别为k时刻交流变流器输出电流ia(k)、ib(k)、ic(k)经过clark变换后的α和β轴上对应的交流变流器输出电流，p(k)、q(k)为k时刻statcom/bess装置的输出的瞬时有功和无功功率。
由采样理论知：当采样频率远远高于电网电压频率时，可以将电网电压看作是不变的，即
usα(k+1)＝usα(k),usβ(k+1)＝usβ(k)(3)
式(3)中，usα(k+1)、usβ(k+1)分别为在k+1时刻微电网电压ua(k+1)、ub(k+1)、uc(k+1)经过clark变换后的α和β轴上对应的微电网电压。
将式(2)、(3)联立，可得statcom/bess装置输出功率在时刻k到时刻k+1的变化为：
式(4)中，p(k+1)、q(k+1)分别为k+1时刻statcom/bess装置输出的瞬时有功和无功功率，iα(k+1)、iβ(k+1)分别为k+1时刻交流变流器输出电流ia(k+1)、ib(k+1)、ic(k+1)经过clark变换后的α和β轴上对应的交流变流器输出电流。
令采样周期为ts，则k+1时刻的预测电流为：
式(5)中，r和l分别为statcom/bess与微电网系统连接的电阻和电感，esα(k)、esβ(k)分别为k时刻交流变流器交流侧电压ea(k)、eb(k)、ec(k)经过clark变换后的α和β轴上对应的交流变流器交流侧电压。
将(5)代入(4)得：
则由上式得到statcom交流侧电压的矢量esα(k)、esβ(k)：
步骤二的目的是为了得到含有p(k+1)的statcom交流侧电压的矢量表达式计算出负载有功和无功功率数值。
步骤三：记录k-2、k-1和k时刻参考功率值。具体为根据负载功率生成statcom/bess参考有功和无功功率数值，使statcom/bess可以抑制负载功率波动对电网的冲击，保持电网输出功率的基本稳定。计算过程中常用线性插值预测参考功率，为了避免线性插值预测参考功率算法引起的误差较大，利用二阶拉格朗日插值法代替线性插值预测参考功率，算法简单、计算量小，还能提高系统的动态响应速度。
二阶拉格朗日插值法：设有已知三点，它们的坐标分别为(x0,y0)、(x1,y1)、(x2,y2)，则预测点坐标为:
则(k+1)时刻的参考功率为:
式中，pref(k-2)、pref(k-1)、pref(k)和qref(k-2)、qref(k-1)、qref(k)分别为k-2、k-1、k时刻的有功和无功参考功率，k-2、k-1、k时刻的有功和无功参考功率可以通过跟踪负载瞬时功率得到，pref(k+1)和qref(k+1)为k+1时刻的有功和无功参考功率。
步骤四：为加强对无功功率的控制效果，在步骤二重新推导了p-dpc算法的基础上，将步骤三得到的参考功率数值以及k-2、k-1、k时刻的参考功率通过推导计算代入，并且为了保证控制的准确，即使得
步骤五：根据上式计算出电压矢量esα(k)、esβ(k)，通过svpwm调制模块实现三相桥臂导通或关断，并且可以固定变流器的开关频率，请结合步骤四中计算出来的交流侧电压值，陈述定频控制的过程，实现对变流器的定频控制。可通过这种控制方法实现statcom/bess装置在微电网中具有很好的功率跟踪控制和快速调节功率的作用。
一种基于p-dpc的statcom/bess微电网协同控制系统，将其应用在statcom/bess装置系统上，微电网的电源输出端和负载之间连接有statcom，statcom中的电压逆变器的两端并联有蓄电池组组成statcom/bess，电源输出端依次连接有瞬时功率计算模块、功率预测模块和svpwm调制模块，svpwm调制模块的输出端输出目标矢量信号驱动statcom中的三相桥臂。基于p-dpc的statcom/bess微电网协同控制系统与传统直接功率控制系统相比，p-dpc控制系统省略了滞环比较器、开关表模块，增加了功率预测模块和svpwm调制模块。
瞬时功率计算模块，主要完成statcom/bess输出有功、无功功率的计算以及负载有功、无功功率的计算，并根据负载功率生成statcom/bess参考有功、无功功率，使statcom/bess可以抑制负载功率波动对电网的冲击，保持电网输出功率的基本稳定。瞬时功率计算模块中使用了重新推导后的p-dpc控制算法计算无功功率数值，解决了传统p-dpc直接应用于statcom/bess时，无功功率波动较大的问题。
功率预测模块，主要实现statcom交流侧电压的计算，输入量为当前电网电压、statcom/bess的参考功率和实际功率，经计算后，得到目标电压矢量。功率预测模块中使用二阶拉格朗日插值法预测参考功率，算法简单、计算量小。
svpwm调制模块，根据目标电压矢量，驱动三相桥臂开关通断，完成对变频器的定频控制，进而合成目标电压矢量。
基于p-dpc的statcom/bess微电网协同控制方法，将其应用在statcom/bess装置系统中，具有较快的动态响应速度、良好的功率跟踪精度。如图2至5所示，为基于p-dpc的statcom/bess微电网协同控制方法应用在具有非线性的负载的微电网系统中感性负载突变为容性负载的仿真结果图。
微电网系统中的负载类型在0.1s时发生突变，但是系统电流基本保持不变，如图2所示，是由于statcom/bess装置的无功调节。
在图2中，在0.1s前电流波形比电压波形滞后一些而在0.1s之后电流波形又超前于电压波形是由于微电网系统中的负载类型在0.1s时从感性负载突变成容性负载。
在图3中，改进后的控制策略使得系统的电压波形与电流波形基本实现了相位一致，比改进前具有更好的功率调节能力。
从图4、5可以看出statcom/bess装置在系统中负载类型发生突变时进行了无功功率补偿或者吸收，并且改进后的调节时间更短，说明了改进后的装置更具有快速功率调节的作用。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。