一种应用于储能的自适应调节的功率平滑控制方法与流程

本发明属于储能变流器控制领域，涉及一种应用于储能的自适应调节的功率平滑控制方法。

背景技术：

随着新能源发电和直流负荷容量的快速增加，直流系统正显现出建设和改造成本低、容量大、损耗小和方便新能源接入等优势[1]。大规模新能源发电与直流负荷可通过dc-ac或者dc-dc接入直流母线，再通过并网dc-ac接入交流电网，但是此类直流电网惯性小，新能源的功率波动与负荷的频繁切换将会给直流电压的稳定运行带来了一定的威胁。

为解决以上问题，一种思路是借助储能系统在暂态上平抑该不平衡功率，稳定直流电压，同时降低了gcc的功率输出的速度要求[2-3]。在储能的控制应用上，现有的常规功率或恒电流控制方法在应对功率扰动上无法实现对功率扰动的平抑，常规下垂控制或其改进的形式多数针对稳态功率的分配，无法实现储能仅对暂态功率的支撑；在文献[4-6]中提出了混合储能的分频段控制，均是利用能量型储能平抑低频功率，功率型储能平抑高频功率，以及[7]中提出的积分下垂控制，模拟电容特性实现功率的快速充放。以上的储能控制方法虽然可以平抑暂态功率，但其方法局限在储能系统之间，主要关注在暂态功率的共享，无法实现稳态功率的调节，同时当以上方法与gcc配合时，储能的控制方法对暂态功率的响应特性以及对直流电压稳定性的影响是有待探究的；另外一点就是在暂态过程中，储能的功率如果响应峰值大，在恢复稳态过程中有可能造成阻尼过小的问题。

参考文献

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技术实现要素：
：

本发明的目的是提供一种能够实现储能参数自适应调整的功率平滑控制方法，既能实现储能稳态功率的跟踪，又能满足储能对暂态功率扰动的支撑，同时保证在恢复稳态过程中较好的阻尼。技术方案如下：

一种应用于储能的自适应调节的功率平滑控制方法，包括功率外环、电压控制环和电流控制环，直流储能dc-dc通过实时测量输出功率pesdc，经滤波系数为tf的滤波器后进入控制系统，通过功率控制环的功率参考值pes,ref控制储能系统的稳态功率输出，通过功率控制环的比例参数ddc与积分参数tdc控制储能的暂态功率输出；其特征在于，包括以下两个方面：

(1)根据功率控制环生成信号，再加上直流电压设定值ues,set后得到直流电压参考ues,ref，进入内环的电压电流双环控制，进而实现控制目标，其中功率控制环的整定公式为：

(2)自适应调整的功率环比例参数的方法如下：当储能输出暂态功率时，能够根据直流母线电压ubus的变化经滤波器与微分环节，再经绝对值环节，得到直流母线电压变化率信息z；参数z再经过放大系数k以及自然指数的调整，得到比例系数ddc的大小，实现自适应控制，其整定的公式为：

上式中n为滤波系数，d0为比例参数，ddc在稳态下的设定值。

自适应调整的参数ddc在动态上有绝对的变化范围，满足：

0＜ddc≤d0。

本发明的有益效果如下：

1.能够实现储能对稳态功率设定值的跟踪，在考虑上层功率调度时能够满足系统的需求。

2.能够实现储能对系统内功率扰动的支撑，平滑主电源的功率输出，降低直流电压的跌落。

3.储能功率环较小的比例参数能够使储能在响应暂态功率时释放更大的功率，较大的比例参数可以增大系统的阻尼，为此自适应调节的比例参数能够使储能在瞬间的暂态响应时拥有较小的比例参数，更好的响应功率，而在恢复阶段恢复较大的比例参数使系统更好的恢复稳态。

附图说明：

图1包含储能的直流系统接入弱电网的结构图；

图2并网变流器的控制结构；

图3本发明储能系统的控制结构；

图4无自适应调节时本发明控制与常规控制仿真对比，(a)直流母线电压；(b)并网变流器电容电压；(c)并网变流器有功功率；(d)储能功率；

图5本发明控制方法下有自适应调节与无自适应的仿真对比，(a)直流母线电压；(b)并网变流器电容电压；(c)并网变流器有功功率；(d)储能功率。

具体实施方式：

本发明内容所述的储能控制方法应用在图1所示的直流系统并入弱电网时的结构中。在图1中包含直流储能系统，恒功率负载系统(用以模拟新能源功率波动与负载扰动)以及并网变流器。

其中并网变流器的控制采用下垂控制，如图2所示。图2中udcref为直流电压参考值，io为直流侧输出电流，rd为下垂系数，tf1为滤波系数，kpu,vsc与kic,vsc为电压环pi参数，itd与itq为采样点电流dq轴分量，vtd与vtq为采样点电压dq轴分量，kpi,vsc与kii,vsc为电流环pi参数，lf为滤波器电感，ed与eq为变流器出口电压dq轴分量。

本发明的储能控制方法如图3所示。直流储能dc-dc通过实时测量输出功率pesdc，经滤波系数为tf的滤波器后进入控制系统。通过功率控制环的功率参考值pes,ref控制储能系统的稳态功率输出，通过功率控制环的比例参数ddc与积分参数tdc控制储能的暂态功率输出；根据功率控制环生成信号，再加上直流电压设定值ues,set后得到直流电压参考ues,ref，进入内环的电压电流双环控制，进而实现控制目标。其中功率控制环的整定公式为：

当储能输出暂态功率时，在控制系统中，上式中的比例参数ddc，能够根据直流母线电压ubus的变化经滤波器与微分环节，再经绝对值环节，得到直流母线电压变化率信息z；参数z再经过放大系数k以及自然指数的调整，得到比例系数ddc的大小，实现自适应控制，其整定的公式为：

上式中n为滤波系数，d0为比例参数ddc在稳态下的设定值，且该自适应调整的参数ddc在动态上有绝对的变化范围，满足：

0＜ddc≤d0

根据上述三个等式最终获得内环的直流参考电压ues,ref，进入电压环pi控制得到电流的参考参考值，再经电流环pi控制得到储能变流器的占空比信号，从而调节dc-dc的功率输出，整定公式为：

上式中，ies,ref为内环电流参考值，kpu,es与kiu,es分别为电压环的比例系数与积分系数；des为储能占空比信号，iles为电感电流，kpi,es与kii,es为电流环比例系数与积分系数。

通过pscad/empdc搭建了图1所示的仿真算例，对本发明的储能控制方法进行了验证，各单元的控制参数如表1所示。

表1系统基础参数

1)工况1

在以下仿真中，系统短路比scr＝2.87，储能稳态功率输出设定值为-1kw(即分担1kw负荷功率)，同时为体现本发明所提控制方法的优越性，在仿真工况1中本发明控制方法在无自适应调节时与工作在常规功率控制下的储能进行对比。

仿真结果如图4所示。系统在启动后功率扰动前，功率单元电压参考值为200v，负荷功率3.125kw，可以看出储能能够工作在功率设定值，分担了并网逆变器1kw的功率，此时并网逆变器功率约为2.2kw(有部分线路与开关损耗)，在t＝3s时，功率单元电压参考变为280v，此时负荷功率变为6.125kw，可以看扰动瞬间，储能功率能够快速响应，平滑并网逆变器的功率输出，而常规功率控制下的储能则无法平滑并网逆变器的功率输出，同时在本发明控制下，直流电压跌落明显降低，提高了系统的稳定性，同时也证明了本发明的有效性。

2)工况2

在该工况中，验证储能均工作在本发明的储能控制方法下时，加入自适应调节与不加入自适应调节时的结果。其中，系统#1为d0为15时采用自适应调节的结果，系统#2为ddc为15时的结果，系统#3为ddc为0.1的结果，其余参数均如表1中所示。

仿真结果如图5所示。同样在系统在启动后功率扰动前，功率单元电压参考值为200v，负荷功率3.125kw，在t＝3s时，功率单元电压参考变为280v，此时负荷功率变为6.125kw。从储能的功率响应结果来看，相比系统#2来说系统#3下的储能在功率扰动瞬间明显能够承担更多的暂态功率，但在恢复稳态的过程中阻尼较小。而系统#1兼顾了系统#2与系统#3的优势，既能在扰动瞬间承担更多的暂态功率，也能在恢复稳态的过程中保持较好的阻尼，同时稳态时也能工作在设定值，验证了加入自适应调节的优势。