用于直流配电网低频振荡抑制的电池储能装置控制方法与流程

1.本发明属于电气自动化领域，具体涉及一种用于直流配电网低频振荡抑制的电池储能装置控制方法。


背景技术：

2.随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经广泛应用于人们的生产和生活当中，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保证电能的稳定可靠供应，就成为了电力系统最重要的任务之一。
3.直流配电网是现今电力系统的重要组成部分。随着新能源、直流负荷的渗透率不断提高，在直流配电网的运行与控制过程中，需要解决的问题也变得越来越多，首当其冲的就是直流电压的低频振荡问题。直流配电网电压低频振荡问题是由于直流系统欠阻尼引起，主要涉及了直流系统的等效电感与恒功率负荷之间的相互作用。抑制直流配电网的低频振荡主要是从提升整个系统的低频正阻尼特性角度考虑，包括两个部分，一是采用无源元件装置，即采用无源电阻，二是采用有源装置或控制算法。前者损耗较大，对经济性不利，工程上一般很少使用，后者一般是利用现有的电力电子装置并结合相关控制算法加以实现，也是当前的主流形式。
4.考虑到直流配电网所接入的新能源电源存在波动性和间隙性等，为有效提升新能源利用率，工程上一般配置一定容量的电池储能装置，用于缓冲平抑新能源的波动，并且在交流电网故障之后为直流配电网提供直流电源支撑。电池储能装置往往具有功率双向调控特性，因此采用的也是全控型电力电子装置。
5.但是，目前的直流配电网的低频振荡的研究，其研究均集中于对直流配电网的控制，并没有关于电池储能装置对直流配电网的低频振荡进行抑制的相关研究。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种可靠性高、振荡抑制效果好且实施方便的用于直流配电网低频振荡抑制的电池储能装置控制方法。
7.本发明提供的这种用于直流配电网低频振荡抑制的电池储能装置控制方法，包括如下步骤：
8.s1.获取电池储能装置接入直流配电网处的直流电压值，以及电池储能装置的实际电流值；
9.s2.根据步骤s1获取的直流电压值，计算得到用于抑制低频振荡的占空比补偿信号临时值；
10.s3.对步骤s2得到的占空比补偿信号临时值进行限幅，从而得到用于抑制低频振荡的占空比补偿控制信号最终值；
11.s4.根据步骤s1得到的实际电流值，计算得到占空比控制信号临时值；
12.s5.根据步骤s4得到的占空比控制信号临时值、步骤s3得到的占空比补偿控制信
号最终值以及电池储能装置的充电或放电情况，得到占空比控制信号最终值，并送入比较器得到控制驱动信号；
13.s6.根据步骤s5得到的控制驱动信号，对电池储能装置进行控制，从而完成直流配电网低频振荡抑制。
14.步骤s2所述的根据步骤s1获取的直流电压值，计算得到用于抑制低频振荡的占空比补偿信号临时值，具体为根据步骤s1获取的直流电压值u
dc3
(t)，滤除直流电压值u
dc3
(t)中的直流分量，从而得到用于抑制低频振荡的占空比补偿信号临时值d
c2temp
(t)。
15.所述的根据步骤s1获取的直流电压值，计算得到用于抑制低频振荡的占空比补偿信号临时值，具体为根据步骤s1获取的直流电压值u
dc3
(t)，采用一阶高通滤波器滤除直流电压值u
dc3
(t)中的直流分量，从而得到用于抑制低频振荡的占空比补偿信号临时值d
c2temp
(t)。
16.所述的一阶高通滤波器的传递传递函数为式中kd为增益系数；ωd为一阶高通滤波器的带宽；s为拉普拉斯算子。
17.步骤s3所述的对步骤s2得到的占空比补偿信号临时值进行限幅，从而得到用于抑制低频振荡的占空比补偿控制信号最终值，具体包括如下步骤：
18.采用如下算式进行限幅，从而得到占空比补偿控制信号最终值d
c2
(t)：
[0019][0020]
式中为设定的限幅最大值；d
c2temp
(t)为步骤s2得到的占空比补偿信号临时值；kd为增益系数；ωd为一阶高通滤波器的带宽；u
dc3
(t)为步骤s1获取的直流电压值。
[0021]
步骤s4所述的根据步骤s1得到的实际电流值，计算得到占空比控制信号临时值，具体包括如下步骤：
[0022]
采用如下算式计算得到占空比控制信号临时值d
c1
(t)：
[0023][0024]
式中k
pib
为比例积分控制器中的比例系数；k
iib
为比例积分控制器中的积分系数；s为拉普拉斯算子；为电池储能装置的输出电流参考值；ib(t)为电池储能装置的输出电流实时值。
[0025]
步骤s5所述的根据步骤s4得到的占空比控制信号临时值、步骤s3得到的占空比补偿控制信号最终值以及电池储能装置的充电或放电情况，得到占空比控制信号最终值，并送入比较器得到控制驱动信号，具体包括如下步骤：
[0026]
a.采用如下算式计算得到占空比最终值dc(t)：
[0027]
[0028]
式中d
c1
(t)为占空比控制信号临时值；d
c2
(t)为占空比补偿控制信号最终值；为电池储能装置的输出电流参考值，的值大于零表示放电，的值小于零表示充电；sign(a)为符号函数，且当a＞0时sign(a)＝1，当a＜0时sign(a)＝-1，当a＝0时sign(a)＝0；
[0029]
b.将步骤a得到的占空比最终值dc(t)通过比较器，从而得到最终的控制驱动信号。
[0030]
本发明提供的这种用于直流配电网低频振荡抑制的电池储能装置控制方法，通过创新性的控制算法设计，在直流配电网系统发生低频振荡现象之后能有效地抑制振荡，而且本发明方法不需要启动信号和额外的硬件电路支持，可靠性高、振荡抑制效果好且实施方便，还适用于其它具有自主开通和关断能力的直流电力电子装置为直流配电网提供低频正阻尼特性的场合，适用性非常好。
附图说明
[0031]
图1为本发明方法的方法流程示意图。
[0032]
图2为本发明方法的电池储能装置接入直流配电网的电路示意图。
具体实施方式
[0033]
如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种用于直流配电网低频振荡抑制的电池储能装置控制方法，包括如下步骤：
[0034]
s1.获取电池储能装置接入直流配电网处的直流电压值，以及电池储能装置的实际电流值；对应的电池储能装置接入直流配电网的电路示意图如图2所示；
[0035]
当直流配电网系统发生低频振荡时，直流配电网各个节点的直流电压均会存在同频率的低频振荡；为了实现直流配电网低频振荡的抑制，可以将电池储能装置接入点的直流电压反馈至电池储能装置的控制系统；
[0036]
s2.根据步骤s1获取的直流电压值，计算得到用于抑制低频振荡的占空比补偿信号临时值；具体为根据步骤s1获取的直流电压值u
dc3
(t)，滤除直流电压值u
dc3
(t)中的直流分量(比如采用高通滤波、带通滤波等方式)，从而得到用于抑制低频振荡的占空比补偿信号临时值d
c2temp
(t)；
[0037]
由于直流电压存在直流分量和振荡分量，直流分量可能会导致补偿器产生饱和现象；因此，为了防止补偿器产生饱和现象，需要对反馈回来的直流电压进行滤波器，此时需要有相关滤波算法，包括但不限于高通滤波器、带通滤波器、滑动窗口平均值提取之后再与原始值相减的方法；
[0038]
具体实施时，采用一阶高通滤波器滤除直流电压值u
dc3
(t)中的直流分量，从而得到用于抑制低频振荡的占空比补偿信号临时值d
c2temp
(t)；其中一阶高通滤波器的传递传递函数为式中kd为增益系数；ωd为一阶高通滤波器的带宽；s为拉普拉斯算子；
[0039]
s3.对步骤s2得到的占空比补偿信号临时值进行限幅，从而得到用于抑制低频振
荡的占空比补偿控制信号最终值；具体包括如下步骤：
[0040]
本发明方法所提出的低频振荡抑制方法是在控制系统中加入相关算法实现，是属于额外的有源阻尼控制方法，在投入电池储能之后的功能并不是用于对直流配电网的功率进行储能与释放，是为了向直流配电网系统提供低频正阻尼特性；直流配电网运行时，系统发生故障或大功率扰动的情况将时常存在，进而产生很大的直流电压瞬时值；因此，反馈之后的直流电压也会存在很大的瞬时值，这就导致补偿控制器的输出值也会有很大的瞬时值的情况，从而需要对补偿控制算法进行限幅；
[0041]
因此，采用如下算式进行限幅，从而得到占空比补偿控制信号最终值d
c2
(t)：
[0042][0043]
式中为设定的限幅最大值；d
c2temp
(t)为步骤s2得到的占空比补偿信号临时值；kd为增益系数；ωd为一阶高通滤波器的带宽；u
dc3
(t)为步骤s1获取的直流电压值；
[0044]
s4.根据步骤s1得到的实际电流值，计算得到占空比控制信号最终值；具体包括如下步骤：
[0045]
采用如下算式计算得到占空比控制信号临时值d
c1
(t)：
[0046][0047]
式中k
pib
为比例积分控制器中的比例系数；k
iib
为比例积分控制器中的积分系数；s为拉普拉斯算子；为电池储能装置的输出电流参考值，的值大于零表示放电，的值小于零表示充电；ib(t)为电池储能装置的输出电流实时值；
[0048]
s5.根据步骤s4得到的占空比控制信号临时值、步骤s3得到的占空比补偿控制信号最终值以及电池储能装置的充电或放电情况，得到占空比控制信号最终值，并送入比较器得到控制驱动信号；具体包括如下步骤：
[0049]
a.采用如下算式计算得到占空比最终值dc(t)：
[0050][0051]
式中d
c1
(t)为占空比控制信号临时值；d
c2
(t)为占空比补偿控制信号最终值；为电池储能装置的输出电流参考值，的值大于零表示放电，的值小于零表示充电；sign(a)为符号函数，且当a＞0时sign(a)＝1，当a＜0时sign(a)＝-1，当a＝0时sign(a)＝0；
[0052]
b.将步骤a得到的占空比最终值dc(t)通过比较器，从而得到最终的控制驱动信号；
[0053]
s6.根据步骤s5得到的控制驱动信号，对电池储能装置进行控制，从而完成直流配电网低频振荡抑制。