电网电压不平衡下的储能变流器的协调控制方法与流程

1.本发明属于电气自动化领域，具体涉及一种电网电压不平衡下的储能变流器的协调控制方法。


背景技术：

2.随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保障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.随着新能源发电系统的广泛应用和接入电网，电网也面临着新的风险。储能作为平抑光伏、风电等新能源出力缺陷的有效手段，近年来得到了快速发展。储能装置一般是通过储能变流器接入电网，而储能变流器的拓扑结构如图1所示；图中ua、ub和uc处即为电网接入点。随着电化学储能接入电网的容量日益增大，保证储能系统在并网过程中的稳定性也日益显著。发生电网电压不平衡时，会导致并网点的电压和电流均出现负序分量，进而引起储能变流器输出的有功功率波动、无功功率波动和三相电流峰值越限。有功功率波动可以反映直流侧的电压变化，而电压变化会导致过电压问题、输出变形、甚至控制不稳定，无功功率波动会引起功率损耗，三相电流峰值越限会损坏pcs。
4.针对这种情况，目前已经存在许多针对储能变流器的控制研究。但是，现今的针对储能变流器的控制方面研究，其控制效果相对较差，而且稳定性不佳。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种能够实现有功功率和无功功率波动抑制，保证三相电流峰值不越限且控制效果好、稳定性好的电网电压不平衡下的储能变流器的协调控制方法。
6.本发明提供的这种电网电压不平衡下的储能变流器的协调控制方法，包括如下步骤：
7.s1.获取电网电压不平衡下的储能变流器的并网点电压值、并网点电流值和lcl滤波器电容电流值，并对获取的电流值进行变换和分离；
8.s2.根据步骤s1获取的电流值和最初设定的有功功率参考值，实时计算当前状态的有功功率参考值；
9.s3.根据步骤s1得到的电流值和步骤s2得到的当前状态的有功功率参考值，计算储能变流器的有功功率波动抑制参考电流和无功功率波动抑制参考电流；
10.s4.根据步骤s3得到的参考电流和步骤s1得到的电流值，计算得到储能变流器的开关控制信号，实现电网电压不平衡下的储能变流器的协调控制。
11.步骤s1所述的获取电网电压不平衡下的储能变流器的并网点电压值、并网点电流值和lcl滤波器电容电流值，并对获取的电流值进行变换和分离，具体为获取电网电压不平衡下的储能变流器的并网点a相电压值ua、并网点b相电压值ub和并网点c相电压值uc，并网
点a相电流值i
2a
、并网点b相电流值i
2b
和并网点c相电流值i
2c
，以及lcl滤波器a相电容电流值i
ca
、lcl滤波器b相电容电流值i
cb
和lcl滤波器c相电容电流值i
cc
；然后将并网点电压值ua、ub和uc通过clark变换得到并网点α轴电压u
α
和并网点β轴电压u
β
，将并网点电流值i
2a
、i
2b
和i
2c
通过clark变换得到并网点α轴电流i
2α
和并网点β轴电流i
2β
，将lcl滤波器电容电流值i
ca
、i
cb
和i
cc
通过clark变换得到lcl滤波器α轴电容电流值i
cα
和lcl滤波器β轴电容电流值i
cβ
；最后将并网点α轴电压u
α
和并网点β轴电压u
β
通过正负序分离得到并网点α轴正序电压并网点α轴负序电压并网点β轴正序电压和并网点β轴负序电压
12.步骤s2所述的根据步骤s1获取的电流值和最初设定的有功功率参考值，实时计算当前状态的有功功率参考值，具体包括如下步骤：
13.a.获取最初设定的有功功率参考值p
ref0
，计算得到最初的参考电流；
14.b.将步骤a得到的最初的参考电流，通过反clark变换，得到最初的a相电流参考值i
aref0
、最初的b相电流参考值i
bref0
和最初的c相电流参考值i
cref0
；
15.c.选取步骤b得到的最初的a相电流参考值i
aref0
、最初的b相电流参考值i
bref0
和最初的c相电流参考值i
cref0
中的峰值最大的一相，并将该相电流参考值设定为参考相电流值
16.d.将步骤c得到的参考相电流值的峰值与额定电流峰值i
epeak
进行比较：
17.若则继续采用最初设定的有功功率参考值p
ref0
作为当前状态的有功功率参考值p
ref
；
18.若则计算比例系数λ为并设定当前状态的有功功率参考值p
ref
为p
ref
＝λp
ref0
。
19.步骤s3所述的根据步骤s1得到的电流值和步骤s2得到的当前状态的有功功率参考值，计算储能变流器的有功功率波动抑制参考电流和无功功率波动抑制参考电流，具体包括如下步骤：
20.a.设定储能系统并网控制为恒有功功率控制、有功功率参考值p
ref
为常数且无功功率参考值q
ref
为0；
21.b.采用如下算式计算得到有功功率波动抑制α轴参考电流i
αref1
和有功功率波动抑制β轴参考电流i
βref1
：
[0022][0023]
式中p
ref
为有功功率参考值；为并网点α轴正序电压；为并网点α轴负序电
压；为并网点β轴正序电压；为并网点β轴负序电压；
[0024]
c.计算得到无功功率波动抑制α轴参考电流i
αref2
和无功功率波动抑制β轴参考电流i
βref2
为
[0025]
d.从而采用如下算式计算得到有功功率波动抑制/无功功率波动抑制协调控制α轴参考电流i
αref
和有功功率波动抑制/无功功率波动抑制协调控制β轴参考电流i
βref
：
[0026]iαref
＝μi
αref1
+(1-μ)i
αref2
[0027]iβref
＝μi
βref1
+(1-μ)i
βref2
[0028]
式中μ为设定的权重系数，且0≤μ≤1。
[0029]
步骤s4所述的根据步骤s3得到的参考电流和步骤s1得到的电流值，计算得到储能变流器的开关控制信号，实现电网电压不平衡下的储能变流器的协调控制，具体包括如下步骤：
[0030]
(1)将有功功率波动抑制/无功功率波动抑制协调控制α轴参考电流i
αref
与当前有功功率参考值p
ref
所对应的α轴参考电流i
α
求差后，将差值通过α轴比例谐振控制器得到α轴电流外环输出值；再将α轴电流外环输出值lcl滤波器α轴电容电流值i
cα
求差后，将差值通过α轴比例控制器得到α轴电流内环输出值；
[0031]
(2)将有功功率波动抑制/无功功率波动抑制协调控制β轴参考电流i
βref
与当前有功功率参考值p
ref
所对应的β轴参考电流i
β
求差后，将差值通过β轴比例谐振控制器得到β轴电流外环输出值；再将β轴电流外环输出值lcl滤波器β轴电容电流值i
cβ
求差后，将差值通过β轴比例控制器得到β轴电流内环输出值；
[0032]
(3)将步骤(1)得到的α轴电流内环输出值和步骤(2)得到的β轴电流内环输出值通过空间矢量脉冲宽度调制控制得到储能变流器的开关控制信号；
[0033]
(4)根据步骤(3)得到的储能变流器的开关控制信号对储能变流器的开关管进行控制，从而实现电网电压不平衡下的储能变流器的协调控制。
[0034]
本发明提供的这种电网电压不平衡下的储能变流器的协调控制方法，利用加权思想对有功功率波动抑制与无功功率波动抑制进行协调，并且在进行协调控制的同时保障输出三相电流峰值不越限，保障储能系统在并网过程安全，而且本发明方法还能够减少功率波动，在限制电流峰值的同时还能最大限度的提升储能变流器传输功率的容量；因此本发明方法能够实现有功功率和无功功率波动抑制，保证三相电流峰值不越限，控制效果好且稳定性好。
附图说明
[0035]
图1为本发明的储能变流器的拓扑结构示意图。
[0036]
图2为本发明方法的方法流程示意图。
[0037]
图3为本发明方法的电流环控制框图。
具体实施方式
[0038]
如图2所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种电网电压不平衡下的储能变流器的协调控制方法，包括如下步骤：
[0039]
s1.获取电网电压不平衡下的储能变流器的并网点电压值、并网点电流值和lcl滤波器电容电流值，并对获取的电流值进行变换和分离；具体为获取电网电压不平衡下的储能变流器的并网点a相电压值ua、并网点b相电压值ub和并网点c相电压值uc，并网点a相电流值i
2a
、并网点b相电流值i
2b
和并网点c相电流值i
2c
，以及lcl滤波器a相电容电流值i
ca
、lcl滤波器b相电容电流值i
cb
和lcl滤波器c相电容电流值i
cc
；然后将并网点电压值ua、ub和uc通过clark变换得到并网点α轴电压u
α
和并网点β轴电压u
β
，将并网点电流值i
2a
、i
2b
和i
2c
通过clark变换得到并网点α轴电流i
2α
和并网点β轴电流i
2β
，将lcl滤波器电容电流值i
ca
、i
cb
和i
cc
通过clark变换得到lcl滤波器α轴电容电流值i
cα
和lcl滤波器β轴电容电流值i
cβ
；最后将并网点α轴电压u
α
和并网点β轴电压u
β
通过正负序分离得到并网点α轴正序电压并网点α轴负序电压并网点β轴正序电压和并网点β轴负序电压
[0040]
s2.根据步骤s1获取的电流值和最初设定的有功功率参考值，实时计算当前状态的有功功率参考值；具体包括如下步骤：
[0041]
a.获取最初设定的有功功率参考值p
ref0
，计算得到最初的参考电流；
[0042]
b.将步骤a得到的最初的参考电流，通过反clark变换，得到最初的a相电流参考值i
aref0
、最初的b相电流参考值i
bref0
和最初的c相电流参考值i
cref0
；
[0043]
c.选取步骤b得到的最初的a相电流参考值i
aref0
、最初的b相电流参考值i
bref0
和最初的c相电流参考值i
cref0
中的峰值最大的一相，并将该相电流参考值设定为参考相电流值
[0044]
d.将步骤c得到的参考相电流值的峰值与额定电流峰值i
epeak
进行比较：
[0045]
若则继续采用最初设定的有功功率参考值p
ref0
作为当前状态的有功功率参考值p
ref
；
[0046]
若则计算比例系数λ为并设定当前状态的有功功率参考值p
ref
为p
ref
＝λp
ref0
；
[0047]
有功功率波动抑制与平衡正序协调控制的参考电流与有功功率参考值p
ref
成线性关系；加入限幅策略后，能够减少功率波动；
[0048]
s3.根据步骤s1得到的电流值和步骤s2得到的当前状态的有功功率参考值，计算储能变流器的有功功率波动抑制参考电流和无功功率波动抑制参考电流；具体包括如下步骤：
[0049]
a.设定储能系统并网控制为恒有功功率控制、有功功率参考值p
ref
为常数且无功功率参考值q
ref
为0；
[0050]
b.储能系统在并网点的瞬时功率为其中u为电压；i为电流；k＝[ka,kb,kc]
t
且k取值为u或i；i
p
为电流的有功分量；iq为电流的无功分量；且
[0051]
由于储能系统并网控制为恒有功功率控制、有功功率参考值p
ref
为常数且无功功率参考值q
ref
为0，因此电流仅由有功分量组成，即i＝i
p
；由瞬时功率理论可得到电网电压不平衡下的瞬时功率为：
[0052][0053]
式中u
+,-表示电压的正负序分量；表示电流的正负序分量；且k取值为u或i
p
；
[0054]
瞬时有功功率的直流量、瞬时有功功率的二倍频分量和瞬时无功功率的二倍频分量为
[0055]
为实现有功功率波动抑制控制，需要控制经过变换可得
[0056]
将的计算式带入待得到式中|| ||为范数；
[0057]
联立和的算式，可得到消除(有功功率波动)时，正负序电流满足
的条件为
[0058]
上式经过clark变换可得到在两相静止坐标系下，有功功率波动抑制α轴参考电流i
αref1
和有功功率波动抑制β轴参考电流i
βref1
为：
[0059][0060]
式中p
ref
为有功功率参考值；为并网点α轴正序电压；为并网点α轴负序电压；为并网点β轴正序电压；为并网点β轴负序电压；
[0061]
c.为实现无功功率波动抑制控制，需要控制将化为经过变换可得
[0062]
上式经过进一步化简得到
[0063]
将的算式带入到算式得到
[0064]
联立||u
+
||2p
ref
的算式和的算式，可得到消除(无功功率波动)时，正负序电流满足的条件为
[0065]
最后，将上式通过clark变换可得到在两相静止坐标系下，无功功率波动抑制α轴参考电
流i
αref2
和无功功率波动抑制β轴参考电流i
βref2
为
[0066]
d.从而采用如下算式计算得到有功功率波动抑制/无功功率波动抑制协调控制α轴参考电流i
αref
和有功功率波动抑制/无功功率波动抑制协调控制β轴参考电流i
βref
：
[0067]iαref
＝μi
αref1
+(1-μ)i
αref2
[0068]iβref
＝μi
βref1
+(1-μ)i
βref2
[0069]
式中μ为设定的权重系数，且0≤μ≤1；当μ为1时为抑制有功功率波动；当μ为0时为抑制无功功率波动。当μ取值在0和1之间时，对有功功率波动抑制与无功功率波动抑制进行协调控制；
[0070]
最后，联立算式i
αref
＝μi
αref1
+(1-μ)i
αref2
、i
βref
＝μi
βref1
+(1-μ)i
βref2
和还可以得到此时的瞬时功率表达式为
[0071]
s4.根据步骤s3得到的参考电流和步骤s1得到的电流值，计算得到储能变流器的开关控制信号，实现电网电压不平衡下的储能变流器的协调控制；具体包括如下步骤：
[0072]
(1)将有功功率波动抑制/无功功率波动抑制协调控制α轴参考电流i
αref
与当前有功功率参考值p
ref
所对应的α轴参考电流i
α
求差后，将差值通过α轴比例谐振控制器(图中3中上方的pr模块)得到α轴电流外环输出值；再将α轴电流外环输出值lcl滤波器α轴电容电流值i
cα
求差后，将差值通过α轴比例控制器(图中3中上方的p模块)得到α轴电流内环输出值；
[0073]
(2)将有功功率波动抑制/无功功率波动抑制协调控制β轴参考电流i
βref
与当前有功功率参考值p
ref
所对应的β轴参考电流i
β
求差后，将差值通过β轴比例谐振控制器(图中3中下方的pr模块)得到β轴电流外环输出值；再将β轴电流外环输出值lcl滤波器β轴电容电流值i
cβ
求差后，将差值通过β轴比例控制器(图中3中下方的p模块)得到β轴电流内环输出值；
[0074]
(3)将步骤(1)得到的α轴电流内环输出值和步骤(2)得到的β轴电流内环输出值通过空间矢量脉冲宽度调制控制得到储能变流器的开关控制信号；
[0075]
(4)根据步骤(3)得到的储能变流器的开关控制信号对储能变流器的开关管进行控制，从而实现电网电压不平衡下的储能变流器的协调控制；具体的开关控制信号产生流程如图3所示。