一种柴储型军用交流移动电站及其电能质量控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种移动电站，尤其涉及一种对供电品质要求较高的军用交流移动电 站及其电能质量控制方法。
【背景技术】
[0002] 军用交流移动电站在军事领域具有广泛用途，主要用以遂行雷达兵、通信兵、炮兵 等兵种装备的电力保障任务。根据国家标准GJB235A-97《军用交流移动电站统用规范》的 有关要求，额定功率为3~250kW的军用交流移动电站的在空载额定电压时畸变率应不大 于10%或5%。近年来，随着脉冲雷达等大型军用电气设备的投入使用，传统的柴油发电机 组为主的汽车电站已不能满足通信、测控设备的高品质用电需求，主要体现在以下几个方 面：
[0003] 首先，动态带载能力不强。本质上看，以油机为主的军用交流移动电站是典型的微 网络，受负载功率波动影响较为明显，大功率用电设备的突加、突卸易引发电网波动，波及 系统内其他负荷的运行安全，甚至导致系统失稳瘫痪。
[0004] 其次，"大马拉小车"的问题比较突出。目前我军测控、通信设备多位脉冲功率负 载，其瞬时功率往往在平均功率2倍以上。由于不具备缓冲环节，现有军用交流移动电站通 常以瞬时功率作为设计依据，致使油机的体积重量大幅增加。
[0005] 再次，输出电能品质较差。传统军用交流移动电站只能通过调节励磁电流对输出 电压的幅值、相位进行修正，但对于负载引起的电压不平衡、谐波畸变等典型故障则无能为 力。上述典型电网故障如不加以治理，必将对系统内敏感设备的正常工作造成严重干扰，甚 至导致设备损坏。
[0006] 因此，开发一种具有电能质量管理功能的新型军用交流移动电站就显得尤为重要 和紧迫。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种柴储型军用交流移动电站及其电 能质量控制方法，满足军用通信设备、测控设备对交流移动电站的高品质供电需求。
[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种柴储型军用交流移动电站主要 包括以下组成部件：柴油发电机组、锂电池、超级电容、三相可控整流器、双向DC-DC变换器 和三相可控逆变器；上述各组成部件集成于一个军用标准方舱之内，且各部件之间具有如 下电气连接关系：柴油发电机组的三相交流电输出端，连接到三相可控整流器的输入端，三 相可控整流器的输出端并联到直流母线上；锂电池的输出端，连接到双向DC-DC变换器的 输入端（低压端），双向DC-DC变换器的输出端（高压端）并联到直流母线上；超级电容直 接并联到直流母线上；三相可控逆变器的输入端连接到直流母线上，三相可控逆变器的输 出端连接到用电设备（负载）。本发明的一种柴储型军用交流移动电站的电能质量控制方 法主要包括以下步骤：
[0009] 1.利用传感器采集以下信号：柴油发电机组输出的机侧三相交流电压Ugab。和机侧 三相交流电流Igab。，锂电池的输出电流（或锂电池的放电电流）Id。，直流母线电压Ud。，三相 可控逆变器输出的网侧三相交流电压unab。，直流侧负载电流IWd;
[0010] 2.双向DC-DC变换器的作用是控制锂电池的电能充放，维持母线电压的稳定；根 据锂电池的荷电状态Soc，将双向DC-DC变换器的控制模式划分为Boost、Buck两种，具体 为：
[0011] 2. 1当锂电池的荷电状态Soc大于设定阈值5〇(：_时，双向DC-DC变换器切换至 Boost模式；反之，当Soc小于等于设定阈值Socmin时，双向DC-DC变换器切换至Buck模式；
[0012] 2. 2B〇〇st模式下，当直流母线电压Ud。的幅值低于设定阈值电压Ud。_时，直流母 线电压指令与直流母线电压仏。的差值AUd。送入电压环比例积分（PI)控制器，得到下 功率管调制电压Ud，将Ud送入PWM模块，即可产生双向DC-DC变换器的下功率管T2的触发 信号Sd;反之直流母线电压Ud。的幅值高于等于设定阈值电压Ud。_时，下功率管T2的触发 信号Sd设置为零；Boost模式下，双向DC-DC变换器的上功率管T^勺触发信号始终设置为 零，即上功率管!\处于闭锁状态；
[0013] 2. 3Buck模式下，锂电池的电流指令/二与锂电池的输出电流Id。的差值Δ Id。送入 电流环比例积分（PI)控制器，得到上功率管调制电压U',;将1]'d送入与步骤2.2相同 的PWM模块，即可产生上功率管?\的触发信号S'd;Buck模式下，下功率管T2的触发信号 始终为零，即下功率管1处于闭锁状态；
[0014] 3.三相可控整流器的作用是将柴油发电机组的输出电压由交流转换成直流，其控 制采用基于空间矢量调制的直接功率控制方法，具体为：
[0015] 3. 1柴油发电机组输出的机侧三相交流电压Ugab。首先送入传统的数字锁相环PLL 进行锁相，获得机侧三相交流电压的位置角9g、角频率cog和幅值Ug;
[0016] 3. 2柴油发电机组输出的机侧三相交流电压Ugab。、机侧三相交流电流Igab。送入功 率计算模块，得到柴油发电机组的输出有功功率Pg、输出无功功率Qg;
[0017]3. 3柴油发电机组的有功功率指令/^、无功功率指令分别与其对应的输出有 功功率Pg、输出无功功率％作差，其差值APg、AQg分别送入功率环比例积分（PI)控制器， 得到三相可控整流器的有功电压指令Vgd和无功电压指$Vgq;其中，柴油发电机组的有功功 率指令if、无功功率指令:?计算方程为：
[0018]
[0019] 3. 4步骤3. 3得到的三相可控整流器的有功电压指令Vgd、无功电压指令Vgq分别加 上各自的补偿项，得到三相可控整流器的有功控制电压U&、无功控制电压1^;具体计算方 程为：
[0020]
[0021] 式中：Lg为三相可控整流器的滤波电感；
[0022] 3. 5利用步骤3. 1获得的机侧三相交流电压的位置角Θg对步骤3. 4得到的有功 控制电压U&、无功控制电压&进行Park反变换，得到静止坐标系下的有功调节电压U、 无功调节电压;
[0023] Park反变换过程可表示为：
[0024]
[0025] 3. 6将步骤3. 5得到的静止坐标系下的有功调节电压U。。、无功调节电压U#进行 空间矢量调制（SVM)，即可获得三相可控整流器的开关信号sa、sb、s。，实现对三相可控整流 器的有效控制；
[0026] 4.三相可控逆变器的作用是将直流电转换为负载所需的三相交流电，并对电网谐 波污染进行治理，其控制方法为：
[0027] 4. 1生成三相可控逆变器的三相电压指令具体为：
[0028]
[0029] 式中：Μ为相电压的幅值，且有Μ二220>/1;ω。为三相电压的初始相位角，一般 可设置为零，即ω。= 〇 ; (ν、. 分别为的Α相、Β相、C相分量；
[0030] 4. 2参照步骤3. 1，将步骤4. 1生成的三相电压指令》;^送入传统的数字锁相环 PLL，得到三相可控逆变器的输出电压位置角θη;
[0031] 4. 3利用步骤4. 2得到的输出电压位置角θη分别对三相电压指令和网侧三 相交流电压unab。进行Park变换，得到三相可控逆变器的网侧电压指令和网侧电压矢量 Undq;
[0032] 以对三相电压指令的Park变换为例，其矩阵方程可以表示为：
[0033]
[0034]式中：1?、分别为的d轴、q轴分量。
[0035] 4. 4将步骤4. 3得到的三相可控逆变器的网侧电压指令和网侧电压矢量undq 的差值Aundq送入电压环比例积分-谐振（P