一种基于钒电池储能的变流器控制方法技术

一种基于钒电池储能的变流器控制方法，包括交流电网侧AC/DC变流器控制方法和钒电池侧DC/DC变流器控制方法，所述交流电网侧AC/DC变流器控制方法包括第一步：数据采样、归一化处理，第二步：锁相控制，第三步：直流侧电压外环控制，第四步：钒电池侧功率前馈控制，第五步：电流内环控制给定电流生成，第六步：电网侧电流内环控制，第七步：生成交流侧变流器IGBT驱动信号。所述钒电池侧DC/DC变流器控制方法包括第一步生成钒电池直流侧变流器的控制指令，第二步：DC/DC变流器控制。本设计不仅使存储的能量得以有效的利用，实现了削峰填谷、无功补偿、电能质量控制等功能，而且通过功率前馈控制单元和重复学习单元提高控制精度。

A converter control method based on vanadium battery energy storage

A converter control method based on vanadium battery energy storage includes AC/DC converter control method on AC grid side and DC/DC converter control method on vanadium battery side. The AC grid-side AC/DC converter control method includes the first step: data sampling, normalization processing, the second step: phase-locked control, the third step: DC voltage. Outer loop control, the fourth step: vanadium battery side power feedforward control, the fifth step: current inner loop control given current generation, the sixth step: grid side current inner loop control, the seventh step: generation of AC side converter IGBT drive signal. The control method of the vanadium battery side DC / DC converter includes the control instruction of the first step to generate the vanadium battery DC side converter, and the second step to control the DC / DC converter. This design not only makes the stored energy be used effectively, but also achieves the functions of peak shaving and valley filling, reactive power compensation and power quality control, and improves the control precision by power feedforward control unit and repetitive learning unit.

【技术实现步骤摘要】
一种基于钒电池储能的变流器控制方法
本专利技术涉及一种基于钒电池储能设备的控制方法，尤其涉及一种基于钒电池储能的变流器控制方法，具体适用于优化变流器的控制。
技术介绍
当今世界新能源大规模接入，微电网大规模发展的背景下，由于新能源发电输出功率的不稳定性和不连续性，容易造成电力供需不平衡，不仅会影响电能质量，造成频率和电压不稳定，而且严重时会引发停电事故，给生产、生活带来不便。目前，高效储能系统可调整发电与供电之间的时差矛盾，能够从时间和空间上有效的隔离电能的生产和使用，可同电网进行功率交换，即能削峰填谷，又能平滑功率波动，从而保证可再生能源发电的连续性和稳定性。全钒液流电池(VanadiumRedoxflowbattery)是集规模化、先进化、产业化于一体的绿色环保液流电池，效率高，响应快，循环寿命长，过载能力强，功率和容量可独立设计，容量扩展性强，是大容量高效储能应用的首选技术。而储能变流器是储能系统能量变换和传输的核心，实现了钒电池储能堆与电网交流电的转换，以及储能装置与电网之间的能量的双向传递。因此，研究一种基于钒电池储能的变流器控制方法，就显得非常重要而且有必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的控制方法可靠性低的问题，提供了一种可靠性高的钒电池储能的变流器控制方法。为实现以上目的，本专利技术的技术解决方案是：一种基于钒电池储能的变流器控制方法，钒电池储能电路包括交流电源、交流电网侧AC/DC变流器、钒电池侧DC/DC变流器和钒电池储能堆，所述交流电源依次串联预充电回路、滤波回路和电流互感器1TA后与交流电网侧AC/DC变流器的交流侧接口相连接，所述交流电网侧AC/DC变流器的直流侧接口与钒电池侧DC/DC变流器与钒电池储能堆相连接，所述交流电源与预充电回路之间设置有电压互感器1TV，所述钒电池侧DC/DC变流器与钒电池储能堆之间设置有电流互感器2TA和电压互感器2TV；所述钒电池侧DC/DC变流器采用Buck-Boost斩波电路；所述交流电网侧AC/DC变流器和钒电池侧DC/DC变流器的控制端均通过光纤与双CPU控制器相连接，所述双CPU控制器与一体化工控机信号连接；交流电网侧AC/DC变流器控制方法包括以下步骤：第一步：数据采样、归一化处理，将无源电压互感器1TV采集的信号经过数字化处理后得到交流电网侧的三相相电压Usa、Usb、Usc信号，通过电流互感器1TA采集的信号经过数字化处理后得到交流电网侧三相相电流Isa、Isb、Isc信号，通过霍尔电压互感器2TV采集的信号经过数字化处理后得到钒电池侧直流电压Ufdc信号，通过电流互感器2TA采集的信号经过数字化处理后得到钒电池侧直流电流Ifdc信号，同时采集AC/DC变流器输出的直流电压Udc信号，最后对上述信号进行归一化处理；第二步：锁相控制，对交流电网侧的三相相电压Usa、Usb、Usc信号在锁相环控制器内进行软件锁相控制：对交流电网侧的三相相电压Usa、Usb、Usc信号进行变换得到：式(1)中，U表示三相电压的幅值；ω为三相电压的角频率；对式(1)进行Clark变换，可得(α，β)坐标系下的电网电压为：对(2)式进行Park变换，得到：式(3)中，ud表示电网侧变流器的有功功率，uq表示电网侧变流器的无功功率，θ为锁相环输出的角度，Δθ＝ωt-θ为相角误差；锁相环以跟踪电网侧电压的相位为目标，经过Clark与Park变换，得到(d,q)坐标系下的直流量，然后对uq进行PI控制器与积分器，并反馈给Park变换器，从而实现电网相位的跟踪，即当Δθ≈0时，完成锁相功能；第三步：直流侧电压外环控制，对直流侧电压Udc在PI控制器进行比例积分控制，得到电流幅值指令Idr*：式(4)中Udc*为设定值表示直流侧参考电压，Udc为直流侧测量的电压，kp为设定值表示比例系数，ki为设定值表示积分系数；第四步：钒电池侧功率前馈控制，测量得到的钒电池侧的直流电压值Ufdc与直流电流值Ifdc、交流电网电压有效值Us，计算出前馈电流幅值指令Ipr*：式(5)中kpv为设定值表示功率前馈比例系数，Ufdc为钒电池侧直流电压值，Ifdc为钒电池侧直流电流值，Us为交流电网电压的有效值；第五步：电流内环控制给定电流生成，将第三步中得到的电流幅值指令Idr*与第四步中得到的前馈电流幅值指令Ipr*相加，得到电流幅值给定指令Isp*，然后采集利用锁相环控制器的同步信号与电流幅值指令Ipr*进行同步，得到采样周期内的交流电网侧电流的瞬时指令值Ispp*，Ispp*为电流内环控制的信号。第六步：电网侧电流内环控制，将第五步中得到的交流电网侧电流的瞬时指令值Ispp*与第二步中锁相后计算得到的交流电网侧有功电流Igd作差后，送入重复学习控制器进行交流电网侧有功电流的内环控制，从而得到交流网侧的有功电流调制值ugd′：式(6)中，kr为直接反馈控制的增益系数；ks表示重复控制的增益系数；同时，对第二步中锁相后计算得到的交流电网侧无功电流Igq进行比例积分控制，从而生成相应的交流网侧无功电流调制值ugq'；第七步：生成交流侧变流器IGBT驱动信号，对第六步中得到的交流网侧的有功电流调制值ugd′与交流网侧无功电流调制值ugq'进行解耦控制后，进行dq/abc变换与SVPWM控制，从而对交流网侧AC/DC变流器中的三相桥臂的IGBT进行调制；钒电池侧DC/DC变流器控制方法：第一步：生成钒电池直流侧变流器的控制指令，当钒电池储能系统工作在恒功率放电模式时：通过霍尔电压互感器2TV采集的信号经过数字化处理后得到钒电池侧直流电压Ufdc信号，通过电流互感器2TA采集的信号经过数字化处理后得到钒电池侧直流电流Ifdc信号，将直流电压Ufdc与直流电流Ifdc相乘得到的实际功率反馈值Pfdc进行比例积分控制，从而生成钒电池直流侧变流器的控制指令；当钒电池储能系统工作在恒流充、放电模式时：通过电流互感器2TA采集的信号经过数字化处理后得到钒电池侧直流电流Ifdc信号进行比例积分控制，从而生成钒电池直流侧变流器的控制指令；第二步：根据第一步中得到的钒电池直流侧变流器的控制指令对钒电池侧DC/DC变流器中的IGBT进行PWM调制，IGBT管的占空比D相同，而且导通时间互错Ts/3，即三角载波的相位互错Ts/3。所述双CPU控制器采用的是ARM+FPGA双CPU的控制架构，其功率单元采用CPLD控制器。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术一种基于钒电池储能的变流器控制方法中利用双CPU控制器，根据一定的控制算法，实现快速、有效的控制从而调节IGBT的通断，进而实现能量在钒电池储能堆与交流电网之间的双向流动，使能量得以有效的利用，实现了削峰填谷、无功补偿、电能质量控制等功能。因此，本设计的控制方法能够提高能量利用率，对变流器实现精确控制。2、本专利技术一种基于钒电池储能的变流器控制方法中交流电网侧AC/DC变流器和钒电池侧DC/DC变流器的控制端均通过光纤与双CPU控制器相连接，利用光纤通迅实现双CPU控制器的快速响应，有效提高了控制器的响应速度。因此，本设计的控制器响应速度快，控制精准性高。3、本专利技术一种基于钒电池储能的变流器控制方法中，电网侧AC/DC变流器采用一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于钒电池储能的变流器控制方法，其特征在于：钒电池储能电路包括交流电源(1)、交流电网侧AC/DC变流器(2)、钒电池侧DC/DC变流器(3)和钒电池储能堆(4)，所述交流电源(1)依次串联预充电回路(5)、滤波回路(6)和电流互感器1TA后与交流电网侧AC/DC变流器(2)的交流侧接口相连接，所述交流电网侧AC/DC变流器(2)的直流侧接口与钒电池侧DC/DC变流器(3)与钒电池储能堆(4)相连接，所述交流电源(1)与预充电回路(5)之间设置有电压互感器1TV，所述钒电池侧DC/DC变流器(3)与钒电池储能堆(4)之间设置有电流互感器2TA和电压互感器2TV；所述钒电池侧DC/DC变流器(3)采用Buck‑Boost斩波电路，所述交流电网侧AC/DC变流器(2)和钒电池侧DC/DC变流器(3)的控制端均通过光纤与双CPU控制器(7)相连接，所述双CPU控制器(7)与一体化工控机8信号连接；交流电网侧AC/DC变流器控制方法包括以下步骤：第一步：数据采样、归一化处理，将无源电压互感器1TV采集的信号经过数字化处理后得到交流电网侧的三相相电压Usa、Usb、Usc信号，通过电流互感器1TA采集的信号经过数字化处理后得到交流电网侧三相相电流Isa、Isb、Isc信号，通过霍尔电压互感器2TV采集的信号经过数字化处理后得到钒电池侧直流电压Ufdc信号，通过电流互感器2TA采集的信号经过数字化处理后得到钒电池侧直流电流Ifdc信号，同时采集AC/DC变流器输出的直流电压Udc信号，最后对上述信号进行归一化处理；第二步：锁相控制，对交流电网侧的三相相电压Usa、Usb、Usc信号在锁相环控制器内进行软件锁相控制：对交流电网侧的三相相电压Usa、Usb、Usc信号进行变换得到：...

【技术特征摘要】
1.一种基于钒电池储能的变流器控制方法，其特征在于：钒电池储能电路包括交流电源(1)、交流电网侧AC/DC变流器(2)、钒电池侧DC/DC变流器(3)和钒电池储能堆(4)，所述交流电源(1)依次串联预充电回路(5)、滤波回路(6)和电流互感器1TA后与交流电网侧AC/DC变流器(2)的交流侧接口相连接，所述交流电网侧AC/DC变流器(2)的直流侧接口与钒电池侧DC/DC变流器(3)与钒电池储能堆(4)相连接，所述交流电源(1)与预充电回路(5)之间设置有电压互感器1TV，所述钒电池侧DC/DC变流器(3)与钒电池储能堆(4)之间设置有电流互感器2TA和电压互感器2TV；所述钒电池侧DC/DC变流器(3)采用Buck-Boost斩波电路，所述交流电网侧AC/DC变流器(2)和钒电池侧DC/DC变流器(3)的控制端均通过光纤与双CPU控制器(7)相连接，所述双CPU控制器(7)与一体化工控机8信号连接；交流电网侧AC/DC变流器控制方法包括以下步骤：第一步：数据采样、归一化处理，将无源电压互感器1TV采集的信号经过数字化处理后得到交流电网侧的三相相电压Usa、Usb、Usc信号，通过电流互感器1TA采集的信号经过数字化处理后得到交流电网侧三相相电流Isa、Isb、Isc信号，通过霍尔电压互感器2TV采集的信号经过数字化处理后得到钒电池侧直流电压Ufdc信号，通过电流互感器2TA采集的信号经过数字化处理后得到钒电池侧直流电流Ifdc信号，同时采集AC/DC变流器输出的直流电压Udc信号，最后对上述信号进行归一化处理；第二步：锁相控制，对交流电网侧的三相相电压Usa、Usb、Usc信号在锁相环控制器内进行软件锁相控制：对交流电网侧的三相相电压Usa、Usb、Usc信号进行变换得到：式(1)中，U表示三相电压的幅值；ω为三相电压的角频率；对式(1)进行Clark变换，可得(α，β)坐标系下的电网电压为：对(2)式进行Park变换，得到：式(3)中，ud表示电网侧变流器的有功功率，uq表示电网侧变流器的无功功率，θ为锁相环输出的角度，Δθ＝ωt-θ为相角误差；锁相环以跟踪电网侧电压的相位为目标，经过Clark与Park变换，得到(d,q)坐标系下的直流量，然后对uq进行PI控制器与积分器，并反馈给Park变换器，从而实现电网相位的跟踪，即当Δθ≈0时，完成锁相功能；第三步：直流侧电压外环控制，对直流侧电压Udc在PI控制器进行比例积分控制，得到电流幅值指令Idr*：式(4)中Udc*为设定值表示直流侧参考电压，Udc为直流侧测量的电压，kp为设定值表示比例系数，ki为设定值表示积分系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵珊，杨培新，朱爱娜，张献华，李俊，
申请(专利权)人：大力电工襄阳股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42