用于谐波补偿的储能双向变流器系统的控制方法技术方案

本发明专利技术涉及用于谐波补偿的储能双向变流器系统的控制方法，属于减少谐波技术领域。本发明专利技术利用微电网中已有的储能双向变流器解决了非线性负荷谐波电流过重的问题，优化微电网的电能质量。本发明专利技术为消除长距离馈电线路影响，提高谐波补偿效果，直接采集非线性负荷侧谐波信息。建立电压电流模型并通过信号测量编码装置提取非线性负荷发出的谐波电流特征值和PCC点的特征，压缩了通信信息量，经窄带无线通信装置实现谐波信息的传递，本地控制器收到信号测量编码装置的信息后对信息进行解码，还原出真实的负荷谐波电流，以实现储能双向变流器的闭环比例谐振控制，实现了任意次数的谐波电流精确补偿。本发明专利技术成本低、效果优，工程实现简单。

【技术实现步骤摘要】
用于谐波补偿的储能双向变流器系统及控制方法
本专利技术涉及用于谐波补偿的储能双向变流器系统及控制方法，属于减少谐波

技术介绍
环境污染和能源危机问题的日益严峻促使分布式新能源发电在我国发电能源结构中所占的比例逐年增加，然而分布式新能源发电系统易随环境波动、难以预测的特性对电网的电压稳定、可靠性和电能质量产生影响。电池储能系统作为一种能量存储媒介，具有双向功率能力和灵活调节特性，可以有效改善可再生能源发电功率波动性与间歇性对电网带来的负面影响，提高电网对分布式新能源的接纳能力，因此具有广阔的应用前景。储能双向变流器作为电池储能系统中关键部件之一，可将不同种类电池存储的直流能量转换为符合相应标准的交流电能。储能双向变流器以其较低的损耗、简单的结构及控制等优点在电池储能系统中得到了广泛的应用。由于储能双向变流器质量和控制方法不一，尤其是电网上的谐波负荷的日益增多，干扰储能双向变流器的闭环控制，导致储能双向变流器系统发出的电能质量较差，因此目前已有很多新能源和储能发电系统增加了主动电源滤波器(APF)来解决此问题。但主动电源滤波器成本高，治理容量有限，受安装场地及维护需求限制，一般集中安装在电网支路总闸处，不能根本上解决末端用户的用电电能质量问题。APF在原理上同储能双向变流器一致，都是双向的DC/AC装置，可采用其实现负荷谐波滤除功能。但不利的是，受安装及使用场地限制，非线性负荷一般都安装在远离储能双向变流器的位置，经过馈电线采集到的谐波特性与非线性负荷真实的谐波特性发生了较大变异，导致谐波补偿失败。而如果传统远距离通信巨量的谐波信息，对于通信成本和控制要求则大大提高，也不利于工程应用。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种用于谐波补偿的储能双向变流器系统及控制方法，为消除长距离馈电线路影响，提高谐波补偿效果，直接采集负荷侧谐波信息，通过建立电压电流模型并通过信号测量编码装置提取非线性负荷发出的谐波电流特性和PCC点电压的特征，压缩了通信信息量，通过低成本的窄带无线通信装置实现真实负荷谐波信息传递，储能本地控制器收到信息后对信息进行解码，还原负荷谐波信息，用于精确控制储能双向变流器来补偿符合谐波。该系统及控制方法成本低、效果优，工程实现简单。本专利技术是采用以下的技术方案实现的：一种用于谐波补偿的储能双向变流器系统，包括：储能电池用于存储电能并将其转换为直流电能；储能双向变流器，一端与储能电池连接，另一端通过长距离馈电线与微电网连接，将储能电池输出的直流电能转换为与微电网相同频率、相同电压的交流电能，经长距离馈电线送到微电网上；非线性负荷，接入微电网中；信号测量编码装置分别与非线性负荷和微电网连接，用于采样负荷电流和微电网电压，并进行计算和提取出直流特征数据信息；储能本地控制器，一端通过无线通信装置与信号测量编码装置连接，另一端与储能双向变流器连接，通过无线通信装置接收信号测量编码装置传递的直流特征数据信息，并输出控制信号给储能双向变流器以实现储能双向变流器的闭环PWM控制，使储能双向变流器输出的电流补偿非线性负荷的谐波电流。进一步地，储能电池两端并联有电容，以稳定储能电池的电压。进一步地，储能双向变流器输出端连接有LC滤波器。进一步地，非线性负荷接在微电网的PCC点处，方便信号测量编码装置采样负荷电流和PCC点电压，进而计算和提取出直流特征数据信息。进一步地，信号测量编码装置采样非线性负荷的实时电流和PCC点的实时电压。进一步地，无线通信装置采用窄带无线通信装置。该系统工作原理为，储能电池发电产生的直流电能，经过电容稳压后，送给储能双向变流器，储能双向变流器通过闭环PWM控制，运行在逆变状态，将直流电能转换为交流电能。在控制过程中，本专利技术的系统引入信号测量编码装置，通过采样非线性负荷接入侧PCC点的电压和非线性负荷的谐波电流，提取谐波相位信息的直流特征数据信息，大大降低了谐波信息的通信量，通过低带宽的无线通信装置传回储能本地控制器，降低通信带宽需求，提高通信和储能双向变流器控制的实时性。本专利技术还提出了一种用于谐波补偿的储能双向变流器系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：将电能转换为直流电能，并经电容进行稳压；S2：储能双向变流器将直流电能转换为与微电网相同频率、相同电压的交流电能，经长距离馈电线送到微电网上；S3：通过信号测量编码装置采样接入微电网的PCC点处非线性负荷的实时电流和PCC点的实时电压并进行计算和提取出直流特征数据信息；S4：储能本地控制器接收信号测量编码装置传递的直流特征数据信息，并实现储能双向变流器的闭环PWM控制，使储能双向变流器输出的电流补偿非线性负荷的谐波电流，降低用户侧的谐波电流量。进一步地，步骤S3)中利用信号测量编码装置采样非线性负荷的实时电流和PCC点的实时电压，二者均为周期信号，并采用如下离散傅里叶变换进行特征提取：其中：h为谐波次数，H(s)为对应谐波次数的传递函数，t1为信号测量编码装置的本地时间，ILoad为负荷谐波电流，VPCC为PCC点电压，MLoad,h(t1)和MPCC,f(t1)分别为t1时负荷电流在h谐波次数的幅值和PCC点电压的基波幅值,θLoad,h(t1)和θPCC,f(t1)分别为t1时负荷电流在h次谐波次数的相角和PCC点电压的基波相角；和分别为负荷电流的谐波部分和PCC点电压的基波部分；对于稳态非线性负荷，t1时非线性负荷的谐波电流的相角和PCC点电压的基波相角有如下关系：∠θLoad,h(t1)-h·∠θPCC,f(t1)＝dh(t1)(2)其中dh(t1)为t1时提取出的直流特征量。信号测量编码装置传递给储能本地控制器的直流特征数据信息为dh(t1)和MLoad,h(t1)。进一步地，步骤S4)中储能本地控制器对谐波电流特征信息复原以实现储能双向变流器的闭环PWM控制时，首先采样储能双向变流器的输出电流和电容电压信息：其中，t2为储能本地控制器的时间，H(s)为离散傅里叶变换的传递函数，Io和VC分别为储能本地控制器的输出电流和电容电压，MIo,f(t2)和MVC,f(t2)分别为t2时储能双向变流器输出电流的基波幅值和电容电压的基波幅值，θIo,f(t2)和θVC,f(t2)分别为t2时对应的储能双向变流器输出电流基波部分的相角和电容电压基波部分的相角；和分别为储能双向变流器输出电流的基波部分和电容电压的基波部分。进一步地，储能双向变流器输出电流、电容电压和PCC点电压的基本关系有：其中，Cf为电容值；为电容电压的基波部分；为电容电流的基波部分；为储能双向变流器输出电流的基波部分，为储能双向变流器稳压后输出的交流电能的基波部分，为PCC点电压的基波部分；ZFeeder为长距离馈电线阻抗，并以阻抗R和感抗值X之和表示；则PCC点电压的相角为：其中：由于信号测量编码装置通过窄带无线通信装置与储能本地控制器进行数据信息传递，设信号测量编码装置的时间t1和储能本地控制器的时间t2近似一致为t时间，t时将储能本地控制器上接收到的直流特征数据信息可表示为：其中：和分别为t时负荷电流在h谐波次数的相角和幅值；为t时PCC点电压在h次谐波次数的相角；dh(t)为t时提取出的直流特征量；由各次谐波幅值相角经过傅里叶反变换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于谐波补偿的储能双向变流器系统，其特征在于：包括：储能电池(1)用于存储电能并将其转换为直流电能；储能双向变流器(2)，一端与储能电池(1)连接，另一端通过长距离馈电线(4)与微电网(5)连接，将储能电池(1)输出的直流电能转换为与微电网(5)相同频率、相同电压的交流电能，经长距离馈电线(4)送到微电网(5)上；非线性负荷(6)，接入微电网(5)中；信号测量编码装置(7)分别与非线性负荷(6)和微电网(5)连接，用于采样负荷电流和微电网电压，并进行计算和提取出直流特征数据信息；储能本地控制器(9)，一端通过无线通信装置与信号测量编码装置(7)连接，另一端与储能双向变流器(2)连接，通过无线通信装置接收信号测量编码装置(7)传递的直流特征数据信息，并输出控制信号给储能双向变流器(2)以实现储能双向变流器(2)的闭环PWM控制，使储能双向变流器(2)输出的电流补偿非线性负荷(6)的谐波电流。

【技术特征摘要】
1.一种用于谐波补偿的储能双向变流器系统，其特征在于：包括：储能电池(1)用于存储电能并将其转换为直流电能；储能双向变流器(2)，一端与储能电池(1)连接，另一端通过长距离馈电线(4)与微电网(5)连接，将储能电池(1)输出的直流电能转换为与微电网(5)相同频率、相同电压的交流电能，经长距离馈电线(4)送到微电网(5)上；非线性负荷(6)，接入微电网(5)中；信号测量编码装置(7)分别与非线性负荷(6)和微电网(5)连接，用于采样负荷电流和微电网电压，并进行计算和提取出直流特征数据信息；储能本地控制器(9)，一端通过无线通信装置与信号测量编码装置(7)连接，另一端与储能双向变流器(2)连接，通过无线通信装置接收信号测量编码装置(7)传递的直流特征数据信息，并输出控制信号给储能双向变流器(2)以实现储能双向变流器(2)的闭环PWM控制，使储能双向变流器(2)输出的电流补偿非线性负荷(6)的谐波电流。2.根据权利要求1所述的用于谐波补偿的储能双向变流器系统，其特征在于：储能电池(1)两端并联有电容。3.根据权利要求1所述的用于谐波补偿的储能双向变流器系统，其特征在于：储能双向变流器(2)输出端连接有LC滤波器(3)。4.根据权利要求1、2或3所述的用于谐波补偿的储能双向变流器系统，其特征在于：非线性负荷(6)接在微电网(5)的PCC点处。5.根据权利要求4所述的用于谐波补偿的储能双向变流器系统，其特征在于：信号测量编码装置(7)采样非线性负荷(6)的实时电流和PCC点的实时电压。6.根据权利要求1或5所述的用于谐波补偿的储能双向变流器系统，其特征在于：无线通信装置采用窄带无线通信装置(8)。7.根据权利要求1至6任意一项所述的用于谐波补偿的储能双向变流器系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：将电能转换为直流电能，并经电容进行稳压；S2：储能双向变流器(2)将直流电能转换为与微电网(5)相同频率、相同电压的交流电能，经长距离馈电线(4)送到微电网(5)上；S3：通过信号测量编码装置(7)采样接入微电网(5)的PCC点处的负荷电流和PCC电压并进行计算和提取出直流特征数据信息；S4：储能本地控制器(9)接收信号测量编码装置(7)传递的直流特征数据信息，并实现储能双向变流器(2)的闭环PWM控制，使储能双向变流器(2)输出的电流补偿非线性负荷(6)的谐波电流，降低用户侧的谐波电流量。8.根据权利要求7所述的用于谐波补偿的储能双向变流器系统的控制方法，其特征在于：步骤S3)中利用信号测量编码装置(7)采样非线性负荷的实时电流和PCC点的实时电压，二者均为周期信号，并采用如下离散傅里叶变换进行特征提取：其中：h为谐波次数，H(s)为对应谐波次数的传递函数，t1为信号测量编码装置的本地时间，ILoad为负荷谐波电流，VPCC为PCC...

【专利技术属性】
技术研发人员：王瑞琪，王超，安树怀，孙振海，徐志根，慕世友，靳占新，吴绍军，许玮，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司青岛供电公司，山东鲁能智能技术有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：山东,37