一种计及非线性因素的双向储能变换器分析与控制方法技术

本发明专利技术公开了一种计及非线性因素的双向储能变换器分析与控制方法。考虑死区效应和功率管饱和压降等非线性因素对系统的影响，将蓄电池电压，功率管饱和压降和死区的占空比作为外部变量，计算出因非线性因素导致的误差电压，将得到的误差电压作为扰动量引入电压电流双闭环控制中，计算出等效电路中开路电压、输出阻抗和受控电压源的表达式，得到计及非线性因素的直流微电网双向储能变换器等效电路。本发明专利技术补偿了因非线性因素导致的误差电压，逼近实际直流微电网双向储能变换器的等效电路，提高了等效电路的精确性，可以用来分析多储能变换器并联均流特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及新能源分布式发电、直流微电网领域，特别是一种计及非线性因素的双向储能变换器分析与控制方法。
技术介绍
随着化石能源的不断衰竭，新能源分布式发电技术越来越受到人们的重视，微电网也应运而生。相比于交流微电网，直流微电网是由分布式发电、储能装置、能量变换装置和负载等组成的系统，既可以与大电网并网运行，也可以孤立运行。直流微电网系统具有结构简单，能量转换次数少，无需考虑频率、相位和无功补偿设备，供电质量高等优势，促进了直流微电网的快速发展。在研究多储能变换器并联均流特性时，现有文献在建模时均未考虑死区效应和IGBT饱和压降对系统的影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种计及非线性因素的双向储能变换器分析与控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种计及非线性因素的双向储能变换器分析与控制方法，该方法为：1)在每个采样周期的起始点，对储能变换器直流侧电容C1两端的电压udc1、流过线路阻抗Zline1的电流i1和流过电感L1的电流iL1分别进行采样，将经过AD转换器转换后的数据通过并行接口送给DSP控制器进行处理；2)将直流侧参考电压uref和与电容电压反馈系数Hu相乘后的储能变换器直流侧电容C1两端的电压udc1相减，得到差值eu，其中，Hu取值范围为0.01<Hu<0.02；3)将差值eu与外环电压PI控制器的传递函数Gu(s)相乘，得到指令电流i*L1，其中，外环电压PI控制器的传递函数Gu(s)的表达式为Gu(s)＝kp+ki/s，其中，kp是PI控制器的比例系数，kp取值范围为0.1≤kp≤20，ki是PI控制器的积分系数，ki取值范围为0.001≤ki≤0.1，s＝jω，j是虚部单位符号，ω为电网角频率；4)将指令电流i*L1和与电感电流反馈系数Hi相乘后的流过电感L1的电流iL1相减，得到差值ei，其中，Hi取值范围为0.09<Hi<0.11；5)将差值ei与内环电流P控制器的传递函数Gi(s)相乘，得到调制波ut，其中，内环电流P控制器的传递函数Gi(s)的表达式为Gi(s)＝k，k是P控制器的比例系数，k取值范围为0.1≤k≤1.5；6)将调制波ut与脉宽调制器的传递函数Gpwm相乘，与储能变换器直流侧电容C1两端的电压udc1相减，再与非线性因素引起的误差电压Δue相减，得到储能变换器的输出电压u1，其中，Gpwm＝Ub1/Uc，Ub1是蓄电池电压平均值，Ub1取值范围为700≤Ub1≤720，Uc是三角载波的幅值，Uc取值范围为1≤Uc≤10。所述步骤6)中，非线性因素引起的误差电压Δue的表达式为：Δue＝(ub1Dd+uQ1)sign(iL1)其中，ub1是蓄电池电压，uQ1是功率管饱和压降，Dd是死区的占空比，与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术涉及了一种计及非线性因素的双向储能变换器分析与控制方法。考虑死区效应和功率管饱和压降等非线性因素对系统的影响，将蓄电池电压，功率管饱和压降和死区的占空比作为外部变量，计算出因非线性因素导致的误差电压，将得到的误差电压作为扰动量引入电压电流双闭环控制中，计算出等效电路中开路电压、输出阻抗和受控电压源的表达式，得到计及非线性因素的直流微电网双向储能变换器等效电路。本专利技术补偿了因非线性因素导致的误差电压，逼近实际直流微电网双向储能变换器的等效电路，提高了等效电路的精确性，可以用来分析多储能变换器并联均流特性。附图说明图1为储能系统的结构图；图2为本专利技术一实施例iL1>0时驱动信号和储能变换器的输出电压u1波形；图3为本专利技术一实施例储能系统的控制框图；图4为本专利技术一实施例储能变换器的等效电路；图5(a)是未考虑非线性因素时储能变换器直流侧电容C1两端的电压udc1的仿真波形；图5(b)是考虑非线性因素时储能变换器直流侧电容C1两端的电压udc1的仿真波形。具体实施方式图1为储能系统的结构图，Buck/Boost变换器，又称储能变换器，实现能量双向流动，DC/AC逆变器采用单相桥式电路和LC滤波器，既避免复杂的电路结构带来的控制和稳定性问题，又对高频谐波电流起到较大的衰减作用，负载由DC/AC逆变器接阻性负载模拟。其中，功率管Q1、Q2、二极管D1、D2和电感L1构成储能变换器，功率管Q3-Q6构成单相桥式电路，电感Lf1和电容Cf1构成LC滤波器，ub1和ib1分别是蓄电池电压和电流，u1是储能变换器的输出电压，udc1是储能变换器直流侧电容C1两端的电压，uload1和iload1分别是DC/AC逆变器直流侧输入电压和电流，uo1和io1分别是流过阻性负载R1的电压和电流，iL1和iLf1分别是电感L1和Lf1的电流，iC1和iCf1分别是电容C1和Cf1的电流，i1是线路阻抗Zline1电流。图2为iL1>0时驱动信号和储能变换器的输出电压u1波形，假设流过电感L1的电流iL1流向直流母线为正，从直流母线流向储能变换器为负。以iL1>0为例，q1和q2分别是未考虑非线性因素时的功率管Q1和Q2驱动信号，q11和q22分别是考虑非线性因素时的功率管Q1和Q2驱动信号，u1和u11分别是考虑非线性因素前后的储能变换器的输出电压，td是死区时间，ton和toff分别是功率管的导通延迟时间和关断延迟时间，可忽略不计，Ts是开关周期，uQ1和uD2分别是功率管和二极管的饱和压降，一般uQ1和uD2的大小十分接近，即uQ1＝uD2。图3为储能系统的控制框图，在每个采样周期的起始点，对储能变换器直流侧电容C1两端的电压udc1、流过线路阻抗Zline1的电流i1和流过电感L1的电流iL1分别进行采样，将经过AD转换器转换后的数据通过并行接口送给DSP控制器进行处理。将直流侧参考电压uref和与电容电压反馈系数Hu相乘后的储能变换器直流侧电容C1两端的电压udc1相减，得到差值eu，其中，Hu取值范围为0.01<Hu<0.02。将差值eu与外环电压PI控制器的传递函数Gu(s)相乘，得到指令电流i*L1，其中，外环电压PI控制器的传递函数Gu(s)的表达式为Gu(s)＝kp+ki/s，其中，kp是PI控制器的比例系数，kp取值范围为0.1≤kp≤20，ki是PI控制器的积分系数，ki取值范围为0.001≤ki≤0.1，s＝jω，j是虚部单位符号，ω为电网角频率。将指令电流i*L1和与电感电流反馈系数Hi相乘后的流过电感L1的电流iL1相减，得到差值ei，其中，Hi取值范围为0.09<Hi<0.11。将差值ei与内环电流P控制器的传递函数Gi(s)相乘，得到调制波ut，其中，内环电流P控制器的传递函数Gi(s)的表达式为Gi(s)＝k，k是P控制器的比例系数，k取值范围为0.1≤k≤1.5。将调制波ut与脉宽调制器的传递函数Gpwm相乘，与储能变换器直流侧电容C1两端的电压udc1相减，再与非线性因素引起的误差电压Δue相减，得到储能变换器的输出电压u1，其中，Gpwm＝Ub1/Uc，Ub1是蓄电池电压平均值，Ub1取值范围为700≤Ub1≤720，Uc是三角载波的幅值，Uc取值范围为1≤Uc≤10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计及非线性因素的双向储能变换器分析与控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在每个采样周期的起始点，对储能变换器直流侧电容C1两端的电压udc1、流过线路阻抗Zline1的电流i1和流过电感L1的电流iL1分别进行采样，将采样数据经过AD转换器转换后送给DSP控制器进行处理；2)将直流侧参考电压uref和与电容电压反馈系数Hu相乘后的储能变换器直流侧电容C1两端的电压udc1相减，得到差值eu；3)将差值eu与外环电压PI控制器的传递函数Gu(s)相乘，得到指令电流i*L1；4)将指令电流i*L1和与电感电流反馈系数Hi相乘后的流过电感L1的电流iL1相减，得到差值ei；5)将差值ei与内环电流P控制器的传递函数Gi(s)相乘，得到调制波ut；6)将调制波ut与脉宽调制器的传递函数Gpwm相乘，乘积与储能变换器直流侧电容C1两端的电压udc1相减，差值再与非线性因素引起的误差电压Δue相减，得到储能变换器的输出电压u1，其中，Gpwm＝Ub1/Uc，Ub1是蓄电池电压平均值，Ub1取值范围为700≤Ub1≤720，Uc是三角载波的幅值，Uc取值范围为1≤Uc≤10。

【技术特征摘要】
1.一种计及非线性因素的双向储能变换器分析与控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在每个采样周期的起始点，对储能变换器直流侧电容C1两端的电压udc1、流过线路阻抗Zline1的电流i1和流过电感L1的电流iL1分别进行采样，将采样数据经过AD转换器转换后送给DSP控制器进行处理；2)将直流侧参考电压uref和与电容电压反馈系数Hu相乘后的储能变换器直流侧电容C1两端的电压udc1相减，得到差值eu；3)将差值eu与外环电压PI控制器的传递函数Gu(s)相乘，得到指令电流i*L1；4)将指令电流i*L1和与电感电流反馈系数Hi相乘后的流过电感L1的电流iL1相减，得到差值ei；5)将差值ei与内环电流P控制器的传递函数Gi(s)相乘，得到调制波ut；6)将调制波ut与脉宽调制器的传递函数Gpwm相乘，乘积与储能变换器直流侧电容C1两端的电压udc1相减，差值再与非线性因素引起的误差电压Δue相减，得到储能变换器的输出电压u1，其中，Gpwm＝Ub1/Uc，Ub1是蓄电池电压平均值，Ub1取值范围为700≤Ub1≤720，Uc是三角载波的幅值，Uc取值范围为1≤Uc≤10。2.根据权利要求1所述的计及非线性因素的双向储能变换器分析与...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗安，杨苓，陈燕东，怀坤山，伍文华，周小平，梅成成，程石，刘亚曦，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43