一种带电流内环的电力弹簧功率解耦控制方法技术

本发明专利技术公开了一种带电流内环的电力弹簧功率解耦控制方法，所述电力弹簧系统包含一个双向直流电源vdc、一个单相电压源型逆变器模块、一个LC低通滤波器；旁路开关S控制电力弹簧的投切。电力弹簧通过滤波电容C与非关键负载串联再与关键负载并联后经线路阻抗Z1与电网vG相连构成电力弹簧的实际应用系统。本发明专利技术针对因新能源发电的间歇性和不稳定性引起的微电网电压和功率波动问题，提出一种带电流内环的电力弹簧功率解耦控制方法，一方面能够将新能源发电功率的波动转移到电力弹簧装置以及非关键负载上，从而保证关键负载电压和功率的稳定；另一方面，电流内环的加入使得电网电流波形更趋于正弦，同时系统可以获得更加良好的动态性能。

【技术实现步骤摘要】
一种带电流内环的电力弹簧功率解耦控制方法
本专利技术涉及电力电子在电力系统中的应用领域，具体地说涉及一种带电流内环的电力弹簧功率解耦控制方法。
技术介绍
当前，我国已进入能源低碳转型的关键时期，风能、太阳能等新能源发展矛盾凸显，弃风、弃光等现象突出，并网消纳的瓶颈仍未得到有效解决。能源结构转型的重心向分布式能源转移已成趋势；就地上网、就地消纳将成为常态；“自发自用、余电上网”的模式将逐步得到推广。然而，随着屋顶光伏、小型风力发电等新能源发电装机容量的逐年增大，微电网的稳定运行将会受到极大的影响。为保证含高渗透率新能源发电的微电网可靠运行，一般采用蓄电池组等储能装置作为削峰填谷的重要手段，但这属于被动式储能方式，且较多次数的充放电会影响其使用寿命，为提高可靠性而使用更大容量的蓄电池组又会导致成本显著上升。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对新能源发电输出功率的不稳定引起的公共连接点(PointofCommonCoupling，PCC)电压和功率波动问题，提出一种带电流内环的电力弹簧功率解耦控制方法，一方面能够将新能源发电功率的波动转移到电力弹簧装置以及非关键负载上，从而保证关键负载电压和功率的稳定；另一方面，电流内环的加入使得电网瞬时电流波形更趋于正弦，同时系统可以获得更加良好的动态性能。电力弹簧的典型应用系统包含传统发电输出电压源vG、线路电阻R1、线路电感L1、关键负载ZC、非关键负载ZNC、一个单相电力弹簧系统；所述单相电力弹簧系统为第二代单相电力弹簧系统，包含双向直流电源vdc、一个单相电压源型逆变器模块、一个LC低通滤波器；旁路开关S控制电力弹簧的投切，公共连接点PCC为电力弹簧和关键负载ZC与线路阻抗Z1的连接点。本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种带电流内环的电力弹簧功率解耦控制方法，其特征在于增加了电流内环和解耦补偿项，一个控制周期包括如下步骤：1)采集关键负载的电压信号vC和公共连接点PCC处的电流值i1，计算输入到电力弹簧的有功功率P；2)电压外环和有功功率外环控制，其中将有功功率P以及电压信号vC分别与给定的有功功率Pref以及给定的电压有效值Vref作比较，两个差值分别经过外环偏差控制器，其输出分别为d,q轴电流参考值idref和iqref；3)电流内环控制，其中将idref和iqref作为电流参考值，并将之减去实际采样电流经变换得到的d,q轴电流id、iq后分别送入内环偏差控制器；4)电流内环解耦控制，其中内环偏差控制器的输出经id、iq的交叉耦合补偿和电压前馈补偿后得到d轴和q轴的电压参考值vdref和vqref，将所述vdref和vqref变换为逆变器的输出电压参考值vref再经限幅后作为SPWM的调制波v_ref；5)将所述v_ref与三角载波比较，在v_ref和三角载波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断以得到所述单相电压源型逆变器模块的开关管的驱动信号。优选地，在所述电压外环和有功功率外环控制步骤中，所述外环偏差控制器是比例积分控制器或比例积分微分控制器。优选地，在所述电流内环控制步骤中，所述实际采样电流经Park变换得到所述d,q轴电流id、iq。优选地，在所述电流内环控制步骤中，所述内环偏差控制器是比例积分控制器或比例积分微分控制器。优选地，在所述电流内环解耦控制步骤中，通过Park逆变换将所述vdref和vqref变换为逆变器的输出电压参考值vref。优选地，所述单相电压源型逆变器模块的直流侧电压由蓄电池获得或由单相电网电压经过PWM整流器后接电解电容获得，该电压大于311V。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、可以保证关键负载电压和功率的稳定本控制方法旨在维持新能源并网时关键负载电压以及功率的稳定，提高电能质量。单相系统通过构建虚拟正交量可以实现从静止坐标系到旋转坐标系下的坐标变换，可以将交流量转换为直流量；因而仅使用功率外环、电压外环和PI控制器可以实现有功功率和电压无静差跟踪。如图3所示，PCC电压给定在220V且有功功率不同给定情形下的仿真波形对比图，可以看出关键负载处的电压有效值都稳定在220V且输入功率基本都能很好地跟上给定值。2、系统具备更加良好的动态性能电流内环增加了对电网注入电流的控制，一方面可以通过设置合适的阈值控制电网注入电流的大小，使其维持在安全的运行范围内，增加了系统的安全性。另一方面内环控制器可以有效抑制谐波电流的影响，增强电网瞬时电流的正弦度，同时基于内环电流的解耦补偿策略，将并网电流分解为有功电流分量和无功电流分量，采用两个独立的PI控制器可以独立控制有功电流和无功电流，从而达到控制有功功率和无功功率的目的显著地提升了系统的动态性能。3、应用系统所需储能单元更少传统的储能装置在遇到大幅度的功率波动时，其所需要的储能单元也必须相应增大，而本系统所用的电力弹簧装置所采用的功率控制能瞬时转移功率的波动，从控制的角度提出了一种解决方案，因此所需的储能电池容量相对较小。4、实用性高、应用前景广泛本专利技术重点解决新能源并网所带来的电压和功率波动问题，同时提高了系统的动态性能，可促进新能源发电的推广应用，且系统简单可靠，有很高的实用价值和应用前景。附图说明图1是本专利技术的电力弹簧系统结构图；图2是本专利技术的电力弹簧系统的功率控制框图；图3是本专利技术的PCC电压在220V且有功功率不同给定下的仿真波形对比图，依次是PCC电压vC、给定功率Pref和测量功率P、PCC电流i1及PCC电压有效值vcrms的仿真波形。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：本专利技术提出一种带电流内环的电力弹簧功率解耦控制方法，一方面能够将新能源发电输出电压及其功率的波动转移到电力弹簧装置以及非关键负载上，从而保证关键负载电压和功率的稳定，另一方面，电流内环的加入使得电网瞬时电流波形更趋于正弦，同时可以获得更加良好的系统动态性能。如图1所示，电力弹簧的典型应用系统包含传统发电输出电压源vG、线路电阻R1、线路电感L1、关键负载ZC、非关键负载ZNC、一个单相电力弹簧系统；所述单相电力弹簧系统为第二代单相电力弹簧系统包含双向直流电源vdc、一个单相电压源型逆变器模块、一个LC低通滤波器；旁路开关S控制电力弹簧的投切。所述逆变器模块的交流侧一端连接LC低通滤波器中L的一端；所述L的另一端不仅与电容C的一端相连，还与关键负载ZC的一端相连；所述电容C的另一端除了与非关键负载ZNC的一端相连，还与所述逆变器模块的交流侧的另一输出端相连；所述非关键负载ZNC的另一端接地；所述传统发电输出电压源vG与线路电阻R1和线路电感L1串联后连接到关键负载的一端，vG的另一端接地。所述单相电压源型逆变器模块的直流侧输入直流电。进一步的，逆变器模块的直流侧电压也可由蓄电池获得，该电压应大于311V。为了分析方便，仿真时将关键负载和非关键负载等效为一个纯电阻。其中，逆变电路的直流侧电压为400V；LC滤波参数分别为2.5mH和26μF；关键负载ZC选取纯电阻50Ω，非关键负载50Ω的纯电阻ZNC代替，输电线及线路损耗用1Ω和2.5mH的串联组合等效，电网电压频率为50Hz，取逆变器中开关频率为20kHz。如图2所示，带电流内环的电力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带电流内环的电力弹簧功率解耦控制方法，所述电力弹簧包含双向直流电源vdc、一个单相电压源型逆变器模块、一个LC低通滤波器；旁路开关S控制电力弹簧的投切，电力弹簧通过滤波电容C与非关键负载ZNC串联再与关键负载ZC并联后经线路阻抗Z1与电网vG相连，公共连接点PCC为电力弹簧和关键负载ZC与线路阻抗Z1的连接点；其特征在于包括以下步骤：1)采集关键负载的电压信号vC和公共连接点PCC处的电流值i1，计算输入到电力弹簧的有功功率P；2)电压外环和有功功率外环控制，其中将有功功率P以及电压信号vC分别与给定的有功功率Pref以及给定的电压有效值Vref作比较，两个差值分别经过外环偏差控制器，其输出分别为d,q轴电流参考值idref和iqref；3)电流内环控制，其中将idref和iqref作为电流参考值，并将之减去实际采样电流i1经变换得到的d,q轴电流id、iq后分别送入内环偏差控制器；4)电流内环解耦控制，其中内环偏差控制器的输出经id、iq的交叉耦合补偿和电压前馈补偿后得到d轴和q轴的电压参考值vdref和vqref，将所述vdref和vqref变换为逆变器的输出电压参考值vref再经限幅后作为SPWM的调制波v_ref；5)将所述v_ref与三角载波比较，在v_ref和三角载波的自然交点时刻控制功率开关器件的通断以得到所述单相电压源型逆变器模块的开关管的驱动信号。...

【技术特征摘要】
1.一种带电流内环的电力弹簧功率解耦控制方法，所述电力弹簧包含双向直流电源vdc、一个单相电压源型逆变器模块、一个LC低通滤波器；旁路开关S控制电力弹簧的投切，电力弹簧通过滤波电容C与非关键负载ZNC串联再与关键负载ZC并联后经线路阻抗Z1与电网vG相连，公共连接点PCC为电力弹簧和关键负载ZC与线路阻抗Z1的连接点；其特征在于包括以下步骤：1)采集关键负载的电压信号vC和公共连接点PCC处的电流值i1，计算输入到电力弹簧的有功功率P；2)电压外环和有功功率外环控制，其中将有功功率P以及电压信号vC分别与给定的有功功率Pref以及给定的电压有效值Vref作比较，两个差值分别经过外环偏差控制器，其输出分别为d,q轴电流参考值idref和iqref；3)电流内环控制，其中将idref和iqref作为电流参考值，并将之减去实际采样电流i1经变换得到的d,q轴电流id、iq后分别送入内环偏差控制器；4)电流内环解耦控制，其中内环偏差控制器的输出经id、iq的交叉耦合补偿和电压前馈补偿后得到d轴和q轴的电压参考值vdref和vqref，将所述vdref和vqref变换为逆变器的输出电压参考值vref再经限...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青松，左武坚，程明，邓富金，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32