多端口能量路由器的储能端口功率调节器及其控制方法技术

本申请提供一种多端口能量路由器的储能端口功率调节器及其控制方法。首先，根据直流母线电压与预先选取的系统母线参考电压进行比较，得到电压误差量与储能系统空闲电压滞环环宽比较，确定储能系统工作模式；其次，通过非线性PID控制，得到储能系统的目标充放电电流；最后，将储能系统的目标充放电电流作为参考信号，通过移相控制得到储能端口功率调节器的控制信号。本申请提供的控制方法，通过非线性PID控制，避免储能电池在直流母线电压微小波动时，频繁充放电，有利于直流微网系统和多端口能量路由器储能端口功率调节器的稳定运行，避免功率开关管频繁开关造成损耗。

【技术实现步骤摘要】
多端口能量路由器的储能端口功率调节器及其控制方法
本申请涉及分布式新能源发电并网
，具体的涉及一种多端口能量路由器的储能端口功率调节器及其控制方法。
技术介绍
随着全球能源短缺的问题日益严重，全球能源形势面临着诸多挑战，新能源发电问题也引起了越来越多的关注，使用可再生能源的有效方式是实现“本地收集、本地存储和本地利用”。分布式发电系统不能充分保证能量的自我平衡，所以需要与其他电网(分布式网络或公用电网)互联，同时可以加快对传统电网的转型和升级，进入到未来双向有源电网。由于传统的电力系统设备无法满足供电形式多样、能量多向流动以及功率流的主动调控等要求，基于电力电子变换技术构成的电能路由器，可实现能量的多向流动能力和对功率流的主动控制。新能源发电一般存在着随机性、间歇性、地理分散性和不可控性等问题，为了缓解电网压力，一般会投入大量的储能设备到电网中，根据整个多端口直流微网系统运行的需要，储能端口进行充放电控制。随着分布式发电技术和直流微网系统的发展和应用，新能源输出的波动性和随机性会严重影响直流微网系统的稳定性和供电质量。
技术实现思路
为了解决上述问题，本申请提供一种多端口能量路由器的储能端口功率调节器及其控制方法，以解决现有技术中输出的直流母线电压不稳定的问题，同时减少系统频繁充放电，减小直流微网系统的损耗。为了实现上述目的，本申请通过以下技术方案实现：一方面，一种多端口能量路由器的储能端口功率调节器，所述储能端口功率调节器包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第一均压电容、第二均压电容、第三均压电容和第四均压电容；所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管均设置有续流二极管；所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管的集电极分别与对应的续流二极管的阴极相连接，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管的发射极分别与对应的续流二极管的阳极相连接；所述第一均压电容串联接入第一晶体管的发射极和第二晶体管的集电极之间，所述第二均压电容串联接入第三晶体管的发射极和第四晶体管的集电极之间；所述第一晶体管的发射极和所述第四晶体管的集电极形成第一输出电压端口；所述第三均压电容串联接入第五晶体管的发射极和第六晶体管的集电极之间，所述第四均压电容串联接入第七晶体管的发射极和第八晶体管的集电极之间；所述第五晶体管的发射极和所述第八晶体管的集电极形成第二输出电压端口；所述第一输出电压端口和第二输出电压端口通过电感连接；所述多端口能量路由器包括储能端口功率调节器和与所述储能端口功率调节器连接的直流母线；所述储能端口功率调节器还与储能系统相连接。另一方面，一种多端口能量路由器的储能端口功率调节器控制方法，包括：获取直流母线电压；确定所述直流母线电压与预设的系统母线参考电压的差值，得到电压误差量；根据所述电压误差量和预设的储能系统空闲电压滞环环宽，确定储能系统工作模式；根据所述储能系统工作模式，确定储能系统控制模式，当所述储能系统控制模式为电压电流双闭环控制模式或先恒流充电再恒压充电控制模式时，获取储能系统的目标充放电电流；将所述储能系统的目标充放电电流作为参考信号，通过移相控制得到储能端口功率调节器的控制信号。可选的，所述根据电压误差量和预设的储能系统空闲电压滞环环宽，确定储能系统工作模式的方法包括：如果-Uh≤ΔU≤Uh，则储能系统工作模式为空闲模式；如果ΔU＜-Uh，则储能系统工作模式为放电模式；如果ΔU＞Uh，则储能系统工作模式为充电模式；其中，Uh和-Uh为预设的储能系统空闲电压滞环环宽，ΔU为电压误差量。可选的，所述根据储能系统工作模式，确定储能系统控制模式的方法包括：当储能系统工作模式为放电模式时，储能系统控制模式为电压电流双闭环控制模式；当储能系统工作模式为充电模式时，储能系统控制模式为先恒流充电再恒压充电控制模式。可选的，所述电压电流双闭环控制模式包括：非线性PID外环电压控制和内部电流环的线性PI控制。可选的，所述先恒流充电再恒压充电控制模式的方法包括：在所述获取储能系统的目标充电电流的步骤之后，根据储能电池的荷电状态参数与预先设定的储能电池荷电状态参数比较：如果SOC≤SOCset，则采用恒流控制模式；如果SOC＞SOCset，则采用恒压控制模式；其中，SOC为储能电池的荷电状态参数，SOCset为预先设定的储能电池荷电状态参数。可选的，在所述获取储能系统的目标充放电电流的步骤之前，还包括：根据所述电压误差量，经过非线性PID控制，得到储能系统的理论充放电电流；获取储能电池的荷电状态参数；根据所述储能电池的荷电状态参数，从储能系统充放电参考电流的选取范围内选择一个储能系统充放电电流作为储能系统的目标充放电电流。可选的，所述储能系统充放电参考电流的选取范围为[0，ibat]，其中，选取范围最大值为实际测得的储能系统充放电电流。可选的，所述非线性PID控制的方法包括：获取非线性组合的输出偏差量f(t)，根据所述非线性组合的输出偏差量f(t)控制储能端口功率调节器；所述非线性组合的输出偏差量f(t)的确定方法包括：f(t)＝kpfal(e1,α1,δ1)+kIfal(e0,α0,δ0)+kDfal(e2,α2,δ2)式中，kp为比例参数、kI为积分系数、以及kD为微分参数，fal(e,α,δ)为非线性函数，α为非线性度，δ为非线性范围，其中e1＝u1-y1、e2＝u2-y2、u1为ΔU的跟踪信号，y1为iLB_ref的跟踪信号，u2为ΔU的微分信号，y2为iLB_ref的微分信号。可选的，ΔU的跟踪信号u1和iLB_ref的跟踪信号y1可由TD1的动态方程求得；所述TD1的动态方程为下述公式：式中，R1为TD1的动态参数，t为时间，A＝u1-u(t)+|u2|u2/(2R1),u2为ΔU的微分信号,δ为非线性范围；ΔU的微分信号u2和iLB_ref的微分信号y2可由TD2的动态方程求得；所述TD2的动态方程为下述公式：式中，R2为TD2的动态参数，t为时间，A＝y1-y(t)+|y2|y2/(2R2)，y2为iLB_ref的微分信号，δ为设非线性范围。由以上技术方案可知，本申请提供一种多端口能量路由器的储能端口功率调节器及其控制方法，所述方法包括获取直流母线电压、储能系统的充放电流和储能电池的荷电状态参数；根据所述直流母线电压与预先选取的系统母线参考电压比较得到电压误差量，根据所述电压误差量和预先选取的储能系统空闲电压滞环环宽进行比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多端口能量路由器的储能端口功率调节器，其特征在于，所述储能端口功率调节器包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第一均压电容、第二均压电容、第三均压电容和第四均压电容；所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管均设置有续流二极管；/n所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管的集电极分别与对应的续流二极管的阴极相连接，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管的发射极分别与对应的续流二极管的阳极相连接；/n所述第一均压电容串联接入第一晶体管的发射极和第二晶体管的集电极之间，所述第二均压电容串联接入第三晶体管的发射极和第四晶体管的集电极之间；所述第一晶体管的发射极和所述第四晶体管的集电极形成第一输出电压端口；/n所述第三均压电容串联接入第五晶体管的发射极和第六晶体管的集电极之间，所述第四均压电容串联接入第七晶体管的发射极和第八晶体管的集电极之间；所述第五晶体管的发射极和所述第八晶体管的集电极形成第二输出电压端口；/n所述第一输出电压端口和第二输出电压端口通过电感连接；/n所述多端口能量路由器包括储能端口功率调节器和与所述储能端口功率调节器连接的直流母线；所述储能端口功率调节器还与储能系统相连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多端口能量路由器的储能端口功率调节器，其特征在于，所述储能端口功率调节器包括第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管、第八晶体管、第一均压电容、第二均压电容、第三均压电容和第四均压电容；所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管均设置有续流二极管；
所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管的集电极分别与对应的续流二极管的阴极相连接，所述第一晶体管、第二晶体管、第三晶体管、第四晶体管、第五晶体管、第六晶体管、第七晶体管和第八晶体管的发射极分别与对应的续流二极管的阳极相连接；
所述第一均压电容串联接入第一晶体管的发射极和第二晶体管的集电极之间，所述第二均压电容串联接入第三晶体管的发射极和第四晶体管的集电极之间；所述第一晶体管的发射极和所述第四晶体管的集电极形成第一输出电压端口；
所述第三均压电容串联接入第五晶体管的发射极和第六晶体管的集电极之间，所述第四均压电容串联接入第七晶体管的发射极和第八晶体管的集电极之间；所述第五晶体管的发射极和所述第八晶体管的集电极形成第二输出电压端口；
所述第一输出电压端口和第二输出电压端口通过电感连接；
所述多端口能量路由器包括储能端口功率调节器和与所述储能端口功率调节器连接的直流母线；所述储能端口功率调节器还与储能系统相连接。


2.一种多端口能量路由器的储能端口功率调节器控制方法，其特征在于，包括：
获取直流母线电压；
确定所述直流母线电压与预设的系统母线参考电压的差值，得到电压误差量；
根据所述电压误差量和预设的储能系统空闲电压滞环环宽，确定储能系统工作模式；
根据所述储能系统工作模式，确定储能系统控制模式，当所述储能系统控制模式为电压电流双闭环控制模式或先恒流充电再恒压充电控制模式时，获取储能系统的目标充放电电流；
将所述储能系统的目标充放电电流作为参考信号，通过移相控制得到储能端口功率调节器的控制信号。


3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据电压误差量和预设的储能系统空闲电压滞环环宽，确定储能系统工作模式的方法包括：
如果-Uh≤ΔU≤Uh，则储能系统工作模式为空闲模式；
如果ΔU＜-Uh，则储能系统工作模式为放电模式；
如果ΔU＞Uh，则储能系统工作模式为充电模式；
其中，Uh和-Uh为预设的储能系统空闲电压滞环环宽，ΔU为电压误差量。


4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据储能系统工作模式，确定储能系统控制模式的方法包括：
当储能系统工作模式为放电模式时，储能系统控制模式为电压电流双闭环控制模式；
当储能系统工作模式为充电模式时，储能系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗恩博，熊宝，苏适，熊杰，陆海，严玉廷，傅云翔，杨洋，栾思平，杨旺霞，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，云南电网有限责任公司大理供电局，
类型：发明
国别省市：云南;53