一种级联H桥型储能STATCOM的SOC均衡控制方法技术

本发明专利技术公开了一种级联H桥型储能储能STATCOM的SOC均衡控制方法，首先以链节电流和总电容电压为状态变量，建立状态方程，并离散化得到链节的离散状态方程。然后结合基于有限控制集的模型预测控制，得到所需要输出的电平数Q(k)；再利用SOC排序法对各模块SOC值排序，根据当前周期需要输出的电平数Q(k)以及此时链节电流的方向最终将开关动作分配至各H桥模块，从而实现链节内SOC的均衡控制。此外，通过对各链节等效SOC求平均值，获得各链节SOC均衡控制的指令，再进行闭环控制，使各相链节等效SOC都向总等效SOC靠近，以此实现链节间的SOC均衡控制。本发明专利技术在一定程度上解决了储能储能STATCOM中SOC均衡控制问题，提高了储能系统的利用率与使用寿命。利用率与使用寿命。利用率与使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种级联H桥型储能STATCOM的SOC均衡控制方法


[0001]本专利技术涉及STATCOM装备研究领域，特别是一种级联H桥型储能STATCOM的SOC均衡控制方法。

技术介绍

[0002]STATCOM在应用于HVDC系统换相失败抑制时通常需要较大的无功出力，但STATCOM存在输出电压电流质量受直流侧电容值影响大、无功输出容量受电网电压波动影响大、仅补偿无功功率导致电网电压稳定效果不理想等不足，极大地限制了其在HVDC系统换相失败抑制领域的应用。
[0003]储能电池具有能量密度高、自放电小、污染少、循环寿命长的特点。且近年来随电池性能的提高和成本的降低，储能电池已获得较为广泛的应用。通过储能电池可以实现直流侧的稳定，并提供一定的有功储备，而STATCOM则向交流处提供快速动态无功补偿和有功调节储备。储能STATCOM集成储能技术与动态补偿技术，通过储能实现直流侧稳定，STATCOM则向交流处提供快速动态无功补偿和有功调节储备，对于改善交直流混合电网的安全可靠运行具有重要意义。级联H桥型储能STATCOM结构简单，适用于模块化生产，运行维护方便。级联H桥型储能STATCOM在交流电网发生故障或者扰动时提供无功支撑，在正常运行时根据功率指令输出相应有功功率和无功功率，同时，还要实现SOC均衡控制。若不加额外的SOC均衡控制，由于各链节有功功率难以保证完全一致，不同链节的SOC以及同一个链节里的各个子模块SOC难以均衡，亟待突破。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种级联H桥型储能STATCOM的SOC均衡控制方法，解决STATCOM中SOC均衡控制难的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案是：一种级联H桥型储能STATCOM的SOC均衡控制策略，首先以链节电流和总电容电压为状态变量，建立状态方程，并离散化得到链节的离散状态方程。然后结合基于有限控制集的模型预测控制，得到所需要输出的电平数Q(k)；再利用SOC排序法对各模块SOC值排序，根据当前周期需要输出的电平数Q(k)以及此时链节电流的方向最终将开关动作分配至各H桥模块，从而实现链节内SOC的均衡控制。此外，通过对各链节等效SOC求平均值，获得各链节SOC均衡控制的指令，再进行闭环控制，使各相链节等效SOC都向总等效SOC靠近，以此实现链节间的SOC均衡控制。本专利技术在一定程度上解决了储能储能STATCOM中SOC均衡控制问题，提高了储能系统的利用率与使用寿命，使级联H桥型储能STATCOM在交流电网发生故障或者扰动时可更好的提供无功支撑。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案具体包括以下步骤：
[0007]1)角形储能STATCOM每相承受系统线电压，各链节之间相互独立，以AB相为例(BC、AC相计算过程与AB相计算过程相同)，由基尔霍夫定理可得：
[0008][0009]定义H桥模块开关状态H
i
为该H桥左桥臂与右桥臂开关状态之差，则H
i
为：
[0010][0011]建立H桥模块直流侧电容电压状态方程为：
[0012][0013]定义Q为级联变换器开关状态，即各级联H桥开关状态之和：
[0014]Q＝H1+H2+
…
+H
i
+
…
H
n
；
[0015]AB链节变换器输出电压为：
[0016][0017]其中，u
dab
为AB链节n个H桥模块电容电压之和。有：
[0018][0019][0020]以链节电流i
ab
和总电容电压U
dab
为状态变量，建立状态方程，并离散化，得AB链节的离散状态方程为：
[0021][0022]其中，级联储能STATCOM各相链节损耗用电阻R等效，L为连接电抗器，T
s
为采样周期，i
ab
(k+1)、u
dab
(k+1)分别为(k+1)时刻的AB链节电流和AB链节内所有H桥模块电容电压值总和，Q(k)和u
sab
(k)分别为k时刻的链节开关状态和电网电压值。
[0023]2)基于有限控制集的模型预测控制，以变换器输出的有限电压矢量构建控制集，每个控制周期里，单个链节输出电压电平数有2n+1个可取值：
[0024][0025]其中，x∈{ab,bc,ca}。再对电流离散方程超前一步预测，得电流预测值：
[0026][0027]其中T
s
为采样周期，i
x
(k+2)、i
x
(k+1)分别为(k+2)、(k+1)时刻的电流预测值，u
dx
(k
+1)为(k+1)时刻单个链节n个H桥模块电容电压之和，Q(k+1)和u
sx
(k+1)为(k+1)时刻的链节开关状态和电网电压值。
[0028]建立电流控制目标优化函数g为电流指令irefx与预测值之差的绝对值：
[0029][0030]每个控制周期里循环计算Q(k+1)的2n+1个可取值对应的电流预测值及目标函数值，并进行评估，最终选择使2n+1个g值中最小的Q(k+1)取值作为下个控制周期的最优输出电平。
[0031]通过储能电池信息监测管理平台系统读取一个链节内的所有子模块SOC，将得到的n个H桥子模块SOC送入控制器中，并读取由优化模型预测控制计算得到的当前周期需要输出的电平数Q(k)，如果Q(k)＝n或Q(k)＝
‑
n，则所有子模块输出1或者
‑
1，否则将n个SOC值按由小到大的顺序排序。
[0032]若Q(k)≥0，则所有H桥模块只工作在1和0状态，若链节电流值i
x
>0，根据排序结果，则选择SOC最低的|Q(k)|个子模块输出1，而其余子模块输出0，此时链节电流将会给输出状态为1的子模块进行充电，SOC增大；若i
x
<0，根据排序结果，则选择SOC最高的|Q(k)|个子模块输出1，而其余子模块输出0，此时链节电流将会给输出状态为1的子模块进行放电，SOC减小；若Q(k)<0，则所有H桥模块只工作在
‑
1和0状态，若i
x
>0，根据排序结果，则选择SOC最高的|Q(k)|个子模块输出
‑
1，而其余子模块输出0，此时链节电流将会对输出状态为
‑
1的子模块放电，SOC减小；若i
x
<0，根据排序结果，则选择SOC最低的|Q(k)|个子模块输出
‑
1，而其余子模块输出0，此时链节电流将会给输出状态为
‑
1的子模块充电，SOC增大，从而实现链节内模块的SOC均衡。
[0033]3)AB相链节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种级联H桥型储能STATCOM的SOC均衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)以某一链节电流和总电容电压为状态变量，建立状态方程，并离散化得到该链节的离散状态方程；2)在步骤1)的状态方程基础上，结合基于有限控制集的模型预测控制，得到需要输出的电平数Q(k)；利用SOC排序法对所述链接中的各H桥模块SOC值排序，根据当前周期需要输出的电平数Q(k)以及当前时刻链节电流的方向，将开关动作分配至各H桥模块，实现所述链节内SOC的均衡控制；3)对各链节等效SOC求平均值，得到链节间SOC均衡控制指令，再通过对各相链节等效SOC进行比例闭环控制，即：将链节间SOC均衡控制指令与各相链节等效SOC分别做差，再将各个差值乘以对应的比例系数，得到各相链节的相间均衡控制电流指令i
abs
、i
bcs
、i
cas
，将电流指令i
abs
、i
bcs
、i
cas
叠加到最终的电流指令上，进行电流内环控制，从而使得各相链节等效SOC都向总等效SOC靠近，实现链节间SOC均衡控制。2.根据权利要求1所述的级联H桥型储能STATCOM的SOC均衡控制方法，其特征在于，步骤1)的具体实现过程包括以下步骤：1)角形储能STATCOM每相承受系统线电压，各链节之间相互独立，由基尔霍夫定理得：其中，u
ab
为AB链节变换器输出电压；2)定义H桥模块开关状态H
i
为该H桥左桥臂与右桥臂开关状态之差，则H
i
为：建立第i个H桥模块直流侧电容电压状态方程为：定义Q为级联变换器开关状态，即各级联H桥模块开关状态之和：Q＝H1+H2+
…
+H
i
+
…
H
n
；i＝1,2，
…
，n；3)AB链节变换器输出电压转换为：其中，u
dab
为AB链节n个H桥模块电容电压之和，有：为AB链节n个H桥模块电容电压之和，有：4)以AB链节电流i
ab
和总电容电压U
dab
为状态变量，建立状态方程，并离散化，得AB链节
的离散状态方程为：其中，级联H桥型储能STATCOM各相链节损耗用电阻R等效，L为电抗器电感，T
s
为采样周期，i
ab
(k+1)、u
dab
(k+1)分别为(k+1)时刻的AB链节电流和AB链节中所有H桥模块电容电压值总和，Q(k)和u
sab
(k)分别为k时刻的链节开关状态和电网电压值。3.根据权利要求1所述的级联H桥型储能STATCOM的SOC均衡控制方法，其特征在于，步骤2)的具体实现过程包括以下步骤：1)基于有限控制集的模型预测控制，以变换器输出的有限电压矢量构建控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗安，舒钰成，李军，周小平，武卫东，洪乐荣，伍咏红，夏海涛，陈远扬，刘一锋，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网湖南省电力有限公司电力科学研究院湖南大学，
类型：发明
国别省市：