一种电网不对称故障下飞轮储能网侧变流器的控制策略制造技术

本发明专利技术涉及一种电网不对称故障下飞轮储能网侧变流器的控制策略，首先构建网侧变流器基于两相旋转dq坐标系的数学模型；结合网侧变流器的控制目标，网侧变流器采用基于电网电压定向的直接电流控制策略，控制系统由直流电压外环以及有功和无功电流内环组成；通过功率与正负序电压电流适量之间的矩阵关系得到正负序电流参考值，采用正负序分离下双闭环电流控制策略实现对正负序电流的控制，进而有效地抑制有功功率二倍频波动；实时计算abc坐标系下网侧变流器输出的三相电流幅值的最大值，并与电流限幅值进行比较，如果电流越限，则通过调节功率参考值来调节电流，使电流不越限。本发明专利技术具有快速计算、快速响应的优点。快速响应的优点。快速响应的优点。

A control strategy of flywheel energy storage grid side converter under grid asymmetry fault

【技术实现步骤摘要】
一种电网不对称故障下飞轮储能网侧变流器的控制策略


[0001]本专利技术属于储能运行控制方法，具体地说是一种电网不对称故障下飞轮储能网侧变流器的控制策略。

技术介绍

[0002]随着储能技术的高速发展，其在平滑风电和光伏出力，提供无功功率支撑，参与电网调频等领域得到广泛应用。飞轮储能是一种物理储能，由于其具有功率密度高、使用寿命长、充放电次数不受限制、机
‑
网侧非耦合等优点，更适用于参与电网高频次调频和平滑风电功率输出等场景。
[0003]当飞轮储能并网点电压不对称故障时，网侧变流器交流侧的电压电流均会产生正序和负序分量。不平衡分量会在直流侧产生偶次谐波，使直流母线电容反复充放电，缩短电容工作寿命，降低飞轮储能运行的可靠性。直流侧电压波动导致交流侧产生奇次非特征谐波，恶化变流器的性能，甚至可能损坏设备。
[0004]在不考虑背靠背变流器自身损耗的情况下，根据功率守恒原理，变流器机侧功率与网侧功率相等。由于飞轮储能并网系统的背靠背变流器将机侧与网侧隔离开，所以在电网发生跌落故障时机侧无法立刻响应故障，导致网侧电流迅速增大，对整个系统的安全造成严重威胁。
[0005]由于电网故障期间飞轮储能的网侧变流器首先受到影响，研究故障期间网侧变流器的控制策略具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是一种电网不对称故障下飞轮储能网侧变流器的控制策略。
[0007]本专利技术基于飞轮储能自身结构及运行原理，首先分析飞轮储能并网系统的拓扑结构；研究了飞轮储能网侧变流器的稳态控制策略；分析了电网电压不对称故障下飞轮储能网侧的暂态过程；在网侧变流器稳态控制策略的基础上，制定了一种电网不对称故障下，可以有效抑制网侧输出有功功率的二倍频波动并保证变流器电流不越限的网侧变流器控制策略；最后搭建了飞轮储能网侧变流器并网模型，对控制策略进行验证。
[0008]本专利技术采用如下技术方案：
[0009]一种电网不对称故障下飞轮储能网侧变流器的控制策略，其特征在于，包括
[0010]分析电网不对称故障下飞轮储能网侧的暂态过程，通过功率与正负序电压电流矢量之间的矩阵关系得到正负序电流参考值，通过4个电流内环PI调节器，采用正负序分离下双闭环电流控制策略：分别在正序和负序电压网络下控制输出的正负序电流无误差地跟踪正负序电流参考值，抑制有功功率的二倍频波动；
[0011]实时计算abc坐标系下网侧变流器输出的三相电流幅值的最大值，并与电流限幅值进行比较；如果电流越限，则通过调节功率参考值来调节电流，使电流不越限。
[0012]在上述的一种电网不对称故障下飞轮储能网侧变流器的控制策略，具体是：
[0013]通过Park变换和正负序分离，将电网不对称故障时电网电压矢量和电流矢量分别分解到两相旋转dq坐标系中，通过瞬时功率理论获得网侧功率与正负序电压电流矢量之间的矩阵关系；
[0014]选取相应的控制变量与被控变量；通过矩阵变换得到正负序电流参考值；
[0015]通过4个电流内环PI调节器，采用正负序分离下双闭环电流控制策略：分别在正序和负序电压网络下控制输出的正负序电流无误差地跟踪正负序电流参考值，以抑制有功功率的二倍频波动。
[0016]在上述的一种电网不对称故障下飞轮储能网侧变流器的控制策略，具体是：
[0017]将正负序电流参考值通过Park逆变换矩阵变换到abc坐标系中，计算abc坐标系下三相电流幅值的最大值；
[0018]将三相电流幅值的最大值与电流限幅值进行比较，如果判断结果为电流越限，则通过调节功率的控制方法来调节输出电流的幅值。
[0019]在上述的一种电网不对称故障下飞轮储能网侧变流器的控制策略，基于构建的两相旋转dq坐标系下网侧变流器的数学模型：
[0020][0021]其中，u
gd
、u
gq
、i
gd
、i
gq
、e
d
、e
q
分别为网侧变流器输出电压、电流及电网电压在dq轴上的分量，ω为旋转坐标系的转速，L
g
、R
g
分别是网侧的电感和电阻。
[0022]在上述的一种电网不对称故障下飞轮储能网侧变流器的控制策略，抑制有功功率的二倍频波动时，具体包括
[0023]S5.1，通过Park变换和正负序分离，将电网不对称故障时电网电压矢量和电流矢量分别分解到两相旋转dq坐标系中，通过瞬时功率理论获得网侧功率与正负序电压电流矢量之间的矩阵关系；
[0024]通过Park变换和正负序分离，电网电压矢量和电网电流矢量在两相旋转dq坐标系中表示为：
[0025][0026]其中，为变量z在正序dq坐标系下的正序分量；为变量z在负序dq坐标系下的负序分量；θ
+
、θ
‑
为电网电压正负序分量的瞬时相位角；
[0027]网侧变流器输出的有功功率p和无功功率q表示如下：
[0028][0029]p0、q0是有功功率和无功功率的直流分量；p1、q1、p2、q2分别是有功功率和无功功率二倍工频波动的余弦分量和正弦分量的幅值；
[0030]将网侧变流器输出的电压矢量和电流矢量进行正负序分解，得到功率与正负序电压电流矢量之间的矩阵关系：
[0031][0032]其中分别是电网电压和电流的正序分量；分别是电网电压和电流的负序分量；
[0033]S5.2，以抑制有功功率的二倍频波动为控制目标，选取相应的控制变量与被控变量；通过矩阵变换得到正负序电流参考值；选择p0、p1、p2、q0四个功率值为控制变量；令即能消除输出有功功率中的二倍频分量；本文控制为单位功率因数，令电流参考值如下：
[0034][0035]其中是电流内环的正负序电流参考值；
[0036]式(9)中的有功功率平均值参考值可以由电压外环得到：
[0037][0038]其中和u
dc
分别是直流母线电压参考值和实际值，k
vp
和k
vi
是电压外环PI调节器的比例参数和积分参数；
[0039]S5.3，通过4个电流内环PI调节器，采用正负序分离下双闭环电流控制策略：分别在正序和负序电压网络下控制输出的正负序电流无误差地跟踪正负序电流参考值，以抑制有功功率的二倍频波动；
[0040]正负序网络下控制方程如下所示：
[0041][0042]分别为正负序下网侧变流器输出电压，k
ip
和k
il
是电流内环PI
调节器的比例参数和积分参数。
[0043]在上述的一种电网不对称故障下飞轮储能网侧变流器的控制策略，调节电流，使电流不越限时，具体包括
[0044]步骤5.1，将正负序电流参考值通过Park逆变换矩阵变换到abc坐标系中，计算abc坐标系下三相电流幅值的最大值；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电网不对称故障下飞轮储能网侧变流器的控制策略，其特征在于，包括分析电网不对称故障下飞轮储能网侧的暂态过程，通过功率与正负序电压电流矢量之间的矩阵关系得到正负序电流参考值，通过4个电流内环PI调节器，采用正负序分离下双闭环电流控制策略：分别在正序和负序电压网络下控制输出的正负序电流无误差地跟踪正负序电流参考值，抑制有功功率的二倍频波动；实时计算abc坐标系下网侧变流器输出的三相电流幅值的最大值，并与电流限幅值进行比较；如果电流越限，则通过调节功率参考值来调节电流，使电流不越限。2.根据权利要求1所述的一种电网不对称故障下飞轮储能网侧变流器的控制策略，其特征在于，具体是：通过Park变换和正负序分离，将电网不对称故障时电网电压矢量和电流矢量分别分解到两相旋转dq坐标系中，通过瞬时功率理论获得网侧功率与正负序电压电流矢量之间的矩阵关系；选取相应的控制变量与被控变量；通过矩阵变换得到正负序电流参考值；通过4个电流内环PI调节器，采用正负序分离下双闭环电流控制策略：分别在正序和负序电压网络下控制输出的正负序电流无误差地跟踪正负序电流参考值，以抑制有功功率的二倍频波动。3.根据权利要求1所述的一种电网不对称故障下飞轮储能网侧变流器的控制策略，其特征在于，具体是：将正负序电流参考值通过Park逆变换矩阵变换到abc坐标系中，计算abc坐标系下三相电流幅值的最大值；将三相电流幅值的最大值与电流限幅值进行比较，如果判断结果为电流越限，则通过调节功率的控制方法来调节输出电流的幅值。4.根据权利要求1所述的一种电网不对称故障下飞轮储能网侧变流器的控制策略，其特征在于，基于构建的两相旋转dq坐标系下网侧变流器的数学模型：其中，u
gd
、u
gq
、i
gd
、i
gq
、e
d
、e
q
分别为网侧变流器输出电压、电流及电网电压在dq轴上的分量，ω为旋转坐标系的转速，L
g
、R
g
分别是网侧的电感和电阻。5.根据权利要求1所述的一种电网不对称故障下飞轮储能网侧变流器的控制策略，其特征在于，抑制有功功率的二倍频波动时，具体包括S5.1，通过Park变换和正负序分离，将电网不对称故障时电网电压矢量和电流矢量分别分解到两相旋转dq坐标系中，通过瞬时功率理论获得网侧功率与正负序电压电流矢量之间的矩阵关系；通过Park变换和正负序分离，电网电压矢量和电网电流矢量在两相旋转dq坐标系中表示为：
其中，为变量z在正序dq坐标系下的正序分量；为变量z在负序dq坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚良忠，尹德强，廖思阳，徐箭，柯德平，王晶晶，毛蓓琳，程帆，喻恒凝，谢波，于鸿雁，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：