一种三电平储能变流器的控制方法技术

一种三电平储能变流器的控制方法，先对储能变流器工作参数采样；再将储能变流器电压空间矢量、输出电压、输出电流、电感电流输入输出电压预测模型中，计算储能变流器输出电压预测值；接着设计下垂控制策略，生成模型预测控制电压参考值；然后将直流侧上下电容的电压差和两电容中点O流过的电流i

【技术实现步骤摘要】
一种三电平储能变流器的控制方法


[0001]本专利技术涉及分布式发电
，尤其指一种三电平储能变流器的控制方法。

技术介绍

[0002]储能技术是将电能等能源（主要指电能）以特定形式存储，在有需求时再将能量释放的技术，通过储能技术的应用，能够有效提高新能源利用率。储能变流器是储能系统的外接口，针对不同场景下的储能系统，储能变流器的功能不同。储能变流器可以分为两电平结构和多电平结构，在多电平结构中，三电平结构因其较小的输出电压谐波含量和较为简单的拓扑结构得到广泛的应用。当储能变流器离网运行时，常采用下垂控制实现电压支撑和功率均分。传统下垂控制由下垂控制环、电压环、电流环组成，结构较为复杂。由于电压电流内环带宽有限，系统动态响应缓慢，另外，电压电流控制器对于主电路较为敏感，不利于参数设计。

技术实现思路

[0003]为解决现有技术中系统动态响应缓慢和控制器对于主电路较为敏感的问题，本专利技术提供一种三电平储能变流器的控制方法。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方法：一种三电平储能变流器的控制方法，包括：步骤一：实时采样三电平储能变流器的电气信号，并对其进行3/2变换，得到不同开关组合下两相静止坐标系下的输出电压、输出电流、电感电流、以及直流侧上电容和下电容的电压差；步骤二：根据储能变流器不同开关组合方式，将储能变流器的相电压进行3/2变换后得到不同开关组合下的电压空间矢量，将该电压空间矢量与步骤一得到的输出电压、输出电流、电感电流一起输入至输出电压预测模型中，得到不同开关组合下的储能变流器输出电压预测值；步骤三：将步骤一得到的输出电压、输出电流分别输入至下垂控制器中，所述下垂控制器先计算储能变流器的有功功率和无功功率，再进行下垂控制，得到储能变流器输出的角频率，接着加入虚拟阻抗，计算不同组合开关下的模型预测控制电压参考值；步骤四：计算直流侧上电容和下电容中点流过的电流i
Co
，将其与步骤一得到的直流侧上电容和下电容的电压差一起输入至直流侧电容中点电压预测模型中，得到不同组合开关下的直流侧电容中点电压偏差预测值；步骤五：将得到的不同组合开关下的储能交流器输出电压预测值、模型预测控制电压参考值、以及直流侧电容中点电压偏差预测值依次带入价值函数中，计算出不同组合
开关下的价值函数值，选取使价值函数值最小的电压空间矢量，生成对应的开关信号作用至储能变流器。
[0005]进一步地，所述输出电压预测模型为采用零阶保持的方法将LC滤波器在s域上的数学模型进行离散化所得，其表达式为： (1)式中，是t=k时刻储能变流器电压空间矢量；为t=k时刻储能变流器输出电流；为t=k时刻电感电流；是t=k+1时刻电感电流预测值；为t=k时刻储能变流器输出电压；是t=k+1时刻储能变流器输出电压预测值；和均为2阶矩阵，表达式如下： (2) 。
[0006]进一步地，所述步骤三中，将步骤一得到的输出电压、输出电流分别输入至下垂控制器中，所述下垂控制器先计算储能变流器的有功功率和无功功率，再利用式(3)进行下垂控制，得到储能变流器输出角频率，接着加入虚拟阻抗，利用式(4)计算不同组合开关下的模型预测控制电压参考值； (3)式中，为储能变流器输出角频率；为额定角频率；为储能变流器输出有功；为储能变流器输出电压；V0为额定电压；为储能变流器输出无功；和是有功和无功下垂系数；和分别是有功和无功的微分系数； (4)式中，，Z
v
为虚拟阻抗，表达式为，R
v
和L
v
为虚拟电阻和电感。
[0007]更进一步地，所述直流侧电容中点电压预测模型为采用欧拉离散方法对直流电容动态模型离散化所得，其表达式为：
ꢀ
(5)式中，i
C1
(k)和i
C2
(k)分别为t=k时刻直流侧上电容和下电容流过的电流，v
C1
(k)和v
C2
(k)分别为t=k时刻直流侧上电容电压和下电容电压；i
C1
(k+1)和i
C2
(k+1)分别为t=k+1时刻直流侧上电容和下电容流过的电流预测值，v
C1
(k+1)和v
C2
(k+1)分别为t=k+1时刻直流侧上电容电压预测值和下电容电压预测值；T
s
为储能变流器电气信号采样周期；C为直流侧上电容和下电容的电容值；进一步得到： (6)式中，为t=k时刻直流侧上电容和下电容的电压差，为t=k+1时刻直流侧电容中点电压偏差预测值，为t=k时刻直流侧上电容和下电容中点流过的电流。
[0008]更进一步地，所述三电平储能变流器的开关包括a相上半桥开关S1、S2和下半桥开关S3、S4；b相上半桥开关S5、S6和下半桥开关S7、S8；以及c相上半桥开关S9、S
10
和下半桥开关S
11
、S
12
；所述三电平储能变流器开关模型的表达式为：(7) (8) (9)式中，S
a
为a相开关变量，S
b
为b相开关变量，S
c
为c相开关变量；结合式(7)
‑
(9)，得到三电平储能变流器有27种开关组合方式；定义储能变流器的极电压为： (10)进而可以得到储能变流器的相电压为：
ꢀ
(11)根据储能变流器的27种不同开关组合方式，将式(15)的储能变流器的相电压进行3/2变换后可以得到27种不同开关组合下电压空间矢量。
[0009]再进一步地，所述LC滤波器在s域上的数学模型的表达式为： (12)式中，输出电压；电感电流；储能变流器电压空间矢量；输出电流。
[0010]再进一步地，所述直流电容动态模型的表达式为： (13)式中，i
C1
和i
C2
分别为直流侧上电容和下电容流过的电流，v
C1
和v
C2
分别为直流侧上电容电压和下电容电压。
[0011]更进一步地，所述步骤四中，根据如下公式计算直流侧上电容和下电容中点流过的电流； (14)式中，|S
a
|、|S
b
|、|S
c
|是三相开关变量的绝对值；、、为t=k时刻三相电感电流。
[0012]更进一步地，所述价值函数为： (15)式中，为价值函数值，λ为权重系数，优选为0.5。
[0013]与传统的下垂控制方法不同，本专利技术提供的三电平储能变流器的控制方法，其下垂控制采用了基于预测模型的下垂控制内环，预测模型分为输出电压预测模型和直流侧电容中点电压预测模型，结构均较简单，能有效提高系统动态响应，且该预测模型工作时对于主电路参数不敏感，可提高系统的鲁棒性。另外，本专利技术在下垂控制内环中加入虚拟阻抗，有效减少了有功和无功的耦合，使得生成的控制电压参考值更加准确，有利于下垂控制实
现电压支撑和功率均分；且本专利技术还在下垂控制外环中添加了有功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三电平储能变流器的控制方法，其特征在于，包括：步骤一：实时采样三电平储能变流器的电气信号，并对其进行3/2变换，得到不同开关组合下两相静止坐标系下的输出电压、输出电流 、电感电流、以及直流侧上电容和下电容的电压差；步骤二：根据储能变流器不同开关组合方式，将储能变流器的相电压进行3/2变换后得到不同开关组合下的电压空间矢量，将该电压空间矢量与步骤一得到的输出电压、输出电流、电感电流一起输入至输出电压预测模型中，得到不同开关组合下的储能变流器输出电压预测值；步骤三：将步骤一得到的输出电压、输出电流分别输入至下垂控制器中，所述下垂控制器先计算储能变流器的有功功率和无功功率，再进行下垂控制，得到储能变流器输出的角频率，接着加入虚拟阻抗，计算不同组合开关下的模型预测控制电压参考值；步骤四：计算直流侧上电容和下电容中点流过的电流，将其与步骤一得到的直流侧上电容和下电容的电压差一起输入至直流侧电容中点电压预测模型中，得到不同组合开关下的直流侧电容中点电压偏差预测值；步骤五：将得到的不同组合开关下的储能交流器输出电压预测值、模型预测控制电压参考值、以及直流侧电容中点电压偏差预测值依次带入价值函数中，计算出不同组合开关下的价值函数值，选取使价值函数值最小的电压空间矢量，生成对应的开关信号作用至储能变流器。2.根据权利要求1所述的三电平储能变流器的控制方法，其特征在于：所述输出电压预测模型为采用零阶保持的方法将LC滤波器在s域上的数学模型进行离散化所得，其表达式为： (1)式中，是t=k时刻储能变流器电压空间矢量；为t=k时刻储能变流器输出电流；为t=k时刻电感电流；是t=k+1时刻电感电流预测值；为t=k时刻储能变流器输出电压；是t=k+1时刻储能变流器输出电压预测值；和均为2阶矩阵，表达式如下： (2) 。3.根据权利要求2所述的三电平储能变流器的控制方法，其特征在于：所述步骤三中，
将步骤一得到的输出电压、输出电流分别输入至下垂控制器中，所述下垂控制器先计算储能变流器的有功功率和无功功率，再利用式(3)进行下垂控制，得到储能变流器输出角频率，接着加入虚拟阻抗，利用式(4)计算不同组合开关下的模型预测控制电压参考值； (3)式中，为储能变流器输出角频率；为额定角频率；为储能变流器输出有功；为储能变流器输出电压；为额定电压；为储能变流器输出无功；和是有功和无功下垂系数；和分别是有功和无功的微分系数； (4)式中，，为虚拟阻抗，表达式为，和为虚拟电阻和电感。4.根据权利要求3所述的三电平储能变流器的控制方法，其特征在于：所述直流侧电容中点电压预测模型为采用欧拉离散方法对直流电容动态模型离散化所得，其表达式为： (5)式中，i
C1
(k)和i
C2
(k)分别为t=k时刻直流侧上电容和下电容流过的电流，v
C1
(k)和v
C2
(k)分别为t=k时刻直流侧上电容电压和下电容电压；i
C1
(k+1)和i
C2
(k+1)分别为t=k...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹏，韩鹏，李佳勇，帅智康，许加柱，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：