脉冲负载下柴-储多源供电系统功率协调控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种脉冲负载下柴

【技术实现步骤摘要】
脉冲负载下柴
‑
储多源供电系统功率协调控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及供电及控制领域，特别是一种脉冲负载下柴
‑
储多源供电系统功率协调控制方法及系统。

技术介绍

[0002]由于偏远的沙漠、岛屿、边防远离大电网，铺设电线成本高、损耗大，常采用自给自足的供电方式。柴油发电机与储能构成的多源供电系统，可以利用储能分担柴油发电机的负载压力，并且可以提供电压和频率更加稳定的电能，具有高可靠性和高稳定性，相对于单一形式供电的柴油发电机系统具有明显的优势。然而，对于特殊负载，此类负载表现出脉冲特性，负载变化快，瞬时功率大，可能需要多个储能为脉冲负载提供瞬时功率，然而，在面对此类脉冲负载时，由于柴油发电机和储能变换器的惯性存在差异，导致柴油发电机与储能变换器的功率响应速度不一致，使柴
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储多源供电系统的协调工作成为一个很大的技术挑战。
[0003]为了满足脉冲负载的供电需求，柴
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储多源供电系统必须协调工作，以维持稳定的交流母线电压，否则将会造成母线电压波动，甚至出现供电故障。储能变换器常采用下垂控制来进行功率的合理分配，但是由于柴油发电机的惯性特性，储能变换器在面对脉冲负载时容易吸收大量的功率，从而使储能变换器过流损坏，所以将其工作于虚拟同步机状态可以很好的匹配柴油发电机惯性，从而避免储能变换器过流。由于柴油发电机的惯性和阻尼无法调节，并且无法准确检测，从而储能变换器无法直接根据柴油发电机的惯性和阻尼进行匹配设计，特别是在脉冲负载投入之后，如果柴油发电机与储能变换器惯性不匹配，将会引起强烈功率振荡，危害系统的安全稳定运行。
[0004]虽然专利技术专利申请CN112271723A以及专利技术专利申请CN113890065A为解决短时高能脉冲负荷条件下的柴
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储微网系统的能量同步问题提供了解决思路，但是依然存在以下不足。专利技术专利申请CN112271723A所提供的方法主要集中于缩小柴油发电机与储能变换器的输出角频率上，利用角频率反馈动态调节储能变换器的虚拟同步转矩，调节速度较慢，容易在较短周期的脉冲负荷工况出现功率分配不均的现象，从而引起柴
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储供电系统的功率振荡。专利技术专利申请CN113890065A对专利技术专利申请CN112271723A进行了改进，直接利用角加速度的大小关系自适应调节储能变换器的动态同步转矩系数，可更快的实现柴
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储微网系统的动态调节，但是其需要对角加速度进行快速检测，实现难度大。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种脉冲负载下柴
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储多源供电系统功率协调控制方法及系统，在无需对角加速度进行检测的前提下，实现储能变换器的角加速度快速跟踪柴油发电机，解决柴油发电机与储能变换器的惯性差异造成的输出功率不同步的问题，可以快速应对脉冲负载情况下的柴
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储多源供电系统的安全稳定供电。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种脉冲负载下柴
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储多源供电系统功率协调控制方法，柴
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储多源供电系统包括一台柴油发电机和至少一台储能变换器；所述柴油发电机、储能变换器、负载均接交流母线；该方法包括：
[0007]S1、采样所有储能变换器的三相输出电压和三相输出电流，以及负载的三相输出电压和三相输出电流；
[0008]S2、利用下式计算瞬时有功功率和瞬时无功功率：
[0009][0010]其中，P
k
(t)表示瞬时有功功率，N表示对一个电压或电流信号采样N个点，Q
k
(t)表示瞬时无功功率；下标k代表不同的变量，k＝1代表柴油发电机，此时u
k
(n)、i
k
(n)分别表示柴油发电机三相输出电压和三相输出电流；k＝2，
……
，n分别表示第1台、
……
、第n
‑
1台储能变换器，此时u
k
(n)、i
k
(n)分别表示第1台、
……
、第n
‑
1台储能变换器的三相输出电压和三相输出电流；k＝L表示负载，此时u
k
(n)、i
k
(n)分别表示负载的三相输出电压和三相输出电流；t表示当前时间点，t≥N；
[0011]计算各储能变换器的虚拟同步转矩当前计算值，进而获取各储能变换器的虚拟同步转矩给定值；
[0012]S3、利用各储能变换器的输出有功功率、虚拟同步转矩给定值、额定输出功率和额定输出电压角频率，计算各储能变换器的输出电压角频率，利用各储能变换器的输出电压角频率计算储能变换器输出电压相角指令值；
[0013]利用各储能变换器的输出无功功率、输出电压幅值、额定输出无功功率和交流母线电压幅值，计算各储能变换器的输出电压指令值；
[0014]S4、利用各储能变换器输出电压相角指令值和输出电压指令值，得到各储能变换器输出电压控制信号；
[0015]S5、对各储能变换器的输出电压控制信号进行PWM调制，得到各储能变换器的驱动信号。
[0016]本专利技术可以在不需要检测角加速度的情况下，通过检测柴油发电机与多个储能变换器输出功率的变化量，实时改变储能变换器的虚拟同步转矩，从而对储能变换器的角加速度进行调节，使储能变换器的角加速度快速跟踪柴油发电机，解决了柴油发电机与储能变换器的惯性差异造成的输出功率不同步的问题，从而抑制了柴油发电机与多储能变换器在脉冲负载条件下输出功率的低频振荡，可以快速实现柴
‑
储多源供电系统的功率同步输出。
[0017]进一步地，本专利技术中，第i台储能变换器的虚拟同步转矩当前计算值T
cti
的计算公式为：其中，G表示微分系数，h1代表柴油发电机的有功下垂系数，h
i
代表第i台储能变换器的有功下垂系数，P
sj
代表第i台储能变换器的输出有功功率，P
L
代表负载功率。采用瞬时功率的微分进行虚拟同步转矩计算，间接实现了角加速度的调节，避免了直接采用角加速度带来的技术困难。
[0018]进一步地，本专利技术中，第i台储能变换器的虚拟同步转矩给定值获取过程包括：
[0019]1)计算负载功率P
L
对时间的导数的绝对值|dP
L
/dt|，判断|dP
L
/dt|是否大于阈值C，若|dP
L
/dt|>C，则第一输入为1，表示检测到脉冲负载动作；否则第一输入为0，表示脉冲负载无动作；
[0020]2)判断第i台储能变换器的虚拟同步转矩当前计算值T
cti
是否大于第i台储能变换器的虚拟同步转矩给定值T
Vi
，若T
cti
&gt;T<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种脉冲负载下柴
‑
储多源供电系统功率协调控制方法，柴
‑
储多源供电系统包括一台柴油发电机和至少一台储能变换器；所述柴油发电机、储能变换器、负载均接交流母线；其特征在于，该方法包括：S1、采样所有储能变换器的三相输出电压和三相输出电流，以及负载的三相输出电压和三相输出电流；S2、利用下式计算瞬时有功功率和瞬时无功功率：其中，P
k
(t)表示瞬时有功功率，N表示对一个电压或电流信号采样N个点，Q
k
(t)表示瞬时无功功率；下标k代表不同的变量，k＝1代表柴油发电机，此时u
k
(n)、i
k
(n)分别表示柴油发电机三相输出电压和三相输出电流；k＝2，
……
，n分别表示第1台、
……
、第n
‑
1台储能变换器，此时u
k
(n)、i
k
(n)分别表示第1台、
……
、第n
‑
1台储能变换器的三相输出电压和三相输出电流；k＝L表示负载，此时u
k
(n)、i
k
(n)分别表示负载的三相输出电压和三相输出电流；t表示当前时间点，t≥N；计算各储能变换器的虚拟同步转矩当前计算值，进而获取各储能变换器的虚拟同步转矩给定值；S3、利用各储能变换器的输出有功功率、虚拟同步转矩给定值、额定输出功率和额定输出电压角频率，计算各储能变换器的输出电压角频率，利用各储能变换器的输出电压角频率计算储能变换器输出电压相角指令值；利用各储能变换器的输出无功功率、输出电压幅值、额定输出无功功率和交流母线电压幅值，计算各储能变换器的输出电压指令值；S4、利用各储能变换器输出电压相角指令值和输出电压指令值，得到各储能变换器输出电压控制信号；S5、对各储能变换器的输出电压控制信号进行PWM调制，得到各储能变换器的驱动信号。2.根据权利要求1所述的脉冲负载下柴
‑
储多源供电系统功率协调控制方法，其特征在于，第i台储能变换器的虚拟同步转矩当前计算值T
cti
的计算公式为：其中，G表示微分系数，h1代表柴油发电机的有功下垂系数，h
i
代表第i台储能变换器的有功下垂系数，P
si
代表第i台储能变换器的输出有功功率，P
L
代表负载功率。3.根据权利要求1或2所述的脉冲负载下柴
‑
储多源供电系统功率协调控制方法，其特征在于，第i台储能变换器的虚拟同步转矩给定值获取过程包括：1)计算负载功率P
L
对时间的导数的绝对值|dP
L
/dt|，判断|dP
L
/dt|是否大于阈值C，若|dP
L
/dt|&gt;C，则第一输入为1，表示检测到脉冲负载动作；否则第一输入为0，表示脉冲负载无动作；2)判断第i台储能变换器的虚拟同步转矩当前计算值T
cti
是否大于第i台储能变换器的虚拟同步转矩给定值T
Vi
，若T
cti
&gt;T
Vi
，则第二输入为1；否则第二输入为0；
3)对第一输入和第二输入进行与运算，与运...

【专利技术属性】
技术研发人员：周乐明，雷志杰，易伟浪，肖志强，赵嘉伟，莫大平，朱振华，刘同旭，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：