集成电能质量治理功能的多端口能量路由器及其控制方法技术

本发明专利技术提供了一种集成电能质量治理功能的多端口能量路由器及其控制方法，包括：获取交流电网的并网点电压、变换器输出电流和交流负载电流；基于并网点电压和变换器输出电流进行并网换流器的正序下垂控制和负序下垂控制；正序下垂控制用于进行有功、无功功率控制，负序下垂控制用于进行并网点三相电压不平衡治理；基于变换器输出电流和交流负载电流进行谐波治理；以电池的荷电状态为约束条件，基于能量路由器内部的负荷功率、光伏发电单元的输出功率和储能单元的输出功率确定能量路由器与交流电网的交换功率；基于能量路由器与交流电网的交换功率确定能量路由器的控制模式，以维持直流母线的电压稳定。持直流母线的电压稳定。持直流母线的电压稳定。

【技术实现步骤摘要】
集成电能质量治理功能的多端口能量路由器及其控制方法


[0001]本专利技术涉及电力电子
，尤其是涉及一种集成电能质量治理功能的多端口能量路由器及其控制方法。

技术介绍

[0002]为满足未来电网对电能控制的复杂性和多样性要求，能源互联网及其技术的研究正逐步受到学术界的广泛关注。基于电力电子技术的能源路由器(Energy Router)及其和运行控制策略作为能源互联网运行的基础，直接关系到分布式电源的消纳、能量的高效灵活转换，决定了多种类能源接入背景下电力系统控制的灵活性和系统运行的整体稳定性、高效性。因此，能源路由器的电路拓扑和协调控制方法是实现能源广泛互联和高效利用目标的必要研究课题。
[0003]目前，国内外学者已经对能量路由器的拓扑结构、性能特点和控制方式进行了研究，阐述了能量路由器可具备能量协调、电压不平衡治理、谐波治理可扩展等功能。但是，现有研究成果并未同时实现能量路由器的能量协调、电能质量治理和可扩展功能。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种集成电能质量治理功能的多端口能量路由器及其控制方法，以提出一种简化的多端口能量路由器拓扑结构，便于新能源发电单元、储能单元、负荷单元的快速接入，并设计上层能量管理系统（Energy Management System，EMS）及各单元的底层控制策略，可以在维持能量路由器内部直流母线电压恒定的同时，实现交流电网的电能质量综合治理。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种集成电能质量治理功能的多端口能量路由器的控制方法，能量路由器包括：交流电网、直流母线、并网换流器、光伏发电单元、储能单元和直流负载；方法包括：获取交流电网的并网点电压、变换器输出电流和交流负载电流；基于并网点电压和变换器输出电流进行并网换流器的正序下垂控制和负序下垂控制；正序下垂控制用于进行有功、无功功率控制，负序下垂控制用于进行并网点三相电压不平衡治理；基于变换器输出电流和交流负载电流进行谐波治理；获取能量路由器内部的负荷功率、光伏发电单元的输出功率和储能单元的输出功率；以电池的荷电状态为约束条件，基于能量路由器内部的负荷功率、光伏发电单元的输出功率和储能单元的输出功率确定能量路由器与交流电网的交换功率；基于能量路由器与交流电网的交换功率确定能量路由器的控制模式，以维持直流母线的电压稳定。
[0006]在本申请可选的实施例中，上述并网换流器包括交流转直流变换器，交流电网通过交流转直流变换器连接直流母线；光伏发电单元、储能单元和直流负载分别通过多个直流转直流变换器连接直流母线；能量路由器还包括：扩展单元，扩展单元通过直流转直流变换器连接直流母线。
[0007]在本申请可选的实施例中，上述光伏发电单元的控制模式包括：最大功率点跟踪
控制和直流母线电压控制；储能单元的控制模式包括：恒压充放电控制和恒流充放电控制；并网换流器的控制模式包括：恒功率控制和下垂控制。
[0008]在本申请可选的实施例中，上述基于并网点电压和变换器输出电流进行并网换流器的正序下垂控制和负序下垂控制的步骤，包括：将αβ变换后的并网点电压和变换器输出电流依次经过低通滤波器和延迟信号抵消的正负序分离，得到两相静止坐标系下的电压与电流的正基波分量和负基波分量；将两相静止坐标系下的电压与电流的正基波分量和负基波分量转换为两相旋转坐标系下，基于两相静止坐标系下的电压与电流的正基波分量和负基波分量确定正序有功功率、正序无功功率、负序有功功率和负序无功功率；基于正序有功功率和正序无功功率进行并网换流器的正序下垂控制；基于负序有功功率和负序无功功率进行并网换流器的负序下垂控制。
[0009]在本申请可选的实施例中，上述基于正序有功功率和正序无功功率进行并网换流器的正序下垂控制的步骤，包括：将正序有功功率和正序无功功率分别与预设的能量路由器的充放电参考正序有功功率信号和参考正序无功功率信号做差后，经过正序下垂控制得到正序参考电压信号；正序参考电压信号经过电压电流双环比例积分控制输出并网换流器的功率控制信号，基于功率控制信号驱动并网换流器运行；上述基于负序有功功率和负序无功功率进行并网换流器的负序下垂控制的步骤，包括：将负序有功功率和负序无功功率与预设的能量路由器的充放电参考负序有功功率信号和参考负序无功功率信号做差后，经过负序下垂控制得到负序参考电压信号；负序参考电压信号经过电压电流双环比例积分控制输出三相不平衡电流补偿信号，将三相不平衡电流补偿信号与功率控制信号叠加后驱动并网换流器运行。
[0010]在本申请可选的实施例中，上述基于变换器输出电流和交流负载电流进行谐波治理的步骤，包括：将αβ变换后的变换器输出电流进行低通滤波得到两相静止坐标系下的基波直流分量；将αβ逆变换后的基波直流分量与交流负载电流做差得到能量路由器的谐波电流补偿量；所得谐波电流补偿量、正序下垂控制的输出分量和负序下垂控制的输出分量叠加后驱动并网换流器运行。
[0011]在本申请可选的实施例中，上述以电池的荷电状态为约束条件，基于能量路由器内部的负荷功率、光伏发电单元的输出功率和储能单元的输出功率确定能量路由器与交流电网的交换功率的步骤，包括：如果光伏发电单元输出功率为0且能量路由器内部的负荷功率为0，确定能量路由器与交流电网的交换功率为储能单元的输出功率；如果光伏发电单元输出功率为0、能量路由器内部的负荷功率不为0，且电池的荷电状态不大于0.2，确定能量路由器与交流电网的交换功率为能量路由器内部的负荷功率；如果光伏发电单元输出功率为0、能量路由器内部的负荷功率不为0，且电池的荷电状态大于0.2，确定能量路由器与交流电网的交换功率为能量路由器内部的负荷功率与储能单元的输出功率的差值；如果光伏发电单元输出功率不为0、能量路由器内部的负荷功率不小于能量路由器内部的负荷功率，且电池的荷电状态小于0.8，确定能量路由器与交流电网的交换功率为能量路由器内部的负荷功率减去光伏发电单元的输出功率再减去储能单元的输出功率的差值；如果光伏发电单元输出功率不为0、能量路由器内部的负荷功率不小于能量路由器内部的负荷功率，且电池的荷电状态不小于0.8，确定能量路由器与交流电网的交换功率为能量路由器内部的负荷功率减去光伏发电单元的输出功率的差值；如果光伏发电单元输出功率不为0、能量路由
器内部的负荷功率小于能量路由器内部的负荷功率，且电池的荷电状态大于0.2，确定能量路由器与交流电网的交换功率为能量路由器内部的负荷功率减去光伏发电单元的输出功率再减去储能单元的输出功率的差值；如果光伏发电单元输出功率不为0、能量路由器内部的负荷功率小于能量路由器内部的负荷功率，且电池的荷电状态不大于0.2，确定能量路由器与交流电网的交换功率为能量路由器内部的负荷功率减去光伏发电单元的输出功率的差值。
[0012]在本申请可选的实施例中，上述基于能量路由器与交流电网的交换功率确定能量路由器的控制模式的步骤，包括：如果能量路由器与交流电网的交换功率为能量路由器内部的输出功率，确定能量路由器的控制模式为待机模式；如果能量路由器与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成电能质量治理功能的多端口能量路由器的控制方法，其特征在于，能量路由器包括：交流电网、直流母线、并网换流器、光伏发电单元、储能单元和直流负载；所述方法包括：获取所述交流电网的并网点电压、变换器输出电流和交流负载电流；基于所述并网点电压和所述变换器输出电流进行所述并网换流器的正序下垂控制和负序下垂控制；所述正序下垂控制用于进行有功、无功功率控制，所述负序下垂控制用于进行并网点三相电压不平衡治理；基于所述变换器输出电流和所述交流负载电流进行谐波治理；获取所述能量路由器内部的负荷功率、所述光伏发电单元的输出功率和所述储能单元的输出功率；以电池的荷电状态为约束条件，基于所述能量路由器内部的负荷功率、所述光伏发电单元的输出功率和所述储能单元的输出功率确定所述能量路由器与所述交流电网的交换功率；基于能量路由器与所述交流电网的交换功率确定所述能量路由器的控制模式，以维持所述直流母线的电压稳定。2.根据权利要求1所述的集成电能质量治理功能的多端口能量路由器的控制方法，其特征在于，所述并网换流器包括交流转直流变换器，所述交流电网通过所述交流转直流变换器连接所述直流母线；所述光伏发电单元、所述储能单元和所述直流负载分别通过多个直流转直流变换器连接所述直流母线；所述能量路由器还包括：扩展单元，所述扩展单元通过直流转直流变换器连接所述直流母线。3.根据权利要求1所述的集成电能质量治理功能的多端口能量路由器的控制方法，其特征在于，所述光伏发电单元的控制模式包括：最大功率点跟踪控制和直流母线电压控制；所述储能单元的控制模式包括：恒压充放电控制和恒流充放电控制；所述并网换流器的控制模式包括：恒功率控制和下垂控制。4.根据权利要求1所述的集成电能质量治理功能的多端口能量路由器的控制方法，其特征在于，基于所述并网点电压和所述变换器输出电流进行所述并网换流器的正序下垂控制和负序下垂控制的步骤，包括：将αβ变换后的所述并网点电压和所述变换器输出电流依次经过低通滤波器和延迟信号抵消的正负序分离，得到两相静止坐标系下的电压与电流的正基波分量和负基波分量；将两相静止坐标系下的电压与电流的正基波分量和负基波分量转换为两相旋转坐标系下，基于两相静止坐标系下的电压与电流的正基波分量和负基波分量确定正序有功功率、正序无功功率、负序有功功率和负序无功功率；基于所述正序有功功率和所述正序无功功率进行所述并网换流器的正序下垂控制；基于所述负序有功功率和所述负序无功功率进行所述并网换流器的负序下垂控制。5.根据权利要求4所述的集成电能质量治理功能的多端口能量路由器的控制方法，其特征在于，基于所述正序有功功率和所述正序无功功率进行所述并网换流器的正序下垂控制的步骤，包括：将所述正序有功功率和所述正序无功功率分别与预设的所述能量路由器的充放电参考正序有功功率信号和参考正序无功功率信号做差后，经过正序下垂控制得到正序参考电压信号；所述正序参考电压信号经过电压电流双环比例积分控制输出所述并网换流器的功
率控制信号，基于所述功率控制信号驱动所述并网换流器运行；基于所述负序有功功率和所述负序无功功率进行所述并网换流器的负序下垂控制的步骤，包括：将所述负序有功功率和所述负序无功功率与预设的所述能量路由器的充放电参考负序有功功率信号和参考负序无功功率信号做差后，经过负序下垂控制得到负序参考电压信号；所述负序参考电压信号经过电压电流双环比例积分控制输出三相不平衡电流补偿信号，将所述三相不平衡电流补偿信号与所述功率控制信号叠加后驱动所述并网换流器运行。6.根据权利要求1所述的集成电能质量治理功能的多端口能量路由器的控制方法，其特征在于，基于所述变换器输出电流和所述交流负载电流进行谐波治理的步骤，包括：将αβ变换后的所述变换器输出电流进行低通滤波得到两相静止坐标系下的基波直流分量；将αβ逆变换后的所述基波直流分量与所述交流负载电流做差得到所述能量路由器的谐波电流补偿量；所得谐波电流补偿量、所述正序下...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑子萱，陈旭林，丁凯，钱一民，陈韵竹，李世杰，肖先勇，汪颖，李长松，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：