PCS电压频率控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种PCS电压频率控制系统，参考电压变换器与锁相环的输出端相连接，锁相环的输出端还与网侧电压变换器相连接；网侧电压变换器通过电压互感器连接在电网的隔离变压器的高压侧；网侧电压变换器的两个输出端分别通过两个比例积分控制器与坐标变换器相连接；坐标变换器的输出端与SVPWM发生器相连接；SVPWM发生器的输出端与电网的功率开关管相连接。通过参考电压变换器、锁相环、网侧电压变换器、电压互感器、两个比例积分控制器、坐标变换器和SVPWM发生器，最终产生控制电网的功率开关管的PWM控制信号。本实用新型专利技术的PCS电压频率控制系统，具有实现了PCS在离网情况下的建压建频且可稳定输出期望的电压和频率等优点。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种PCS电压频率控制系统。
技术介绍
众所周知，风能、太阳能等间歇式电源并网及输配技术是目前能源领域的优先发展主题之一。与此相应，电池储能系统的应用引起了广泛关注。电池储能系统的一个重要组成部分就是PCS (Power Conversion System,能量转换系统)。PCS装置已在太阳能、风能等分布式发电技术中有较多的应用，并逐渐应用于飞轮储能、超级电容器、电池储能等小容量双向功率传递的储能系统中。通过PCS可以实现电池储能系统直流电池与交流电网之间的双向能量传递，实现在正常或孤岛运行方式下的电压控制等。PCS的一个重要作用就是在大电网断电情况下，可继续给负载提供可靠的电压支撑，满足负载运行需求。为此，研究PCS的电压频率控制势在必行。PCS电压频率控制主要目标是在离网情况下提供期望的电压。传统的含单电感滤器的PCS，虽然结构简单，但滤波效果不好；含LCL滤波器的PCS滤波效果较前者好，但对于大容量情况，要求的直流侧电压较高，不利于直流侧电池组件串并联。PCS作为一种能量转换系统，可实现储能和电网或者负载的能量双向流动。为提高PCS输出性能，现有PCS多含有LCL型滤波器或者隔离变压器等装置。至此，PCS的数学模型将变成高阶模型，采用传统的电压电流双闭环控制不仅需要较多电压电流传感器，且增加了 PI控制器(比例积分控制器)数量，不易调试，对于工程应用相当不便。
技术实现思路
本技术是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种PCS电压频率控制系统，以简化控制策略和控制结构、控制PCS稳定输出期望的恒定或可变的电压和频率以满足工程需求。本技术为解决技术问题采用以下技术方案。PCS电压频率控制系统，其结构特点是，包括参考电压变换器、锁相环、网侧电压变换器、电压互感器、第一比例积分控制器、第二比例积分控制器、坐标变换器和SVPWM(SpaceVector Pulse Width Modulation,空间矢量脉宽调制)发生器；所述参考电压变换器与所述锁相环的输出端相连接，所述锁相环的输出端还与所述网侧电压变换器相连接；所述网侧电压变换器通过电压互感器连接在电网的隔离变压器的高压侧；所述网侧电压变换器的两个输出端分别通过第一比例积分控制器和第二比例积分控制器与坐标变换器相连接；所述参考电压变换器的一个输出端连接在所述网侧电压变换器与第一比例积分控制器之间，所述参考电压变换器的另一个输出端连接在所述网侧电压变换器与第二比例积分控制器之间；所述坐标变换器的输出端与所述SVPWM发生器相连接；所述SVPWM发生器的输出端与电网的功率开关管相连接。与已有技术相比，本技术有益效果体现在:本技术的PCS电压频率控制系统，采用LCR-型PCS拓扑，不仅具有良好的滤波效果，且能降低直流侧电压的要求。但此种拓扑的数学模型阶数较高，如严格采用其数学模型进行电压电流双闭环控制，不仅增加控制难度，且控制性能会大大降低。采用简化可靠的方法可显著提高其控制性能和实用价值。本技术提出的基于LCR-T降阶模型的PCS电压频率控制方法，采用电压环单级控制策略，将高阶模型进行简化，控制结构变得简单；采用单级式的电压闭环控制，控制策略更为简化；具有良好的控制性能:直流侧电压存波动情况下，可控制PCS稳定输出期望的恒定或可变的电压和频率，可实时输出恒定的或可变的电压，实现了 PCS在离网情况下的建压建频，可稳定输出期望的电压和频率，具有控制简单、动态响应快、输出电压正弦度度高等优点，完全满足工程需求。附图说明图1为本技术的PCS电压频率控制系统的结构框图。图2为本技术的PCS电压频率控制方法的流程图。图3为对本技术的PCS电压频率控制系统及方法进行测试时工况I条件下PCS输出的A、B、C三相电压波形示意图。图4为对本技术的PCS电压频率控制系统及方法进行测试时工况2条件下PCS输出的A、B、C三相电压波形示意图。图5为对本技术的PCS电压频率控制系统及方法进行测试时工况3条件下PCS输出的A相电压波形示意图。图6为LCR-型PCS拓扑简图。图7为LCR-T型PCS的单相等效电路模型。图8为阻抗网络的化简图。图9为模型降阶后的LCR-T型PCS的单相等效电路模型。图10为模型降阶后的LCR-型PCS拓扑简图。以下通过具体实施方式，并结合附图对本技术作进一步说明。具体实施方式参见图1，PCS电压频率控制系统，包括参考电压变换器、锁相环、网侧电压变换器、电压互感器、第一比例积分控制器、第二比例积分控制器、坐标变换器和SVPWM发生器；所述参考电压变换器与所述锁相环的输出端相连接，所述锁相环的输出端还与所述网侧电压变换器相连接；所述网侧电压变换器通过电压互感器连接在电网的隔离变压器的高压侧；所述网侧电压变换器的两个输出端分别通过第一比例积分控制器和第二比例积分控制器与坐标变换器相连接；所述参考电压变换器的一个输出端连接在所述网侧电压变换器与第一比例积分控制器之间，所述参考电压变换器的另一个输出端连接在所述网侧电压变换器与第二比例积分控制器之间；所述坐标变换器的输出端与所述SVPWM发生器相连接；所述SVPWM发生器的输出端与电网的功率开关管相连接。参考三相电压Varef、Vbref和Vcref分别输入至参考电压变换器和锁相环PLL中；锁相环用于跟踪参考电压的相位并实时获取参考电压的相位Θ，并将Θ分别传送给参考电压变换器和网侧电压变换器。参考电压变换器根据参考三相电压Varef、Vbref和Vcref和锁相环传送的参考电压的相位Θ，计算获得参考电压的d轴分量Vdref和q轴分量 Vqref0参考电压变换器和网侧电压变换器均为abc/ dq变换器，用于将三个交流分量a、b和c转化为两个直流分量d和q。坐标变换器为dq/α β变换器，用于把两个直流分量d、q转变成两个同步旋转交流分量α和β。网侧电压变换器根据电压互感器在电网的隔离变压器T的高压侧所采集的采样电压Va、Vb和Vc和锁相环传送的参考电压的相位Θ，计算获得采样电压的d轴分量Vd和q轴分量Vq。参量Vdref和Vd输入至第一比例积分控制器，由第一比例积分控制器输出参量Vdr ;参量Vqref和Vq输入至第二比例积分控制器，由第二比例积分控制器输出参量Vqr。参量Vdr和Vqr均输入坐标变换器，由坐标变换器将参量Vdr和Vqr转化为参量V α和V β，并将参量Va和V β传送给SVPWM发生器，作为SVPWM发生器的输入信号，SVPWM采用常规的两电平七段式方式，最终产生控制电网的功率开关管的PWM控制信号，实现PCS电压频率的控制。PCS电压频率控制系统方法，包括如下步骤:步骤1:模型降阶；LCR_T型PCS是指含有LCR滤波器和隔离型变压的能量转换系统。一般情况下，其模型对应为5阶模型，控制相对复杂。模型降阶的数学本质是^fLCR-T型PCS传递函数进行零极点对消；物理本质是:在低频信号下，忽略滤波电容支路和激磁电感支路，并利用等效电感来代替原阻抗网络，即将滤波器电感与隔离变压器原副边电感之和等效为一个总电感，便于简化控制且能获得良好的控制效果。但在控制过程中仍需考虑隔离变压器弓丨起的电压电流数值变化以及电压电流相移等特本文档来自技高网...

【技术保护点】
PCS电压频率控制系统，其特征是，包括参考电压变换器、锁相环、网侧电压变换器、电压互感器、第一比例积分控制器、第二比例积分控制器、坐标变换器和SVPWM发生器；所述参考电压变换器与所述锁相环的输出端相连接，所述锁相环的输出端还与所述网侧电压变换器相连接；所述网侧电压变换器通过电压互感器连接在电网的隔离变压器的高压侧；所述网侧电压变换器的两个输出端分别通过第一比例积分控制器和第二比例积分控制器与坐标变换器相连接；所述参考电压变换器的一个输出端连接在所述网侧电压变换器与第一比例积分控制器之间，所述参考电压变换器的另一个输出端连接在所述网侧电压变换器与第二比例积分控制器之间；所述坐标变换器的输出端与所述SVPWM发生器相连接；所述SVPWM发生器的输出端与电网的功率开关管相连接。

【技术特征摘要】
1.PCS电压频率控制系统，其特征是，包括参考电压变换器、锁相环、网侧电压变换器、电压互感器、第一比例积分控制器、第二比例积分控制器、坐标变换器和SVPWM发生器；所述参考电压变换器与所述锁相环的输出端相连接，所述锁相环的输出端还与所述网侧电压变换器相连接；所述网侧电压变换器通过电压互感器连接在电网的隔离变压器的高压侧；所述网侧电压变换器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周业如，王健，傅冬生，金晓马，邹东升，潘进，宋毅，程建洲，郑天文，吴剑鸣，罗红波，
申请(专利权)人：安徽省电力公司宣城供电公司，北京华腾开元电气有限公司，
类型：实用新型
国别省市：