[发明专利]一种基于钒电池储能的变流器控制方法

摘要

一种基于钒电池储能的变流器控制方法，包括交流电网侧AC/DC变流器控制方法和钒电池侧DC/DC变流器控制方法，所述交流电网侧AC/DC变流器控制方法包括第一步：数据采样、归一化处理，第二步：锁相控制，第三步：直流侧电压外环控制，第四步：钒电池侧功率前馈控制，第五步：电流内环控制给定电流生成，第六步：电网侧电流内环控制，第七步：生成交流侧变流器IGBT驱动信号。所述钒电池侧DC/DC变流器控制方法包括第一步生成钒电池直流侧变流器的控制指令，第二步：DC/DC变流器控制。本设计不仅使存储的能量得以有效的利用，实现了削峰填谷、无功补偿、电能质量控制等功能，而且通过功率前馈控制单元和重复学习单元提高控制精度。

主权项

1.一种基于钒电池储能的变流器控制方法，其特征在于：钒电池储能电路包括交流电源(1)、交流电网侧AC/DC变流器(2)、钒电池侧DC/DC变流器(3)和钒电池储能堆(4)，所述交流电源(1)依次串联预充电回路(5)、滤波回路(6)和电流互感器1TA后与交流电网侧AC/DC变流器(2)的交流侧接口相连接，所述交流电网侧AC/DC变流器(2)的直流侧接口与钒电池侧DC/DC变流器(3)与钒电池储能堆(4)相连接，所述交流电源(1)与预充电回路(5)之间设置有电压互感器1TV，所述钒电池侧DC/DC变流器(3)与钒电池储能堆(4)之间设置有电流互感器2TA和电压互感器2TV；所述钒电池侧DC/DC变流器(3)采用Buck‑Boost斩波电路，所述交流电网侧AC/DC变流器(2)和钒电池侧DC/DC变流器(3)的控制端均通过光纤与双CPU控制器(7)相连接，所述双CPU控制器(7)与一体化工控机8信号连接；交流电网侧AC/DC变流器控制方法包括以下步骤：第一步：数据采样、归一化处理，将无源电压互感器1TV采集的信号经过数字化处理后得到交流电网侧的三相相电压Usa、Usb、Usc信号，通过电流互感器1TA采集的信号经过数字化处理后得到交流电网侧三相相电流Isa、Isb、Isc信号，通过霍尔电压互感器2TV采集的信号经过数字化处理后得到钒电池侧直流电压Ufdc信号，通过电流互感器2TA采集的信号经过数字化处理后得到钒电池侧直流电流Ifdc信号，同时采集AC/DC变流器输出的直流电压Udc信号，最后对上述信号进行归一化处理；第二步：锁相控制，对交流电网侧的三相相电压Usa、Usb、Usc信号在锁相环控制器内进行软件锁相控制：对交流电网侧的三相相电压Usa、Usb、Usc信号进行变换得到：式(1)中，U表示三相电压的幅值；ω为三相电压的角频率；对式(1)进行Clark变换，可得(α，β)坐标系下的电网电压为：对(2)式进行Park变换，得到：式(3)中，ud表示电网侧变流器的有功功率，uq表示电网侧变流器的无功功率，θ为锁相环输出的角度，Δθ＝ωt‑θ为相角误差；锁相环以跟踪电网侧电压的相位为目标，经过Clark与Park变换，得到(d,q)坐标系下的直流量，然后对uq进行PI控制器与积分器，并反馈给Park变换器，从而实现电网相位的跟踪，即当Δθ≈0时，完成锁相功能；第三步：直流侧电压外环控制，对直流侧电压Udc在PI控制器进行比例积分控制，得到电流幅值指令Idr*：式(4)中Udc*为设定值表示直流侧参考电压，Udc为直流侧测量的电压，kp为设定值表示比例系数，ki为设定值表示积分系数；第四步：钒电池侧功率前馈控制，测量得到的钒电池侧的直流电压值Ufdc与直流电流值Ifdc、交流电网电压有效值Us，计算出前馈电流幅值指令Ipr*：式(5)中kpv为设定值表示功率前馈比例系数，Ufdc为钒电池侧直流电压值，Ifdc为钒电池侧直流电流值，Us为交流电网电压的有效值；第五步：电流内环控制给定电流生成，将第三步中得到的电流幅值指令Idr*与第四步中得到的前馈电流幅值指令Ipr*相加，得到电流幅值给定指令Isp*，然后采集利用锁相环控制器的同步信号与电流幅值指令Ipr*进行同步，得到采样周期内的交流电网侧电流的瞬时指令值Ispp*，Ispp*为电流内环控制的信号。第六步：电网侧电流内环控制，将第五步中得到的交流电网侧电流的瞬时指令值Ispp*与第二步中锁相后计算得到的交流电网侧有功电流Igd作差后，送入重复学习控制器进行交流电网侧有功电流的内环控制，从而得到交流网侧的有功电流调制值ugd′：式(6)中，kr为直接反馈控制的增益系数；ks表示重复控制的增益系数；同时，对第二步中锁相后计算得到的交流电网侧无功电流Igq进行比例积分控制，从而生成相应的交流网侧无功电流调制值ugq'；第七步：生成交流侧变流器IGBT驱动信号，对第六步中得到的交流网侧的有功电流调制值ugd′与交流网侧无功电流调制值ugq'进行解耦控制后，进行dq/abc变换与SVPWM控制，从而对交流网侧AC/DC变流器(2)中的三相桥臂的IGBT进行调制；钒电池侧DC/DC变流器控制方法：第一步：生成钒电池直流侧变流器的控制指令，当钒电池储能系统工作在恒功率放电模式时：通过霍尔电压互感器2TV采集的信号经过数字化处理后得到钒电池侧直流电压Ufdc信号，通过电流互感器2TA采集的信号经过数字化处理后得到钒电池侧直流电流Ifdc信号，将直流电压Ufdc与直流电流Ifdc相乘得到的实际功率反馈值Pfdc进行比例积分控制，从而生成钒电池直流侧变流器的控制指令；当钒电池储能系统工作在恒流充、放电模式时：通过电流互感器2TA采集的信号经过数字化处理后得到钒电池侧直流电流Ifdc信号进行比例积分控制，从而生成钒电池直流侧变流器的控制指令；第二步：根据第一步中得到的钒电池直流侧变流器的控制指令对钒电池侧DC/DC变流器(3)中的IGBT进行PWM调制，IGBT管的占空比D相同，而且导通时间互错Ts/3，即三角载波的相位互错Ts/3。