[发明专利]基于虚拟同步逆变控制的储能方法

权利要求书

1.一种基于虚拟同步逆变控制的储能方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1)初始化，在该储能系统中由操作员根据系统要求设定以下参数值：

DC/AC变换器的直流母线电压参考值

储能系统的电磁功率参考值P_ref；

储能系统的无功功率参考值Q_ref；

设定调差系数R为30-50之间、惯性常数M为1-20之间、负荷-阻尼常数D为1％或2％；

设定虚拟转子x_q和定子的阻抗x_d均为1-10之间；

交流侧电压参考值U_ref，标么值设为1；

设定励磁系统的第一补偿器的增益K_f和时间常数T_f为0-1之间，励磁系统的增益K_a在100-500之间，励磁系统的的时间常数T_e在0-1之间，励磁电压幅值的上限E_fmax在0-15之间，励磁电压幅值的下限E_fmin＝-E_fmax；

设定电气部分的虚拟转子暂态阻抗x′_d的取值范围在0.1-0.5之间，定子的暂态阻抗x′_q的取值范围在0.3-1之间，d轴的暂态开路时间常数T′_do的取值范围在1.5-10之间，q轴的暂态开路时间常数T′_qo的取值范围在0.5-2.0之间；

第一PI控制器的控制系数为k_p1和k_i1，0<k_p1<1000，0<k_i1<1000；

第二PI控制器的控制系数为k_p2和k_i2，0<k_p2<1000，0<k_i2<1000；

第三PI控制器的控制系数为k_p3和k_i3，0<k_p3<1000，0<k_i3<1000；

第四PI控制器的控制系数为k_p4和k_i4，0<k_p4<1000，0<k_i4<1000；

第五PI控制器的控制系数为k_p5和k_i5，0<k_p5<1000，0<k_i5<1000；

采用霍尔传感器对直流侧电压、交流侧电压和电流进行采样，得到DC/DC变换器(2)的输出端电压U_dc，单位为标么值，以及电网侧三相电压e_a，e_b，e_c和电网侧三相电流i_a，i_b，i_c；

步骤2)、第一控制器按以下步骤执行：

21)、第一比较器计算第一PI控制器的输入值：

22)、第一PI控制器在接收到上述第一比较器的输出后进行计算，输出相应的控制量：kp1(Udc*-Udc)+ki1∫(Udc*-Udc)dt;]]>

步骤3)第二控制器(7)的虚拟同步逆变控制的机械部分按以下步骤执行：

31)、通过第二比较器按下列公式计算虚拟机械功率P_m：

Pm=Pref-1RΔω,]]>

其中，P_ref是设定的电磁功率参考值，R为调差系数，Δω为虚拟转子角度偏移量为虚拟转子惯性环节的输出量，M为虚拟转子惯性环节中的惯性常数，D为虚拟转子惯性环节中的负荷-阻尼常数，s为复频率，Δω的初始值设为零；

32)、通过第三比较器计算机械部分的虚拟加速功率P_A：

P_a＝P_m-P_e，其中P_e为机械部分的电磁功率，P_e＝e_ai_a+e_bi_b+e_ci_c；

33)、通过第一加法器计算角速度为：ω＝ω₀+Δω，ω₀为角速度的初始值，当电网频率为50Hz，则ω_０＝2×π×50＝314rad/s；

34)、通过第一积分器计算同步角度：θ＝∫ω；θ为角度转换模块的输入；

35)、通过角度转换模块进行角度补偿，公式如下：

tan(θ0)=xqIeg]]>

θ′=θ-(π2-θ0)]]>

其中，θ′为锁相角度；I为电网电流幅值；e_g为电网电压幅值；x_q为虚拟转子阻抗；

步骤4)、第二控制器虚拟同步逆变控制的励磁系统按以下步骤执行：

41)、通过第四比较器计算虚拟励磁器的输入量U_t，公式如下：

U_t＝U_ref-U_x

其中：U_ref为设定的交流侧电压值，K_f和T_f为第一补偿器的增益和时间常数；U_x为第一补偿器的输出；

42)、通过虚拟励磁器计算电气部分的输入虚拟励磁电压E_f，公式如下：

Ef=KaTes+1Ut,]]>

其中：K_a和T_e分别为虚拟励磁器的增益和时间常数，E_fmax和E_fmin分别为虚拟励磁器的电压幅值的上限和下限；

43)、通过第一补偿器计算U_x,，公式如下：

Ut=sKfTfs+1Ef.]]>

步骤5)、电压坐标变换模块和电流坐标变换模块按以下步骤执行：

51)、由e_a、e_b和e_c经电压坐标变换模块计算出电网电压d-q分量U_d和U_q，公式如下：

UdUq=23cosθcos(θ-23π)cos(θ+23π-sinθ-sin(θ-23π)-sin(θ+23π)eaebec]]>

52)、由i_a、i_b和i_c经电流坐标变换模块计算出电网电压d-q分量i_d和i_q，公式如下：

idiq=23cosθcos(θ-23π)cos(θ+23π-sinθ-sin(θ-23π)-sin(θ+23π)iaibic]]>

步骤6)、第二控制器虚拟同步逆变控制的电气部分按以下步骤执行：

61)、计算电流参考I_dref1和I_qref1，公式如下：

Idref1=Ef-(Td0′s+1)Uqxd′Td0′s+xd]]>

Iqref1=(Tq0′s+1)Udxq′Tq0′s+xq]]>

其中：U_d和U_q是电网电压的d-q分量；I_dref1和I_qref1是所述的DC/AC变换器(3)输出电流的虚拟定子电流部分，E_f是虚拟励磁电压；

步骤7)、第二控制器功率控制部分按以下步骤执行：

71)、通过第五比较器计算出第二PI控制器的输入：P_ref-P_e；

72)、第二PI控制器在接收到上述第五比较器的输出后进行控制运算，输出相应的控制量I_dref2：I_dref2＝k_p2(P_ref-P_e)+k_i2∫(P_ref-P_e)dt；即为电流控制部分的输入；

73)、通过第六比较器计算出第三PI控制器的输入：Q_ref-Q_e；

74)、第三PI控制器在接收到上述第六比较器的输出后进行控制运算，输出相应的控制量I_qref2：

I_qref2＝k_p3(Q_ref-Q_e)+k_i3∫(Q_ref-Q_e)dt；即为电流控制部分的输入；

步骤8)、第二控制器(7)电流控制部分的d轴分量控制按以下步骤执行：

81)、计算出d轴电流参考值I_dref，公式如下：

I_dref＝I_dref1+I_dref2；

82)、通过第七比较器计算出第四个PI控制器的输入：I_dref-I_d；I_d为三相电流d轴分量，由i_a、i_b和i_c经坐标变换输出；

83)、第四PI控制器在接收到上述第七个比较器的输出后进行控制运算，输出相应得控制量U_dref：U_dref＝k_p4(I_dref-I_D)+k_i4∫(I_dref-I_d)dt；

步骤9)、第二控制器电流控制部分的q轴分量控制按以下步骤执行：

91)、计算出q轴电流参考值I_qref，公式如下：

I_qref＝I_qref1+I_qref2；

92)、通过第八比较器计算出第五PI控制器的输入：I_qref-I_q；I_q为三相电流q轴分量，由i_a、i_b和i_c经坐标变换输出；

93)、第五PI控制器在接收到上述第八比较器的输出后进行控制运算，输出相应得控制量U_qref：U_qref＝k_p5(I_qref-I_q)+k_i5∫(I_qref-I_Q)dt；

步骤10)、第二控制器输出量：

101)、将所获得的U_dref和U_qref经逆坐标变换模块变换，得到U_aref、U_bref和U_cref三个调制波，将这三个量作为控制信号与载波比较，获得DC/AC变换器(3)的控制信号，公式如下：

UarefUbrefUcref=23cosθ-sinθcos(θ-23π)-sin(θ-23π)cos(θ+23π)-sin(θ+23π)UdrefUqref.]]>