[发明专利]基于虚拟同步逆变控制的储能方法

摘要

本发明公开了一种基于虚拟同步逆变控制的储能方法，解决电力电子储能系统零转动惯量的问题。由于电力电子变换器系统具有零转动惯量特性，电网电压扰动和频率扰动会对储能系统的控制性能造成严重影响，缩短储能系统寿命，危及电力电子储能装置和电力系统安全。本发明采用虚拟同步电机控制技术，使带电力电子系统的储能装置的交流接口的外特性可以等效为同步电机特性，从而提高电力电子储能系统的惯性和阻尼特性，增强电力系统的稳定性。

主权项

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Pref；储能系统的无功功率参考值Qref；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xq和定子的阻抗xd均为1‑10之间；交流侧电压参考值Uref，标么值设为1；设定励磁系统的第一补偿器的增益Kf和时间常数Tf为0‑1之间，励磁系统的增益Ka在100‑500之间，励磁系统的的时间常数Te在0‑1之间，励磁电压幅值的上限Efmax在0‑15之间，励磁电压幅值的下限Efmin＝‑Efmax；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kp1和ki1，0<kp1<1000，0<ki1<1000；第二PI控制器的控制系数为kp2和ki2，0<kp2<1000，0<ki2<1000；第三PI控制器的控制系数为kp3和ki3，0<kp3<1000，0<ki3<1000；第四PI控制器的控制系数为kp4和ki4，0<kp4<1000，0<ki4<1000；第五PI控制器的控制系数为kp5和ki5，0<kp5<1000，0<ki5<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Udc，单位为标么值，以及电网侧三相电压ea，eb，ec和电网侧三相电流ia，ib，ic；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：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Pm：Pm=Pref-1RΔω,]]>其中，Pref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Pa：Pa＝Pm‑Pe，其中Pe为机械部分的电磁功率，Pe＝eaia+ebib+ecic；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ω0＝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；eg为电网电压幅值；xq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Ut，公式如下：Ut＝Uref‑Ux其中：Uref为设定的交流侧电压值，Kf和Tf为第一补偿器的增益和时间常数；Ux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Ef，公式如下：Ef=KaTes+1Ut,]]>其中：Ka和Te分别为虚拟励磁器的增益和时间常数，Efmax和Efmin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Ux,，公式如下：Ux=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ea、eb和ec经电压坐标变换模块计算出电网电压d‑q分量Ud和Uq，公式如下：UdUq=23cosθcos(θ-23π)cos(θ+23π-sinθ-sin(θ-23π)-sin(θ+23π)eaebec]]>52)、由ia、ib和ic经电流坐标变换模块计算出电网电压d‑q分量id和iq，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Idref1和Iqref1，公式如下：Idref1=Ef-(Td0′s+1)Uqxd′Td0′s+xd]]>Iqref1=(Tq0′s+1)Udxq′Tq0′s+xq]]>其中：Ud和Uq是电网电压的d‑q分量；Idref1和Iqref1是所述的DC/AC变换器(3)输出电流的虚拟定子电流部分，Ef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：Pref‑Pe；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Idref2：Idref2＝kp2(Pref‑Pe)+ki2∫(Pref‑Pe)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：Qref‑Qe，Qe为储能系统输出的无功功率；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Iqref2：Iqref2＝kp3(Qref‑Qe)+ki3∫(Qref‑Qe)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Idref，公式如下：Idref＝Idref1+Idref2；82)、通过第七比较器计算出第四个PI控制器的输入：Idref‑Id；Id为三相电流d轴分量，由ia、ib和ic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Udref：Udref＝kp4(Idref‑Id)+ki4∫(Idref‑Id)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Iqref，公式如下：Iqref＝Iqref1+Iqref2；92)、通过第八比较器计算出第五PI控制器的输入：Iqref‑Iq；Iq为三相电流q轴分量，由ia、ib和ic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Uqref：Uqref＝kp5(Iqref‑Iq)+ki5∫(Iqref‑Iq)dt；步骤10)、第二控制器输出量：101)、将所获得的Udref和Uqref经逆坐标变换模块变换，得到Uaref、Ubref和Ucref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.]]>