[發明專利]基于虛擬同步逆變控制的儲能方法

有效

• 申請號: 201510363875.2
• 申請日: 2015-07-23
• 公開（公告）號: CN104993521B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 計長安;杭麗君;羅亞橋;馮琳;李偉;李國杰;洪偉;朱明琳;徐斌;胡翀
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網安徽省電力公司電力科學研究院;上海交通大學
• 主分類號: H02J3/40
• 分類號: H02J3/40
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司31213
• 代理人: 張寧展

1.一種基于虛擬同步逆變控制的儲能方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

步驟1)初始化，在該儲能系統中由操作員根據系統要求設定以下參數值：

DC/AC變換器的直流母線電壓參考值

儲能系統的電磁功率參考值P_ref；

儲能系統的無功功率參考值Q_ref；

設定調差系數R為30-50之間、慣性常數M為1-20之間、負荷-阻尼常數D為1％或2％；

設定虛擬轉子x_q和定子的阻抗x_d均為1-10之間；

交流側電壓參考值U_ref，標么值設為1；

設定勵磁系統的第一補償器的增益K_f和時間常數T_f為0-1之間，勵磁系統的增益K_a在100-500之間，勵磁系統的的時間常數T_e在0-1之間，勵磁電壓幅值的上限E_fmax在0-15之間，勵磁電壓幅值的下限E_fmin＝-E_fmax；

設定電氣部分的虛擬轉子暫態阻抗x′_d的取值范圍在0.1-0.5之間，定子的暫態阻抗x′_q的取值范圍在0.3-1之間，d軸的暫態開路時間常數T′_do的取值范圍在1.5-10之間，q軸的暫態開路時間常數T′_qo的取值范圍在0.5-2.0之間；

第一PI控制器的控制系數為k_p1和k_i1，0<k_p1<1000，0<k_i1<1000；

第二PI控制器的控制系數為k_p2和k_i2，0<k_p2<1000，0<k_i2<1000；

第三PI控制器的控制系數為k_p3和k_i3，0<k_p3<1000，0<k_i3<1000；

第四PI控制器的控制系數為k_p4和k_i4，0<k_p4<1000，0<k_i4<1000；

第五PI控制器的控制系數為k_p5和k_i5，0<k_p5<1000，0<k_i5<1000；

采用霍爾傳感器對直流側電壓、交流側電壓和電流進行采樣，得到DC/DC變換器(2)的輸出端電壓U_dc，單位為標么值，以及電網側三相電壓e_a，e_b，e_c和電網側三相電流i_a，i_b，i_c；

步驟2)、第一控制器按以下步驟執行：

21)、第一比較器計算第一PI控制器的輸入值：

22)、第一PI控制器在接收到上述第一比較器的輸出后進行計算，輸出相應的控制量：kp1(Udc*-Udc)+ki1∫(Udc*-Udc)dt;]]>

步驟3)第二控制器(7)的虛擬同步逆變控制的機械部分按以下步驟執行：

31)、通過第二比較器按下列公式計算虛擬機械功率P_m：

Pm=Pref-1RΔω,]]>

其中，P_ref是設定的電磁功率參考值，R為調差系數，Δω為虛擬轉子角度偏移量為虛擬轉子慣性環節的輸出量，M為虛擬轉子慣性環節中的慣性常數，D為虛擬轉子慣性環節中的負荷-阻尼常數，s為復頻率，Δω的初始值設為零；

32)、通過第三比較器計算機械部分的虛擬加速功率P_A：

P_a＝P_m-P_e，其中P_e為機械部分的電磁功率，P_e＝e_ai_a+e_bi_b+e_ci_c；

33)、通過第一加法器計算角速度為：ω＝ω₀+Δω，ω₀為角速度的初始值，當電網頻率為50Hz，則ω_０＝2×π×50＝314rad/s；

34)、通過第一積分器計算同步角度：θ＝∫ω；θ為角度轉換模塊的輸入；

35)、通過角度轉換模塊進行角度補償，公式如下：

tan(θ0)=xqIeg]]>

θ′=θ-(π2-θ0)]]>

其中，θ′為鎖相角度；I為電網電流幅值；e_g為電網電壓幅值；x_q為虛擬轉子阻抗；

步驟4)、第二控制器虛擬同步逆變控制的勵磁系統按以下步驟執行：

41)、通過第四比較器計算虛擬勵磁器的輸入量U_t，公式如下：

U_t＝U_ref-U_x

其中：U_ref為設定的交流側電壓值，K_f和T_f為第一補償器的增益和時間常數；U_x為第一補償器的輸出；

42)、通過虛擬勵磁器計算電氣部分的輸入虛擬勵磁電壓E_f，公式如下：

Ef=KaTes+1Ut,]]>

其中：K_a和T_e分別為虛擬勵磁器的增益和時間常數，E_fmax和E_fmin分別為虛擬勵磁器的電壓幅值的上限和下限；

43)、通過第一補償器計算U_x,，公式如下：

Ut=sKfTfs+1Ef.]]>

步驟5)、電壓坐標變換模塊和電流坐標變換模塊按以下步驟執行：

51)、由e_a、e_b和e_c經電壓坐標變換模塊計算出電網電壓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經電流坐標變換模塊計算出電網電壓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]]>

步驟6)、第二控制器虛擬同步逆變控制的電氣部分按以下步驟執行：

61)、計算電流參考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是電網電壓的d-q分量；I_dref1和I_qref1是所述的DC/AC變換器(3)輸出電流的虛擬定子電流部分，E_f是虛擬勵磁電壓；

步驟7)、第二控制器功率控制部分按以下步驟執行：

71)、通過第五比較器計算出第二PI控制器的輸入：P_ref-P_e；

72)、第二PI控制器在接收到上述第五比較器的輸出后進行控制運算，輸出相應的控制量I_dref2：I_dref2＝k_p2(P_ref-P_e)+k_i2∫(P_ref-P_e)dt；即為電流控制部分的輸入；

73)、通過第六比較器計算出第三PI控制器的輸入：Q_ref-Q_e；

74)、第三PI控制器在接收到上述第六比較器的輸出后進行控制運算，輸出相應的控制量I_qref2：

I_qref2＝k_p3(Q_ref-Q_e)+k_i3∫(Q_ref-Q_e)dt；即為電流控制部分的輸入；

步驟8)、第二控制器(7)電流控制部分的d軸分量控制按以下步驟執行：

81)、計算出d軸電流參考值I_dref，公式如下：

I_dref＝I_dref1+I_dref2；

82)、通過第七比較器計算出第四個PI控制器的輸入：I_dref-I_d；I_d為三相電流d軸分量，由i_a、i_b和i_c經坐標變換輸出；

83)、第四PI控制器在接收到上述第七個比較器的輸出后進行控制運算，輸出相應得控制量U_dref：U_dref＝k_p4(I_dref-I_D)+k_i4∫(I_dref-I_d)dt；

步驟9)、第二控制器電流控制部分的q軸分量控制按以下步驟執行：

91)、計算出q軸電流參考值I_qref，公式如下：

I_qref＝I_qref1+I_qref2；

92)、通過第八比較器計算出第五PI控制器的輸入：I_qref-I_q；I_q為三相電流q軸分量，由i_a、i_b和i_c經坐標變換輸出；

93)、第五PI控制器在接收到上述第八比較器的輸出后進行控制運算，輸出相應得控制量U_qref：U_qref＝k_p5(I_qref-I_q)+k_i5∫(I_qref-I_Q)dt；

步驟10)、第二控制器輸出量：

101)、將所獲得的U_dref和U_qref經逆坐標變換模塊變換，得到U_aref、U_bref和U_cref三個調制波，將這三個量作為控制信號與載波比較，獲得DC/AC變換器(3)的控制信號，公式如下：

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