[發明專利]儲能VSG前級功率變換系統輸出電壓PI參數設計方法

有效

• 申請號: 202110410738.5
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113162086B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 秦嶺;高娟;錢天泓;許興;王亞芳;田民;周磊;段冰瑩;沈家鵬
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;H02J3/38;H02J3/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于儲能變流器技術領域，公開了一種儲能VSG前級功率變換系統輸出電壓PI參數設計方法。包括：求取前級功率變換系統帶理想電流源型負載時的輸出電壓PI參數第一選擇區域；計算其閉環輸出阻抗幅值的閾值R_thresh；計算最小輸出功率下前級功率變換系統閉環輸出阻抗的最大幅值|Z_oc(s)|_max，得出滿足|Z_oc(s)|_max＝R_thresh時的輸出電壓PI控制器參數的比例系數k_p1min；將第一選擇區域和阻抗約束區域的交疊區作為前級功率變換系統輸出電壓PI控制器參數的級聯魯棒穩定區。該級聯魯棒穩定區中的輸出電壓PI控制器參數可以確保分體式儲能虛擬同步發電機在整個工作條件下穩定運行。

技術領域

本發明屬于儲能變流器技術領域，具體涉及一種儲能VSG前級功率變換系統輸出電壓PI參數設計方法。

背景技術

儲能虛擬同步發電機(Virtual Synchronous Generator,VSG)能夠根據調度指令快速、準確地控制功率輸出，平抑出力波動，同時可以模擬同步發電機的慣性與阻尼特性，為電網提供慣性和功率支撐，實現調頻、調壓等輔助服務功能，是解決大規模分布式可再生能源友好并網問題的有效方法。

為了適應蓄電池端電壓寬變化范圍，降低控制難度，儲能VSG通常采用分體式結構。其中，前級子系統為蓄電池功率變換系統(Power Converter System,PCS)，通常采用Boost變換器，工作在直流母線端穩壓、蓄電池端恒流的雙閉環控制模式，且和蓄電池及其電池管理系統組裝在一起。后級子系統為工作在VSG控制方式的三相電壓源型并網逆變器(簡稱為VSG)。很多情況下，儲能VSG的前、后級子系統采購自不同廠家。二者的主電路設計參數(如額定容量、直流母線電壓等)基本匹配，但是雙方設計人員難以獲知彼此的閉環控制參數和準確的阻抗模型。前級設計人員往往將后級子系統視作額定功率的電流源型負載，后級設計人員將前級子系統視作理想電壓源。基于此方法得出的控制參數可以確保各級子系統單獨穩定運行，但是二者聯調時可能會因阻抗失配而出現級聯不穩定的現象。

分體式儲能VSG前、后級子系統的級聯穩定性對其可靠實現調頻、調壓等輔助服務功能至關重要。遺憾的是，鮮有學者對該級聯穩定性問題進行深入探討。目前，儲能VSG的研究文獻大多關注前級電池儲能容量配置、后級VSG的本體穩定性及其與電網的交互穩定性等問題，而且在系統建模時均將直流側等效為理想電壓源，完全忽略了前級PCS的輸出阻抗對儲能VSG運行穩定性的影響。

目前，改善系統級聯穩定性的技術路線有三種，包括：增大直流母線電容、采用直流母線電壓或電流前饋的虛擬阻抗控制、優化控制器參數。與前兩者相比，通過優化控制器參數來進行阻抗重塑，既沒有增加系統的硬件成本與體積，也沒有引入額外的控制環節，因此實現方便，經濟性較好，且同樣具有較好的效果。但其需要獲知具體工況下前、后級系統的準確阻抗模型，而且設計出的控制參數難以保證系統在全工況下均穩定運行，故無法應用于后級VSG阻抗特性未知的分體式儲能VSG系統。

發明內容

有鑒于此，本發明提出了一種儲能VSG前級功率變換系統輸出電壓PI參數設計方法，其不需要獲知后級VSG的具體阻抗特性，可以確保分體式儲能虛擬同步發電機的前級功率變換系統和后級VSG控制的三相電壓源型并網逆變器系統聯調時不產生阻抗失配問題，在整個工作條件范圍內都不會出現前、后級系統級聯不穩定現象，具有很強的魯棒性和實用性。

為實現上述目的，本發明提供了一種儲能VSG前級功率變換系統輸出電壓PI參數設計方法，所述輸出電壓PI參數用于分體式儲能虛擬同步發電機的前級功率變換系統的輸出電壓PI控制器，所述前級功率變換系統采用平均電流控制，所述分體式儲能虛擬同步發電機的后級為采用虛擬同步發電機控制的三相電壓源型并網逆變器，所述輸出電壓PI控制器參數包括比例系數k_p1和積分系數k_i1，該設計方法包括以下步驟：