CN107528336B - 一种基于虚拟同步机的储能变流器及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于虚拟同步机的储能变流器及其控制方法，在储能变流器控制系统中加入一个恒压浮充控制器，将恒压浮充控制器的输出量作为虚拟同步机的有功功率控制的参考值；所述恒压浮充控制器根据储能变流器的状态来设置：当储能变流器处于充电状态时，将电池电压的实时值与恒压浮充电压设定值作差进行闭环控制，将作差得到的差值经过调节器调节得到的输出量作为恒压浮充控制器的输出量。本发明不需要复杂的硬件设备即可实现压浮充电，使得当充电接近电池的上限电压时，控制使其以很小的电流对电池进行浮充，对电池起到较好的保护作用，控制方法有效，具有较高的工程实用价值。
Description
技术领域
本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种基于虚拟同步机的储能变流器及其控制方法。
背景技术
近年来，为了能够节约资源，可再生能源在能源网络系统中得到了广泛应用。但是，由于可再生能源具有很大的随机性以及不确定性，这会对能源网络系统带来较大冲击，进而造成能源网络系统的不稳定运行，因此，为保证能源网络系统的稳定运行，需对能源网络系统中的储能进行合理规划，储能技术成为我国可再生能源发电利用的关键支撑技术。
针对可再生能源发电的接入，一方面通过储能技术与可再生能源发电的联合，减少其随机性并提高其可调性；另一方面通过电网级的储能应用，增强电网对可再生能源发电的适应性。对于后者，储能作为电网的可调度资源，具有更大的应用价值和应用空间。
储能变流器(Power Control System，PCS)作为储能系统的核心部分，是储能系统与外界进行能量交换的关键组成部分，基于虚拟同步机(Virtual SynchronousGenerator，VSG)技术的PCS控制策略是当前的一个研究热点：其结合储能系统，使变流器输出接近于同步发电机的外特性，能够主动参与一次调频、调压，提供一定的有功和无功支撑，提供惯性阻尼，有效抑制频率振荡，还可以实现PCS离网转并网、并网转离网的无缝切换功能。
恒压浮充是储能系统的一项关键技术，对电池进行充电接近电池的上限电压时，PCS应从恒功率充电转为恒压浮充，以很小的电流对电池进行浮充并保证充电电压不超过电池允许的上限电压，起到保护电池的作用。而现有虚拟同步机技术主要是控制有功功率和无功功率，不能控制直流侧电压，不具备恒压浮充的功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于虚拟同步机的储能变流器及其控制方法，用以解决虚拟同步机技术不能实现恒压浮充的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明的一种基于虚拟同步机的储能变流器控制方法，设置一个恒压浮充控制环节，将恒压浮充控制环节的输出量作为虚拟同步机的有功功率控制环节的参考值；
设置功率设定值，当功率设定值小于0时，储能变流器处于充电状态，将电池电压的实时值与恒压浮充电压设定值作差进行闭环控制，将作差得到的差值经过调节器调节得到的输出量作为恒压浮充控制环节的输出量。
进一步地，当功率设定值大于0时，储能变流器处于放电状态，将功率设定值作为恒压浮充控制环节的输出量。
进一步地，所述调节器为带限幅的调节器。
进一步地，所述带限幅的调节器的下幅值为所述功率设定值。
进一步地，所述带限幅的调节器的上幅值为电池最大输出功率的0.1倍。
本发明的一种基于虚拟同步机的储能变流器，包括一个恒压浮充控制器和功率控制器，所述功率控制器的有功功率参考值为所述恒压浮充控制器的输出量，所述恒压浮充控制器的输出量为：
设置功率设定值，当功率设定值小于0时，储能变流器处于充电状态，将电池电压的实时值与恒压浮充电压设定值作差进行闭环控制，作差得到的差值经过调节器调节得到的输出量为恒压浮充控制环节的输出量。
进一步地，当功率设定值大于0时，储能变流器处于放电状态，所述恒压浮充控制环节的输出量为功率设定值。
进一步地，所述调节器为带限幅的调节器。
进一步地，所述带限幅的调节器的下幅值为所述功率设定值。
进一步地，所述带限幅的调节器的上幅值为电池最大输出功率的0.1倍。
本发明的有益效果：
本发明的基于虚拟同步机的储能变流器及其控制方法，设置功率设定值，当功率设定值小于0时，储能变流器处于充电状态，将电池电压的实时值与恒压浮充电压设定值作差进行闭环控制，将作差得到的差值经过调节器调节得到的输出量作为恒压浮充控制器的输出量，并将该输出量作为有功功率控制的参考值，虚拟同步机在接收到该参考值后，控制输出功率的大小与流向，通过该控制最终使得当电池电压的实时值稳定在恒压浮充电压设定值左右进行充电。本发明不需要复杂的硬件设备即可实现浮充，使得当充电接近电池的上限电压时，控制使其以很小的电流对电池进行浮充，对电池起到较好的保护作用，控制方法有效，具有较高的工程实用价值。
附图说明
图1是本发明的基于虚拟同步机的储能变流器控制框图；
图2是基于本发明方法的算法实施过程流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式并不局限于此。
现有的虚拟同步机技术主要是控制有功功率和无功功率，本发明对其进行改进，如图1所示，加入一个恒压浮充控制器，利用母线电压去控制储能变流器的功率大小及流向，对电池起到恒压浮充的目的。
本发明的基于虚拟同步机的储能变流器，包括储能变流器控制系统，在储能变流器控制系统中加入一个恒压浮充控制器，将恒压浮充控制器的输出量作为有功功率的参考值Pref。恒压浮充控制器根据储能变流器的状态来设计，而储能变流器的状态与功率设定值Pset的大小有关。在图1中具体表现为，根据功率设定值Pset的大小来改变开关S的动作：
当功率设定值Pset＞0时，说明储能变流器处于放电状态，将开关S拨到触点2，此时，功率设定值Pset作为恒压浮充控制器的输出量，即将功率设定值Pset作为有功功率的参考值Pref。
当功率设定值Pset＜0时，说明储能变流器处于充电状态，将开关S拨到触点1，此时，将电池电压的实时值Ubat与恒压浮充电压设定值Uref作差进行闭环控制，将差值e经PI调节器进行调节控制，得到PI控制输出量PPI，并将PI控制输出量PPI进行限幅控制，得到的限幅控制的结果PPI.out，将限幅控制的结果PPI.out作为恒压浮充控制器的输出量，即将限幅控制的结果PPI.out作为有功功率的参考值Pref。其中，由于维持电池电压恒定需要能量双向流动，故限幅控制的上限幅值Pmax需大于0，可设置为电池最大输出功率的0.1倍，下限幅值Pmin设置为功率设定值Pset。
然后，将有功功率的参考值Pref与其他指令值f0、Qref、Vref一起输入虚拟同步机控制模型，控制输出功率的大小与流向，对电池进行充放电操作，实现恒压浮充控制。
下面对储能变流器处于充电状态的控制过程做详细的描述。
读取电池电压的实时值Ubat，将其与恒压浮充电压设定值Uref作差，将偏差值e＝Ubat-Uref送入PI调节器进行比例积分运算，得到PI控制输出量：
其中，e(t)为PI调节器的输入，在这里为偏差值e＝Ubat-Uref，u(t)为PI控制输出量，kp为PI调节器的比例系数，ki为PI调节器的积分系数。
将上式离散化为差分方程，第k拍输出为：
其中，Tsam为采样周期，e(k)为第k次的误差，kp为PI调节器的比例系数，ki为PI调节器的积分系数。
将经过PI调节器调节后输出的结果进行限幅控制，将限幅控制的结果作为有功功率的参考值Pref。
其中，当电池电压的实时值Ubat小于恒压浮充电压设定值Uref时，即e＝Ubat-Uref＜0，此时PI调节器的输入量为负，经过PI调节器调节后的输出量不断减小，进入下饱和，即以功率设定值Pset进行充电，电池电压慢慢上升，即Ubat慢慢增大，直到电池电压的实时值Ubat大于恒压浮充电压设定值Uref，此时e＝Ubat-Uref＞0，PI调节器调节后的输出量开始增大，退出下饱和，PI调节器输出量大于0时，转为放电(最大放电功率为0.1倍的电池最大输出功率)，电池电压Ubat开始下降，当小于恒压浮充电压设定值Uref时，PI调节器输出量又开始减小，当减小至小于0时，转入充电，电池电压升高，如此反复，最终将电池电压稳定于恒压浮充电压设定值Uref左右。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (6)
1.一种基于虚拟同步机的储能变流器控制方法，其特征在于，设置一个恒压浮充控制环节，将恒压浮充控制环节的输出量作为虚拟同步机的有功功率控制环节的参考值；
设置功率设定值，当功率设定值小于0时，储能变流器处于充电状态，将电池电压的实时值与恒压浮充电压设定值作差进行闭环控制，将作差得到的差值经过带限幅的调节器调节得到的输出量作为恒压浮充控制环节的输出量；所述带限幅的调节器的下幅值为所述功率设定值。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟同步机的储能变流器控制方法，其特征在于，当功率设定值大于0时，储能变流器处于放电状态，将功率设定值作为恒压浮充控制环节的输出量。
3.根据权利要求1所述的基于虚拟同步机的储能变流器控制方法，其特征在于，所述带限幅的调节器的上幅值为电池最大输出功率的0.1倍。
4.一种基于虚拟同步机的储能变流器，其特征在于，包括一个恒压浮充控制器和功率控制器，所述功率控制器的有功功率参考值为所述恒压浮充控制器的输出量，所述恒压浮充控制器的输出量为：
设置功率设定值，当功率设定值小于0时，储能变流器处于充电状态，将电池电压的实时值与恒压浮充电压设定值作差进行闭环控制，作差得到的差值经过带限幅的调节器调节得到的输出量为恒压浮充控制环节的输出量；所述带限幅的调节器的下幅值为所述功率设定值。
5.根据权利要求4所述的基于虚拟同步机的储能变流器，其特征在于，当功率设定值大于0时，储能变流器处于放电状态，所述恒压浮充控制环节的输出量为功率设定值。
6.根据权利要求4所述的基于虚拟同步机的储能变流器，其特征在于，所述带限幅的调节器的上幅值为电池最大输出功率的0.1倍。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN105449690A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-03-30 | 许继集团有限公司 | 基于虚拟同步发电机模型的换流器无功控制方法及系统 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103066876A (zh) * | 2013-01-17 | 2013-04-24 | 电子科技大学 | 一种具有同步发电机特性的逆变控制器 |
| CN105449690A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-03-30 | 许继集团有限公司 | 基于虚拟同步发电机模型的换流器无功控制方法及系统 |
| CN106685222A (zh) * | 2017-01-06 | 2017-05-17 | 许继电气股份有限公司 | 一种dc/dc变换器及dc/dc变换器内部直流母线电压均衡控制方法 |
Non-Patent Citations (2)
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| "Control Strategy for Parallel-operated Virtual Synchronous Generators";Yalong Wei et al.;《2016 IEEE 8th International Power Electronics and Motion Control Conference》;20161231;正文第1-6页 * |
| "直流微网中变流器的控制技术研究";黄頔;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑，C042-89》;20170415(第4期);正文第7-8、21-35页，附图2.1、4.6 * |
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