CN108011387B - 一种储能变流器独立运行模式的电压控制方法 - Google Patents

一种储能变流器独立运行模式的电压控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种储能变流器独立运行模式的电压控制方法，采取电压外环和电容电流内环的双闭环控制，电压外环为基于dq坐标系的PI控制，电容电流内环为基于abc静止坐标系的P控制，通过单相虚拟三相的方法，每一相输出电压和它虚拟得到的另两相电压进行abc‑dq变换得到Ud和Uq，分别输入至各相的电压环，实现三相控制解耦。本发明的控制方法，电压环采用dq控制，能实现输出电压的零稳态误差，保证输出电压的稳定；通过三相虚拟的方法，使每相电压在各自的dq坐标系下独立控制，实现dq坐标系的三相电压解耦，提升了输出电压性能指标。

Description

一种储能变流器独立运行模式的电压控制方法
技术领域
本发明涉及储能变流器技术领域，具体涉及了一种储能变流器独立运行模式的电压控制方法。
背景技术
储能变流器是储能系统中连接蓄电池、市电网、负载之间的关键设备，一般在市电正常时工作于并网运行模式，市电和变流器共同为负载供电。在市电出现故障时工作于独立运行模式，变流器单独为负载供电。在并网运行模式中，通过蓄电池的充电或放电实现负荷的削峰填谷，即：在电网高峰时段蓄电池放电，低谷时段给蓄电池充电。在电网出现故障的情况下，立即切换到独立运行模式，使负载的供电不间断，兼备UPS功能。
并网运行模式，一般采取电流型控制方法，将变流器控制成电流源。在独立运行模式中，变流器控制成电压源工作模式，输出电压外环、电感电流内环的双闭环控制是一种常用的控制方案。dq控制将abc静止坐标系下的三相交流电压转化成dq旋转坐标系的两相直流信号，可以通过PI控制实现电压的无差跟踪，首先通过Clark变换和Park变换将三相输出电压UA、UB、UC转换成Ud、Uq，但三相电压的耦合直接影响到Ud、Uq，从而影响了电压环的dq控制。
发明内容
本发明目的是提供一种储能变流器独立运行模式的电压控制方法，能有效解决dq坐标下三相电压耦合问题，实现三相之间的独立控制。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种储能变流器独立运行模式的电压控制方法，采取电压外环和电容电流内环的双闭环控制，电压外环为基于dq坐标系的PI控制，电容电流内环为基于abc静止坐标系的P控制，通过单相虚拟三相的方法，每一相输出电压和它虚拟得到的另两相电压进行abc-dq变换得到Ud和Uq，分别输入至各相的电压环，实现三相控制解耦。
所述单相虚拟三相包括输出电压移相和反相，输出电压移相是将输出电压相位滞后60度，具体地：以A相为例，将UA相位滞后60度，得到UA∠-60，再进行反相得到UC，将UC和UA的和进行反相，得到UB。
所述的输出电压移相通过设置滤波器在基频50Hz处的幅值增益和相位差来实现。
本发明的有益效果是：
1、电压环采用dq控制，能实现输出电压的零稳态误差，保证输出电压的稳定。
2、通过三相虚拟的方法，使每相电压在各自的dq坐标系下独立控制，实现dq坐标系的三相电压解耦，实现三相独立，提升了输出电压性能指标。
3、单相虚拟的三相电压完全平衡，避免了不平衡分量，控制效果比传统方法更好。
附图说明
图1是本发明的控制结构框图；
图2是本发明的三相虚拟电压向量图；
图3是本发明储能变流器的主电路图。
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、明确，下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
图1为本发明的控制结构框图，以A相电压为例：UA为A相逆变电压，Um为给定电压幅值(311V)。控制环路采取电压外环、电容电流内环的双闭环控制方案。电压内环基于dq旋转坐标系控制，d轴给定电压为Um，q轴给定电压为0。dq给定电压分别减去Ud、Uq，其误差信号分别输入PI调节器，PI输出信号经dq-abc坐标变换后，取a相输出值作为A相电容电流给定信号
Figure BDA0001495288900000021
与Ica(图中Ic为各相实际的电容电流，此处以A相为例，写成Ica)的误差信号经P调节器运算，输出信号与A相电压前馈信号Umcos(θ)叠加，生成驱动A相的SPWM波。
其中，通过A相电压UA虚拟得到其它两相电压UB和UC，UA、UB、UC经abc-dq坐标变换计算得到Ud、Uq。
对于B相：通过B相电压UB虚拟得到其它两相电压UA和UC，经abc-dq坐标变换计算得到Ud、Uq，电压环PI输出信号经dq-abc坐标变换后，取b相输出值作为B相电容电流给定信号
Figure BDA0001495288900000034
Figure BDA0001495288900000035
与Icb的误差信号经P调节器运算，输出信号与B相电压前馈信号叠加，生成驱动B相的SPWM波。
对于C相：通过C相电压UC虚拟得到其它两相电压UA和UB，经abc-dq坐标变换计算得到Ud、Uq，电压环PI输出信号经dq-abc坐标变换后，取c相输出值作为C相电容电流给定信号
Figure BDA0001495288900000036
Figure BDA0001495288900000037
与Icc的误差信号经P调节器运算，输出信号与C相电压前馈信号叠加，生成驱动C相的SPWM波。
图2为本发明的单相虚拟三相电压向量图。以A相为例，通过移相60度模块，将UA相位滞后60度，得到UA∠-60，再进行反相得到UC，将UC和UA的和进行反相，得到UB。
通过三角函数公式表示为：
UA＝Umcos(θ)
UA∠-60＝Umcos(θ-60)＝-Umcos(θ+120)＝-UC
UA+UC＝-UB
信号的计算采用的是对UA进行滤波的方法，滤波器的传递函数为
Figure BDA0001495288900000031
ω为基波频率，K、T的计算公式如下：
幅值增益：
Figure BDA0001495288900000032
相位差：
Figure BDA0001495288900000033
图3为本发明的储能变流器主电路图，本实施例中，采用T型三电平三相四线结构，但不限于该结构。储能电池为两组，分别为BAT1、BAT2，其连接中点与电容C1、C2中点相连接，输出作为三相四线的中线N。L1、L2、L3为滤波电感，Ca、Cb、Cc为滤波电容。通过本发明控制方法，在不平衡负载、电网三相不平衡的场合，可实现三相输出电压独立以及电压的零稳态误差，并可取得良好的性能指标。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种储能变流器独立运行模式的电压控制方法，采取电压外环和电容电流内环的双闭环控制，电压外环为基于dq坐标系的PI控制，电容电流内环为基于abc静止坐标系的P控制，其特征在于：通过单相虚拟三相的方法，每一相输出电压和它虚拟得到的另两相电压进行abc-dq变换得到Ud和Uq，分别输入至各相的电压环，实现三相控制解耦，具体的：
对于A相：通过A相电压UA虚拟得到其它两相电压UB和UC，经abc-dq坐标变换计算得到Ud、Uq，dq给定电压分别减去Ud、Uq，其误差信号分别输入PI调节器，PI输出信号经dq-abc坐标变换后，取a相输出值作为A相电容电流给定信号，其与A相实际电容电流的误差信号经P调节器运算，输出信号与A相电压前馈信号叠加，生成驱动A相的SPWM波；
对于B相：通过B相电压UB虚拟得到其它两相电压UA和UC，经abc-dq坐标变换计算得到Ud、Uq，dq给定电压分别减去Ud、Uq，其误差信号分别输入PI调节器，PI输出信号经dq-abc坐标变换后，取b相输出值作为B相电容电流给定信号，其与B相实际电容电流的误差信号经P调节器运算，输出信号与B相电压前馈信号叠加，生成驱动B相的SPWM波；
对于C相：通过C相电压UC虚拟得到其它两相电压UA和UB，经abc-dq坐标变换计算得到Ud、Uq，dq给定电压分别减去Ud、Uq，其误差信号分别输入PI调节器，PI输出信号经dq-abc坐标变换后，取c相输出值作为C相电容电流给定信号，其与C相实际电容电流的误差信号经P调节器运算，输出信号与C相电压前馈信号叠加，生成驱动C相的SPWM波；
所述单相虚拟三相包括输出电压移相和反相，输出电压移相是将输出电压相位滞后60度，具体地：将UA相位滞后60度，得到UA∠-60，再进行反相得到UC，将UC和UA的和进行反相，得到UB；
所述的输出电压移相通过设置滤波器在基频50Hz处的幅值增益和相位差来实现。
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