CN109830995B - 一种基于能源路由器的孤岛控制策略 - Google Patents
一种基于能源路由器的孤岛控制策略 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109830995B CN109830995B CN201811623223.8A CN201811623223A CN109830995B CN 109830995 B CN109830995 B CN 109830995B CN 201811623223 A CN201811623223 A CN 201811623223A CN 109830995 B CN109830995 B CN 109830995B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- voltage
- current
- current side
- energy router
- lvdc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 37
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 27
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 24
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 24
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 24
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 23
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 23
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 8
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims description 6
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种能源路由器，能源路由器为三相结构，每一相由上、下桥臂经电抗器串联组成，上、下桥臂各由多个隔离型模块化变换器输入串联输出并联组成；所述能源路由器具有低压直流侧、高压直流侧、高压交流侧三个基本电压端口，可实现各端口间能量互动；所述能源路由器处于微电网之中，连接微电网与公用电网；所述能源路由器包括新能源发电装置及储能设备；所述能源路由器孤岛模式下具有LVDC→HVDC、HVAC模式，HVDC→LVDC、HVAC模式，HVAC→LVDC、HVDC模式；通过构建系统模型并确定控制变量进而提出基于V/f控制的双环解耦控制策略。本发明的优点是：通过实时采集能源路由器中各端口电气量，并应用恒频恒压的双环控制策略，提高了系统的运行稳定性和能源利用效率。
Description
技术领域
本发明涉及中压交直流混合输电系统领域，具体涉及一种能源路由器及基于该能源路由器的孤岛控制策略。
背景技术
进入21世纪，由于日益紧张的不可再生能源供需问题和环境压力，使可再生能源得到了广泛的关注。
以风力发电和光伏发电为主的分布式发电(DG)成为一次能源的主要替代者，但是由于分布式发电的间歇性以及随机性特征导致其大规模接入电网时会对大电网系统稳定运行构成一定的威胁，从而造成了局部地区出现“弃风弃光”现象，严重阻碍了分布式发电的开发利用。为此，提出了将信息技术与可再生能源技术相结合构建能源互联网，支撑“第三次工业革命”。
以电力电子变压器为核心的能源路由器作为能源互联网的关键装备，直接关系到可再生能源的消纳、电能的灵活高效变换。因此，其运行控制策略具有重要的研究价值和应用前景。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种能源路由器及基于该能源路由器的孤岛控制策略。通过构建系统模型并确定控制变量进而提出基于V/f控制的双环解耦控制策略，可以实现所述能源路由器各端口间的恒压恒频控制，提高了系统运行稳定性，为孤岛运行下的能源路由器控制策略提供了解决方案。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种能源路由器，能源路由器为三相结构，每一相由上、下桥臂经电抗器串联组成，上、下桥臂各由多个隔离型模块化变换器输入串联输出并联组成；
所述能源路由器具有低压直流侧、高压直流侧、高压交流侧三个基本电压端口，可实现各端口间能量互动；
所述能源路由器处于微电网之中，连接微电网与公用电网；所述能源路由器包括新能源发电装置及储能设备；
所述能源路由器孤岛模式下具有三种基本的功率流动方式，具体为LVDC →HVDC、HVAC模式，HVDC→LVDC、HVAC模式，HVAC→LVDC、HVDC 模式；通过构建系统模型并确定控制变量进而提出基于V/f控制的双环解耦控制策略。
优选的，所述新能源发电装置包括以下之一：光伏发电装置、风力发电装置、地热发电装置；所述储能设备包括以下之一：锂电池设备、铅酸蓄电池设备、超级电容器设备。
优选的，所述能源路由器还包括：
数据采集模块：用于采集能量路由器端口实时电气量，其中包括低压直流侧电压幅值VdcL、电流幅值IdcL，高压直流侧电压幅值VdcH、电流幅值IdcL，高压交流侧电压有效值vacrem、电流有效值iacrem以及三相电压相位θ；
数据处理模块：接收数据采集模块发送的实时电气量，对交流量进行Park 变换预处理后，将各端口电压量与用户定义的期望值进行比较，经PI控制器与前馈解耦后产生相应电流量的参考值，将其与实时电流量进行比较，经PI控制器与前馈解耦后，产生控制命令，通过调节直流调制比D和交流调制比d，对系统进行控制；
控制执行模块：接收数据处理模块发送的直流调制比D和交流调制比d，通过移相调压的方法产生脉冲宽度调制信号，并经过驱动装置将脉冲宽度调制信号发送到主动开关管门级控制开关管的开通、关断。
一种基于能源路由器的孤岛控制策略，包括以下步骤：
步骤一：建立所述能源路由器等效数学模型，包括桥臂电压模型、滤波电感电压模型、线路等效电阻电压模型、直流侧支撑电容电流模型；
步骤二：在LVDC→HVDC、HVAC模式下，建立以高压交流侧电感电流为控制量的状态方程、以高压交流侧电容电压为控制量的状态方程和以高压直流侧电容电压为控制量的状态方程；在HVDC→LVDC、HVAC模式下，建立以高压交流侧电感电流为控制量的状态方程、以高压交流侧电容电压为控制量的状态方程和以低压直流侧电容电压为控制量的状态方程；在HVAC→LVDC、HVDC 模式下,建立以高压交流侧电感电流为控制量的状态方程、以低压直流侧电容电压为控制量的状态方程和以高压直流侧电容电压为控制量的状态方程；
步骤三：建立LVDC→HVDC、HVAC模式下各端口控制策略，应用Park 变换矩阵将采集到的交流量从直角坐标系下转换到旋转坐标系下；将高压交流侧电容电压d、q轴分量vd和vq与设定的期望值进行比较产生差值Δvd和Δvq，经过PI控制器后减去耦合量，产生电流期望值，将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量id和iq进行比较产生差值Δid和Δiq，经过PI控制器后减去耦合量，产生高压交流侧调制比命令；将采集到的实时高压直流侧电容电压VdcH与设定的期望值进行比较产生差值Δv，经过PI控制器后产生高压直流侧调制比命令；
步骤四：建立HVDC→LVDC、HVAC模式下各端口控制策略，应用Park 变换矩阵将采集到的交流量从直角坐标系下转换到旋转坐标系下；将高压交流侧电容电压d、q轴分量vd和vq与设定的期望值进行比较产生差值Δvd和Δvq，经过PI控制器后减去耦合量，产生电流期望值，将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量id和iq进行比较产生差值Δid和Δiq，经过PI控制器后减去耦合量，产生高压交流侧调制比命令；将采集到的实时低压直流侧电容电压VdcL与设定的期望值进行比较产生差值Δv，经过PI控制器后产生高压直流侧调制比命令；
步骤五：建立HVAC→LVDC、HVDC模式下各端口控制策略，经锁相环(PLL) 将电网相位锁到d轴，将高压直流侧电容电压vdcH与设定的期望值进行比较产生差值Δvd，经过PI控制器后，产生d轴电流期望值，将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量id和iq进行比较产生差值Δid和Δiq，经过PI控制器后减去耦合量，产生高压直流侧调制比命令；将采集到的实时低压直流侧电容电压VdcL与设定的期望值进行比较产生差值Δv，经过PI控制器后，产生d轴电流期望值，将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量id和iq进行比较产生差值Δid和Δiq，经过PI控制器后减去耦合量，产生低压直流侧调制比命令。
优选的，步骤一中对能源路由器各部分的建模具体为：
1.1桥臂电压模型
其中，viu为第i(i＝a,b,c)相上桥臂电压；vil为第i(i＝a,b,c)相下桥臂电压； n为桥臂中隔离型模块化变换器数量；D为直流调制比；d为交流调制比；VdcL为能源路由器低压直流侧电压；
1.2滤波电感电压模型、桥臂电感电压模型
其中，vLs、vLr分别为滤波电感电压、桥臂电感电压；Ls、Lr分别为滤波电感、桥臂电感电感值；is、ir分别为滤波电感电流、桥臂电感电流；
1.3线路等效电阻电压模型
vl＝rl·il (5)
其中，vl为线路等效电阻电压；rl为线路等效电阻阻值；il为等效电阻电流；
1.4低压直流侧电容电流模型、高压直流侧电容电流模型、高压交流侧电容电流模型
其中，iCdcL、iCdcH、iCac分别为低压直流侧电容电流、高压直流侧电容电流、高压交流侧电容电流；CdcL、CdcH、Cac分别为对应的电容容值；ucdcL、ucdcH、ucac分别为对应电容的电压值。
优选的，步骤二中对能源路由器各部分所列状态方程具体为：
2.1LVDC→HVDC、HVAC模式
结合基尔霍夫定律和公式(1)(2)，对所述能源路由器高压交流侧列KVL、KCL 方程，可得如下关系：
其中，ii(i＝a,b,c)为三相交流电流；ui为三相交流电压；di为第i相交流调制比；L＝(Ls+Lr/2)，rl为线路等效电阻；Cac为交流侧电容；rac为交流负载；
由基尔霍夫电流定律可知，高压直流侧KCL方程为：
其中，VdcH为高压直流侧电压值；CdcH为高压直流侧电容；idcH为高压直流侧电流值；rdcH为高压直流侧负载；
2.2HVDC→LVDC、HVAC模式
结合基尔霍夫定律和公式(1)(2)对所述能源路由器高压交流侧列KVL、KCL 方程，可得如下关系：
其中，Di为第i相直流调制比；
由基尔霍夫电流定律可知，高压直流侧KCL方程为：
2.3 HVAC→LVDC、HVDC模式
结合基尔霍夫定律，对所述能源路由器高压直流侧列KVL、KCL方程，可得如下关系，
结合基尔霍夫定律，对所述能源路由器低压直流侧列KVL、KCL方程，可得如下关系，
优选的，步骤三中LVDC→HVDC、HVAC模式下控制策略具体为：
应用Park变换矩阵Tdq0/abc将公式(9)从直角坐标系下转换到旋转坐标系下，并将方程转化到S域下可得
应用Park变换矩阵Tdq0/abc将公式(10)从直角坐标系下转换到旋转坐标系下，并将方程转化到S域下可得
设置采样环节的传递函数为
脉冲宽度调制(pwm)环节传递函数为
加入前馈量ud和iqwl，按Ⅰ型系统设计，则高压交流侧电流内环的开环传递函数为
其中τ＝L/rl，
加入电压外环后，加入前馈量uqwl，在开关频率较高时，总的开环传递函数为
高压直流侧电压环为
优选的，步骤四中HVDC→LVDC、HVAC模式下控制策略具体为：
应用Park变换矩阵Tdq0/abc将公式(12)从直角坐标系下转换到旋转坐标系下，并将方程转化到S域下可得
应用Park变换矩阵Tdq0/abc将公式(13)从直角坐标系下转换到旋转坐标系下，并将方程转化到S域下可得
设置采样环节的传递函数为
脉冲宽度调制(pwm)环节传递函数为
加入前馈量ud和iqwl，按Ⅰ型系统设计，则高压交流侧电流内环的开环传递函数为
其中τ＝L/rl，
加入电压外环后，加入前馈量uqwl，在开关频率较高时，总的开环传递函数为
低压直流侧电压环为
优选的，步骤五中HVAC→LVDC、HVDC模式下控制策略具体为：
对应用Park变换矩阵Tdq0/abc将公式(15)(17)从直角坐标系下转换到旋转坐标系下，并将方程转化到S域下可得
经锁相环(PLL)将三相交流电网电位锁相到d轴，经公式(23)(24)，加入前馈量idwl、iqwl可得系统传递函数。
与现有技术相比，本发明的优点是：通过实时采集能源路由器中各端口电气量，并应用恒频恒压的双环控制策略，提高了系统的运行稳定性和能源利用效率。
附图说明
图1为本发明的能源路由器及其采样点；
图2为本发明中能源路由器LVDC→HVDC、HVAC模式下对HVAC的控制框图；
图3为本发明中能源路由器LVDC→HVDC、HVAC模式下对LVDC的控制框图；
图4为本发明中能源路由器HVDC→LVDC、HVAC模式下对HVAC的控制框图；
图5为本发明中能源路由器HVDC→LVDC、HVAC模式下对LVDC的控制框图；
图6为本发明中能源路由器HVAC→LVDC、HVDC模式下对HVDC的控制框图；
图7为本发明中能源路由器HVAC→LVDC、HVDC模式下对LVDC的控制框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
一种能源路由器，能源路由器为三相结构，每一相由上、下桥臂经电抗器串联组成，上、下桥臂各由多个隔离型模块化变换器输入串联输出并联组成；
所述能源路由器具有低压直流侧、高压直流侧、高压交流侧三个基本电压端口，可实现各端口间能量互动；
所述能源路由器处于微电网之中，连接微电网与公用电网；所述能源路由器包括新能源发电装置及储能设备；
所述能源路由器孤岛模式下具有三种基本的功率流动方式，具体为LVDC →HVDC、HVAC模式，HVDC→LVDC、HVAC模式，HVAC→LVDC、HVDC 模式；通过构建系统模型并确定控制变量进而提出基于V/f控制的双环解耦控制策略。
所述新能源发电装置包括以下之一：光伏发电装置、风力发电装置、地热发电装置；所述储能设备包括以下之一：锂电池设备、铅酸蓄电池设备、超级电容器设备。
所述能源路由器还包括：
数据采集模块：用于采集能量路由器端口实时电气量，其中包括低压直流侧电压幅值VdcL、电流幅值IdcL，高压直流侧电压幅值VdcH、电流幅值IdcL，高压交流侧电压有效值vacrem、电流有效值iacrem以及三相电压相位θ；
数据处理模块：接收数据采集模块发送的实时电气量，对交流量进行Park 变换预处理后，将各端口电压量与用户定义的期望值进行比较，经PI控制器与前馈解耦后产生相应电流量的参考值，将其与实时电流量进行比较，经PI控制器与前馈解耦后，产生控制命令，通过调节直流调制比D和交流调制比d，对系统进行控制；
控制执行模块：接收数据处理模块发送的直流调制比D和交流调制比d，通过移相调压的方法产生脉冲宽度调制信号，并经过驱动装置将脉冲宽度调制信号发送到主动开关管门级控制开关管的开通、关断。
一种基于能源路由器的孤岛控制策略，包括以下步骤：
步骤一：建立所述能源路由器等效数学模型，包括桥臂电压模型、滤波电感电压模型、线路等效电阻电压模型、直流侧支撑电容电流模型；
对能源路由器各部分的建模具体为：
1.1桥臂电压模型
其中，viu为第i(i＝a,b,c)相上桥臂电压；vil为第i(i＝a,b,c)相下桥臂电压；n为桥臂中隔离型模块化变换器数量；D为直流调制比；d为交流调制比；VdcL为能源路由器低压直流侧电压；
1.2滤波电感电压模型、桥臂电感电压模型
其中，vLs、vLr分别为滤波电感电压、桥臂电感电压；Ls、Lr分别为滤波电感、桥臂电感电感值；is、ir分别为滤波电感电流、桥臂电感电流；
1.3线路等效电阻电压模型
vl＝rl·il (5)
其中，vl为线路等效电阻电压；rl为线路等效电阻阻值；il为等效电阻电流；
1.4低压直流侧电容电流模型、高压直流侧电容电流模型、高压交流侧电容电流模型
其中，iCdcL、iCdcH、iCac分别为低压直流侧电容电流、高压直流侧电容电流、高压交流侧电容电流；CdcL、CdcH、Cac分别为对应的电容容值；ucdcL、ucdcH、ucac分别为对应电容的电压值。
步骤二：在LVDC→HVDC、HVAC模式下，建立以高压交流侧电感电流为控制量的状态方程、以高压交流侧电容电压为控制量的状态方程和以高压直流侧电容电压为控制量的状态方程；在HVDC→LVDC、HVAC模式下，建立以高压交流侧电感电流为控制量的状态方程、以高压交流侧电容电压为控制量的状态方程和以低压直流侧电容电压为控制量的状态方程；在HVAC→LVDC、HVDC 模式下,建立以高压交流侧电感电流为控制量的状态方程、以低压直流侧电容电压为控制量的状态方程和以高压直流侧电容电压为控制量的状态方程；
对能源路由器各部分所列状态方程具体为：
2.1 LVDC→HVDC、HVAC模式
结合基尔霍夫定律和公式(1)(2)，对所述能源路由器高压交流侧列KVL、KCL 方程，可得如下关系：
其中，ii(i＝a,b,c)为三相交流电流；ui为三相交流电压；di为第i相交流调制比；L＝(Ls+Lr/2)，rl为线路等效电阻；Cac为交流侧电容；rac为交流负载；
由基尔霍夫电流定律可知，高压直流侧KCL方程为：
其中，VdcH为高压直流侧电压值；CdcH为高压直流侧电容；idcH为高压直流侧电流值；rdcH为高压直流侧负载；
2.2 HVDC→LVDC、HVAC模式
结合基尔霍夫定律和公式(1)(2)对所述能源路由器高压交流侧列KVL、KCL 方程，可得如下关系：
其中，Di为第i相直流调制比；
由基尔霍夫电流定律可知，高压直流侧KCL方程为：
2.3 HVAC→LVDC、HVDC模式
结合基尔霍夫定律，对所述能源路由器高压直流侧列KVL、KCL方程，可得如下关系，
结合基尔霍夫定律，对所述能源路由器低压直流侧列KVL、KCL方程，可得如下关系，
步骤三：建立LVDC→HVDC、HVAC模式下各端口控制策略，应用Park 变换矩阵将采集到的交流量从直角坐标系下转换到旋转坐标系下；将高压交流侧电容电压d、q轴分量vd和vq与设定的期望值进行比较产生差值Δvd和Δvq，经过PI控制器后减去耦合量，产生电流期望值，将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量id和iq进行比较产生差值Δid和Δiq，经过PI控制器后减去耦合量，产生高压交流侧调制比命令；将采集到的实时高压直流侧电容电压VdcH与设定的期望值进行比较产生差值Δv，经过PI控制器后产生高压直流侧调制比命令；
LVDC→HVDC、HVAC模式下控制策略具体为：
应用Park变换矩阵Tdq0/abc将公式(9)从直角坐标系下转换到旋转坐标系下，并将方程转化到S域下可得
应用Park变换矩阵Tdq0/abc将公式(10)从直角坐标系下转换到旋转坐标系下，并将方程转化到S域下可得
设置采样环节的传递函数为
脉冲宽度调制(pwm)环节传递函数为
加入前馈量ud和iqwl，按Ⅰ型系统设计，则高压交流侧电流内环的开环传递函数为
其中τ＝L/rl，
加入电压外环后，加入前馈量uqwl，在开关频率较高时，总的开环传递函数为
高压直流侧电压环为
步骤四：建立HVDC→LVDC、HVAC模式下各端口控制策略，应用Park 变换矩阵将采集到的交流量从直角坐标系下转换到旋转坐标系下；将高压交流侧电容电压d、q轴分量vd和vq与设定的期望值进行比较产生差值Δvd和Δvq，经过PI控制器后减去耦合量，产生电流期望值，将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量id和iq进行比较产生差值Δid和Δiq，经过PI控制器后减去耦合量，产生高压交流侧调制比命令；将采集到的实时低压直流侧电容电压VdcL与设定的期望值进行比较产生差值Δv，经过PI控制器后产生高压直流侧调制比命令；
HVDC→LVDC、HVAC模式下控制策略具体为：
应用Park变换矩阵Tdq0/abc将公式(12)从直角坐标系下转换到旋转坐标系下，并将方程转化到S域下可得
应用Park变换矩阵Tdq0/abc将公式(13)从直角坐标系下转换到旋转坐标系下，并将方程转化到S域下可得
设置采样环节的传递函数为
脉冲宽度调制(pwm)环节传递函数为
加入前馈量ud和iqwl，按Ⅰ型系统设计，则高压交流侧电流内环的开环传递函数为
其中τ＝L/rl，
加入电压外环后，加入前馈量uqwl，在开关频率较高时，总的开环传递函数为
低压直流侧电压环为
步骤五：建立HVAC→LVDC、HVDC模式下各端口控制策略，经锁相环(PLL) 将电网相位锁到d轴，将高压直流侧电容电压vdcH与设定的期望值进行比较产生差值Δvd，经过PI控制器后，产生d轴电流期望值，将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量id和iq进行比较产生差值Δid和Δiq，经过PI控制器后减去耦合量，产生高压直流侧调制比命令；将采集到的实时低压直流侧电容电压VdcL与设定的期望值进行比较产生差值Δv，经过PI控制器后，产生d轴电流期望值，将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量id和iq进行比较产生差值Δid和Δiq，经过PI控制器后减去耦合量，产生低压直流侧调制比命令。
HVAC→LVDC、HVDC模式下控制策略具体为：
对应用Park变换矩阵Tdq0/abc将公式(15)(17)从直角坐标系下转换到旋转坐标系下，并将方程转化到S域下可得
经锁相环(PLL)将三相交流电网电位锁相到d轴，经公式(23)(24)，加入前馈量idwl、iqwl可得系统传递函数。
图1给出本发明实例的能源路由器及其采样点。其中，所述能源路由器具有低压直流侧、高压直流侧、高压交流侧等三个基本电压端口；所述能源路由器具有数据采集模块、数据处理模块以及控制执行模块；
其中，数据采集模块用于采集能量路由器端口实时电气量，包括低压直流侧电压幅值VdcL、电流幅值IdcL，高压直流侧电压幅值VdcH、电流幅值IdcL，高压交流侧电压有效值vacrem、电流有效值iacrem以及交流频率f。数据处理模块用于接收数据采集模块发送的实时电气量，对交流量进行Park变换预处理后，将各端口电压量与用户定义的期望值进行比较，经PI控制器与前馈解耦后产生相应电流量的参考值，将其与实时电流量进行比较，经PI控制器与前馈解耦后，产生控制命令，通过调节直流调制比D和交流调制比d，对系统进行控制。控制执行模块用于接收数据处理模块发送的直流调制比D和交流调制比d，通过移相调压的方法方法产生脉冲宽度调制(PWM)信号，并经过驱动装置将PWM信号发送到主动开关管门级控制开关管的开通、关断。
如图2所示：应用Park变换矩阵将采集到的交流量从直角坐标系下转换到旋转坐标系下；将高压交流侧电容电压d、q轴分量vd和vq与设定的期望值进行比较产生差值Δvd和Δvq，经过PI控制器后减去耦合量，产生电流期望值。将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量id和iq进行比较产生差值Δid和Δiq，经过PI控制器后减去耦合量，产生高压交流侧调制比命令。
如图3所示：将采集到的实时高压直流侧电容电压VdcH与设定的期望值进行比较产生差值Δv，经过PI控制器后产生高压直流侧调制比命令。
如图4所示：应用Park变换矩阵将采集到的交流量从直角坐标系下转换到旋转坐标系下；将高压交流侧电容电压d、q轴分量vd和vq与设定的期望值进行比较产生差值Δvd和Δvq，经过PI控制器后减去耦合量，产生电流期望值。将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量id和iq进行比较产生差值Δid和Δiq，经过PI控制器后减去耦合量，产生高压交流侧调制比命令。
如图5所示：将采集到的实时低压直流侧电容电压VdcL与设定的期望值进行比较产生差值Δv，经过PI控制器后产生高压直流侧调制比命令。
如图6所示：将高压直流侧电容电压vdcH与设定的期望值进行比较产生差值Δvd，经过PI控制器后，产生d轴电流期望值。将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量id和iq进行比较产生差值Δid和Δiq，经过PI控制器后减去耦合量，产生高压直流侧调制比命令。
如图7所示，将采集到的实时低压直流侧电容电压VdcL与设定的期望值进行比较产生差值Δv，经过PI控制器后，产生d轴电流期望值。将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量id和iq进行比较产生差值Δid和Δiq，经过 PI控制器后减去耦合量，产生低压直流侧调制比命令。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (4)
1.一种基于能源路由器的孤岛控制策略，能源路由器为三相结构，每一相由上、下桥臂经电抗器串联组成，上、下桥臂各由多个隔离型模块化变换器输入串联输出并联组成；
所述能源路由器具有低压直流侧、高压直流侧、高压交流侧三个基本电压端口，可实现各端口间能量互动；
所述能源路由器处于微电网之中，连接微电网与公用电网；所述能源路由器包括新能源发电装置及储能设备；
所述能源路由器孤岛模式下具有三种基本的功率流动方式，具体为LVDC→HVDC、HVAC模式，HVDC→LVDC、HVAC模式，HVAC→LVDC、HVDC模式；通过构建系统模型并确定控制变量进而提出基于V/f控制的双环解耦控制策略；其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：建立所述能源路由器等效数学模型，包括桥臂电压模型、滤波电感电压模型、线路等效电阻电压模型、直流侧支撑电容电流模型；
步骤二：在LVDC→HVDC、HVAC模式下，建立以高压交流侧电感电流为控制量的状态方程、以高压交流侧电容电压为控制量的状态方程和以高压直流侧电容电压为控制量的状态方程；在HVDC→LVDC、HVAC模式下，建立以高压交流侧电感电流为控制量的状态方程、以高压交流侧电容电压为控制量的状态方程和以低压直流侧电容电压为控制量的状态方程；在HVAC→LVDC、HVDC模式下,建立以高压交流侧电感电流为控制量的状态方程、以低压直流侧电容电压为控制量的状态方程和以高压直流侧电容电压为控制量的状态方程；
步骤三：建立LVDC→HVDC、HVAC模式下各端口控制策略，应用Park变换矩阵将采集到的交流量从直角坐标系下转换到旋转坐标系下；将高压交流侧电容电压d、q轴分量vd和vq与设定的期望值进行比较产生差值Δvd和Δvq，经过PI控制器后减去耦合量，产生电流期望值，将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量id和iq进行比较产生差值Δid和Δiq，经过PI控制器后减去耦合量，产生高压交流侧调制比命令；将采集到的实时高压直流侧电容电压VdcH与设定的期望值进行比较产生差值Δv，经过PI控制器后产生高压直流侧调制比命令；
步骤四：建立HVDC→LVDC、HVAC模式下各端口控制策略，应用Park变换矩阵将采集到的交流量从直角坐标系下转换到旋转坐标系下；将高压交流侧电容电压d、q轴分量vd和vq与设定的期望值进行比较产生差值Δvd和Δvq，经过PI控制器后减去耦合量，产生电流期望值，将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量id和iq进行比较产生差值Δid和Δiq，经过PI控制器后减去耦合量，产生高压交流侧调制比命令；将采集到的实时低压直流侧电容电压VdcL与设定的期望值进行比较产生差值Δv，经过PI控制器后产生高压直流侧调制比命令；
步骤五：建立HVAC→LVDC、HVDC模式下各端口控制策略，经锁相环(PLL)将电网相位锁到d轴，将高压直流侧电容电压vdcH与设定的期望值进行比较产生差值Δvd，经过PI控制器后，产生d轴电流期望值，将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量id和iq进行比较产生差值Δid和Δiq，经过PI控制器后减去耦合量，产生高压直流侧调制比命令；将采集到的实时低压直流侧电容电压VdcL与设定的期望值进行比较产生差值Δv，经过PI控制器后，产生d轴电流期望值，将上述电流期望值与高压交流侧电感电流d、q轴分量id和iq进行比较产生差值Δid和Δiq，经过PI控制器后减去耦合量，产生低压直流侧调制比命令；
步骤一中对能源路由器各部分的建模具体为：
1.1桥臂电压模型
其中，viu为第i(i＝a,b,c)相上桥臂电压；vil为第i(i＝a,b,c)相下桥臂电压；n为桥臂中隔离型模块化变换器数量；D为直流调制比；d为交流调制比；VdcL为能源路由器低压直流侧电压；
1.2滤波电感电压模型、桥臂电感电压模型
其中，vLs、vLr分别为滤波电感电压、桥臂电感电压；Ls、Lr分别为滤波电感、桥臂电感电感值；is、ir分别为滤波电感电流、桥臂电感电流；
1.3线路等效电阻电压模型
vl＝rl·il (5)
其中，vl为线路等效电阻电压；rl为线路等效电阻阻值；il为等效电阻电流；
1.4低压直流侧电容电流模型、高压直流侧电容电流模型、高压交流侧电容电流模型
其中，iCdcL、iCdcH、iCac分别为低压直流侧电容电流、高压直流侧电容电流、高压交流侧电容电流；CdcL、CdcH、Cac分别为对应的电容容值；ucdcL、ucdcH、ucac分别为对应电容的电压值；
步骤二中对能源路由器各部分所列状态方程具体为：
2.1 LVDC→HVDC、HVAC模式
结合基尔霍夫定律和公式(1)(2)，对所述能源路由器高压交流侧列KVL、KCL方程，可得如下关系：
其中，ii(i＝a,b,c)为三相交流电流；di为第i相交流调制比；L＝(Ls+Lr/2)，rl为线路等效电阻；Cac为交流侧电容；rac为交流负载；
由基尔霍夫电流定律可知，高压直流侧KCL方程为：
其中，VdcH为高压直流侧电压值；CdcH为高压直流侧电容；idcH为高压直流侧电流值；rdcH为高压直流侧负载；
2.2 HVDC→LVDC、HVAC模式
结合基尔霍夫定律和公式(1)(2)对所述能源路由器高压交流侧列KVL、KCL方程，可得如下关系：
其中，Di为第i相直流调制比；
由基尔霍夫电流定律可知，高压直流侧KCL方程为：
2.3 HVAC→LVDC、HVDC模式
结合基尔霍夫定律，对所述能源路由器高压直流侧列KVL、KCL方程，可得如下关系，
结合基尔霍夫定律，对所述能源路由器低压直流侧列KVL、KCL方程，可得如下关系，
2.如权利要求1所述的一种基于能源路由器的孤岛控制策略，其特征在于，步骤三中LVDC→HVDC、HVAC模式下控制策略具体为：
应用Park变换矩阵Tdq0/abc将公式(9)从直角坐标系下转换到旋转坐标系下，并将方程转化到S域下可得
应用Park变换矩阵Tdq0/abc将公式(10)从直角坐标系下转换到旋转坐标系下，并将方程转化到S域下可得
设置采样环节的传递函数为
脉冲宽度调制(pwm)环节传递函数为
加入前馈量ud和iqwl，按Ⅰ型系统设计，则高压交流侧电流内环的开环传递函数为
其中
加入电压外环后，加入前馈量uqwl，在开关频率较高时，总的开环传递函数为
高压直流侧电压环为
3.如权利要求1所述的一种基于能源路由器的孤岛控制策略，其特征在于，步骤四中HVDC→LVDC、HVAC模式下控制策略具体为：
应用Park变换矩阵Tdq0/abc将公式(12)从直角坐标系下转换到旋转坐标系下，并将方程转化到S域下可得
应用Park变换矩阵Tdq0/abc将公式(13)从直角坐标系下转换到旋转坐标系下，并将方程转化到S域下可得
设置采样环节的传递函数为
脉冲宽度调制(pwm)环节传递函数为
加入前馈量ud和iqwl，按Ⅰ型系统设计，则高压交流侧电流内环的开环传递函数为
其中
加入电压外环后，加入前馈量uqwl，在开关频率较高时，总的开环传递函数为
低压直流侧电压环为
4.如权利要求1所述的一种基于能源路由器的孤岛控制策略，其特征在于，步骤五中HVAC→LVDC、HVDC模式下控制策略具体为：
对应用Park变换矩阵Tdq0/abc将公式(15)(17)从直角坐标系下转换到旋转坐标系下，并将方程转化到S域下可得
经锁相环(PLL)将三相交流电网电位锁相到d轴，经公式(23)(24)，加入前馈量idwl、iqwl可得系统传递函数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811623223.8A CN109830995B (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 一种基于能源路由器的孤岛控制策略 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811623223.8A CN109830995B (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 一种基于能源路由器的孤岛控制策略 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109830995A CN109830995A (zh) | 2019-05-31 |
| CN109830995B true CN109830995B (zh) | 2021-03-02 |
Family
ID=66861173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811623223.8A Active CN109830995B (zh) | 2018-12-28 | 2018-12-28 | 一种基于能源路由器的孤岛控制策略 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109830995B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110401231B (zh) * | 2019-07-25 | 2023-01-03 | 东北大学 | 多端口能源路由器自-互-群多层次稳定辨识与回稳方法 |
| CN111865120B (zh) * | 2020-05-23 | 2023-07-07 | 青岛鼎信通讯股份有限公司 | 一种基于串联数字化稳压器的能量路由器交流侧调制方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015200931A1 (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-30 | Gridbridge, Inc. | Versatile site energy router |
| CN107017638A (zh) * | 2017-05-23 | 2017-08-04 | 杭州电子科技大学 | 一种适用于配电网的多端口多母线电能路由器拓扑结构 |
| CN107134926A (zh) * | 2017-04-20 | 2017-09-05 | 清华大学 | 一种模块化的电能路由器组合电路 |
| CN107846164A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-03-27 | 东南大学 | 基于mmc的电机驱动系统及其离散控制方法 |
| CN108155825A (zh) * | 2018-01-26 | 2018-06-12 | 东北电力大学 | 隔离型模块化多电平变换器 |
| CN108847777A (zh) * | 2018-07-16 | 2018-11-20 | 东北电力大学 | 基于高频链技术的隔离型模块化级联变换器 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN204794125U (zh) * | 2015-06-23 | 2015-11-18 | 国家电网公司 | 新型架构能源互联网系统 |
| CN106655267B (zh) * | 2016-12-26 | 2019-08-16 | 上海电力学院 | 一种考虑多微网互动的能源局域网及控制方法 |
| CN106602564B (zh) * | 2017-01-18 | 2019-12-13 | 国家电网公司 | 一种用于家庭配电系统的能源路由器 |
-
2018
- 2018-12-28 CN CN201811623223.8A patent/CN109830995B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015200931A1 (en) * | 2014-06-23 | 2015-12-30 | Gridbridge, Inc. | Versatile site energy router |
| CN107134926A (zh) * | 2017-04-20 | 2017-09-05 | 清华大学 | 一种模块化的电能路由器组合电路 |
| CN107017638A (zh) * | 2017-05-23 | 2017-08-04 | 杭州电子科技大学 | 一种适用于配电网的多端口多母线电能路由器拓扑结构 |
| CN107846164A (zh) * | 2017-11-09 | 2018-03-27 | 东南大学 | 基于mmc的电机驱动系统及其离散控制方法 |
| CN108155825A (zh) * | 2018-01-26 | 2018-06-12 | 东北电力大学 | 隔离型模块化多电平变换器 |
| CN108847777A (zh) * | 2018-07-16 | 2018-11-20 | 东北电力大学 | 基于高频链技术的隔离型模块化级联变换器 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 基于状态反馈解耦控制的MMC-HVDC系统控制策略研究;辛业春等;《电测与仪表》;20151025;第52卷(第20期);全文 * |
| 基于电压电流双环解耦电压型逆变器控制的研究;庄岩等;《电气开关》;20110831(第4期);第15-20页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109830995A (zh) | 2019-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102611138B (zh) | 一种无延时的单相光伏并网功率调节方法 | |
| Zhang et al. | Active power reserve photovoltaic virtual synchronization control technology | |
| CN110086200B (zh) | 一种孤岛模式下混合串并联微电网的协调控制方法 | |
| CN106877371B (zh) | 一种具有储能功能的模块化多电平变流器的控制方法 | |
| CN105871242B (zh) | 单相双向变流器控制系统 | |
| CN104538982A (zh) | 基于模块化多电平拓扑结构的分布式储能系统的控制方法 | |
| CN111668867A (zh) | 一种风电场经vsc-hvdc系统并网的无源滑模控制方法 | |
| CN103107548B (zh) | Pcs有功无功控制系统及控制方法 | |
| CN111224416B (zh) | 基于soc均衡的级联型储能变换器并联控制方法及系统 | |
| CN109830995B (zh) | 一种基于能源路由器的孤岛控制策略 | |
| Baltacı et al. | Design and experimental validation of an artificial neural network-SVPWM controller for a novel micro grid-tied fuel cell-based 3-phase boost inverter | |
| CN113991715A (zh) | 非理想电网下中压直挂不对称混合储能系统控制方法 | |
| CN108400720B (zh) | 交错反激式逆变器控制方法及控制电路、电源系统 | |
| CN112701727A (zh) | 一种基于半周期重复控制的模拟电池并网电流控制策略 | |
| Lin et al. | The grid connected converter control of multi-terminal DC system for wind farms | |
| CN115764912A (zh) | 一种兼顾稳定性和主动支撑的构网型svg控制方法 | |
| Pan et al. | Fractional-order sliding mode control strategy for quasi-Z source photovoltaic grid-connected inverter | |
| CN114825572A (zh) | 基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统、控制方法、控制器及工作方法 | |
| BHAVANI et al. | An ultra-capacitor integrated dynamic voltage restorer for power quality enhancement in a three-phase distribution system using an adaptive neuro-fuzzy interference system controller | |
| CN116760039B (zh) | 节点类型扩展的交直流潮流计算方法、系统、设备及介质 | |
| CN114021513B (zh) | 单相变流器的非线性虚拟振荡器能量成型控制方法 | |
| Omar et al. | Design of a Novel Synchronized Transition Control and Processor in the Loop Validation with TI C2000 DSP TMS320F28335 for Microgrid Operations | |
| Li et al. | Wind-solar-storage hybrid micro grid control strategy based on SVPWM converter | |
| CN112751331B (zh) | 低压大功率光伏制氢电源装置及控制方法 | |
| Mshkil et al. | An efficient hybrid photovoltaic battery power system based grid-connected applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |