CN115173402A - 低压台区储能dstatcom电能质量多目标控制器 - Google Patents

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CN115173402A CN202210786115.2A CN202210786115A CN115173402A CN 115173402 A CN115173402 A CN 115173402A CN 202210786115 A CN202210786115 A CN 202210786115A CN 115173402 A CN115173402 A CN 115173402A
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周卓
李巍威
张晓煜
刘天慈
贾耀坤
吕国勇
邓海伟
张�荣
熊枫
何舟
张娣
熊一帆
张登旭
邹明继
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Abstract

本发明实施例提供一种低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器，正序控制器基于低通滤波器实现对光伏波动有功的平滑控制，同时在出现大量有功反向潮流时避免电压越限；负序控制环基于虚拟复导纳实现对公共点电压三相不平衡的补偿，同时通过推导出最优导纳角对储能DSTATCOM输出的负序补偿电流进行优化；引入了自抗扰技术，通过建立二阶的扩张状态观测器对电流控制系统中的扰动进行估计，并在电流控制回路中进行补偿从而有效的改善电流控制内环的抗扰能力与动态性能；通过发挥储能DSTATCOM的灵活补偿能力，可降低分布式光伏电源出力的不确定性对低压台区电压稳定性的影响，同时有效治理公共点处三相不平衡度。

Description

低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器
技术领域
本发明实施例涉及配电网电能质量治理技术领域，尤其涉及一种低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器。
背景技术
新能源、单相负荷等规模化接入配电网会造成电压波动、电压越限、三相不平衡等多重电能质量问题。低压台区通常处于配电线路的末端，上述电能质量问题更为凸显。低压静止同步补偿器(即DSTATCOM)是广泛用到的配电网电能质量补偿设备，但常规DSTATCOM通常只具备无功补偿功能，无法提供有功功率补偿。由于低压配电线路主要呈现电阻特性，节点电压主要受有功功率影响，因此基于无功补偿的传统DSTATCOM电压调整能力下降。另外，风电、光伏等新能源有功出力具有明显的波动特性，也需要配备具有一定有功补偿能力的电能质量治理设备进行有功波动分量的平滑。
发明内容
本发明实施例提供一种低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器，实现储能DSTATCOM综合提升含分布式光伏低压台区电能质量。
本发明实施例提供一种低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器，包括逆变器、储能系统、调制模块、正序控制模块和负序控制模块：
所述储能系统与所述逆变器直流侧相连，所述储能系统用于为所述逆变器提供稳定的直流电压以及有功能量；
所述逆变器用于将储能系统的直流电转换为交流电；
所述正序控制模块，用于输出正序电压调制信号，以控制储能型DSTATCOM进行光伏出力平滑控制以及公共点处电压的限幅控制；
所述负序控制模块，用于输出负序电压调制信号，以控制储能DSTATCOM进行公共点电压三相不平衡补偿；
所述调制模块用于将正、负序电压叠加信号与载波比较，输出PWM脉冲，控制逆变器输出正确的交流电压。
作为优选的，所述负序控制模块用于采集分离出公共点处负序电压分量，并将负序电压分量乘以虚拟复导纳，得到负序补偿电流参考指令。
作为优选的，所述虚拟复导纳模是通过将公共点电压不平衡度与电压不平衡度补偿目标最差并通过PI控制器跟踪补偿后输出得到。
作为优选的，所述负序补偿电流参考指令为：
Figure BDA0003728475050000021
上式中，
Figure BDA0003728475050000022
为公共连接点PCC负序电压相量，
Figure BDA0003728475050000023
为储能型DSTATCOM负序补偿电流相量参考指令，Y为虚拟导纳模，
Figure BDA0003728475050000024
为虚拟导纳角，j为虚数单位。
作为优选的，所述虚拟导纳角
Figure BDA0003728475050000025
为：
Figure BDA0003728475050000026
上式中，Xg和Rg分别为线路阻抗的电抗和电阻。
作为优选的，所述正序控制环的有功参考总指令包括用于光伏出力中高频波动分量平抑的有功补偿量和用于电压限幅控制的有功补偿量。
作为优选的，所述有功参考总指令为：
Figure BDA0003728475050000027
上式中，
Figure BDA0003728475050000028
正序控制模块的有功参考总指令，
Figure BDA0003728475050000029
为光伏出力高频波动分量有功补偿参考，
Figure BDA00037284750500000210
为电压限幅控制有功补偿参考，Tf为滤波时间常数，
Figure BDA00037284750500000211
为光伏电源输出的正序有功，s为拉普拉斯算子。
作为优选的，所述正序控制模块和负序控制模块基于自抗扰方法建立d轴电流内环、q轴电流内环。
本发明实施例提供的一种低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器，正序控制器基于低通滤波器实现对波动有功的平滑控制，同时在出现大量有功反向潮流时避免电压越限；负序控制环基于虚拟复导纳实现对公共点电压三相不平衡的补偿，同时通过推导出最优导纳角对储能DSTATCOM输出的负序补偿电流进行优化；引入了自抗扰技术，通过建立二阶的扩张状态观测器对电流控制系统中的扰动进行估计，并在电流控制回路中进行补偿从而有效的改善电流控制内环的抗扰能力与动态性能；通过发挥储能DSTATCOM的灵活补偿能力，可降低分布式光伏电源不确定出力对低压台区电压稳定性的影响，同时有效治理公共点处三相不平衡度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为根据本发明实施例的低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器控制框图；
图2为根据本发明实施例的含光伏与储能STATCOM的低压台区拓扑结构图；
图3为根据本发明实施例的储能DSTATCOM补偿前与补偿后光伏电源并网有功功率示意图；
图4为根据本发明实施例的低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器下的储能DSTATCOM输出有功响应图；
图5为根据本发明实施例的储能DSTATCOM的输出有功功率波形图；
图6为根据本发明实施例的公共点电压不平衡度的变化曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
本申请实施例中的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列部件或单元的系统、产品或设备没有限定于已列出的部件或单元，而是可选地还包括没有列出的部件或单元，或可选地还包括对于这些产品或设备固有的其它部件或单元。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
由于储能具备一定有功储存能力，且随着成本进一步地得到控制，储能被越来越多地应用至当今电力系统中。因此，可在DSTATCOM的直流侧加装储能系统从而使DSTATCOM具备有功、无功的四象限调节能力。
因此，本发明实施例提供一种低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器，充分发挥储能DSTATCOM的有功补偿能力，实现储能DSTATCOM综合提升含分布式光伏低压台区电能质量。以下将通过多个实施例进行展开说明和介绍。
图1为本发明实施例提供一种低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器，包括逆变器、储能系统、调制模块、正序控制模块和负序控制模块：
所述储能系统与所述逆变器直流侧相连，所述储能系统用于为所述逆变器提供稳定的直流电压以及有功能量；
所述正序控制模块与负序控制模块相互独立，输出各自的调制电压信号；
所述逆变器用于将储能系统的直流电转换为交流电；
所述正序控制模块，用于输出正序电压调制信号；
所述负序控制模块，用于输出负序电压调制信号；
所述调制模块用于将正、负序电压叠加信号与载波比较，输出PWM脉冲，控制逆变器输出正确的交流电压。
图1中，
Figure BDA0003728475050000051
为正序控制环的有功参考总指令、
Figure BDA0003728475050000052
为正序控制环的无功参考总指令，
Figure BDA0003728475050000053
为储能DSTATCOM输出正序有功，
Figure BDA0003728475050000054
为正序d、q轴参考电流，
Figure BDA0003728475050000055
分别为正、负序电压调制信号，
Figure BDA0003728475050000056
为公共点负序d、q轴电压，
Figure BDA0003728475050000057
分别为负序d、q轴参考电流，us,abc为叠加后的电压调制信号，正序控制模块和负序控制模块中，d、q轴电流内环引入了自抗扰技术，以改善电流内环的动态性能与抗扰性能，正序控制模块用于光伏出力平滑控制，并且在光伏出力较大时防止出现电压越限的问题。所述正序控制环的有功参考总指令由两部分组成，一部分是用于光伏出力中的高频波动分量平抑的有功补偿量，一部分是用于电压限幅控制的有功补偿量。
所述有功参考总指令为：
Figure BDA0003728475050000058
上式中，
Figure BDA0003728475050000059
正序控制模块的有功参考总指令，
Figure BDA00037284750500000510
为光伏出力高频波动分量有功补偿参考，
Figure BDA00037284750500000511
为电压限幅控制有功补偿参考，Tf为滤波时间常数，
Figure BDA00037284750500000512
为光伏电源输出的正序有功，s为拉普拉斯算子。
所述负序控制模块，用于控制储能DSTATCOM输出负序补偿电流，从而改善公共点电压三相不平衡度。负序补偿电流参考指令通过采集与分离出公共点处负序电压分量，并将其乘以虚拟复导纳获得。
在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述负序补偿电流参考指令为：
Figure BDA00037284750500000513
上式中，
Figure BDA00037284750500000514
为公共连接点PCC负序电压相量，
Figure BDA00037284750500000515
为储能型DSTATCOM负序补偿电流相量参考指令，Y为虚拟导纳模，
Figure BDA00037284750500000517
为虚拟导纳角，j为虚数单位。
在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，所述虚拟复导纳模是通过将公共点电压不平衡度与电压不平衡度补偿目标最差并通过PI控制器跟踪补偿后输出得到，所述的虚拟复导纳角
Figure BDA00037284750500000516
可依据线路阻抗进行优化，其选取依据如下：
Figure BDA0003728475050000061
上式中，Xg和Rg分别为线路阻抗的电抗和电阻。
上述实施例中，正序、负序电流控制环引入了自抗扰技术，通过建立二阶的扩张状态观测器对电流控制系统中的扰动进行估计，并在电流控制回路中进行补偿从而有效的改善电流控制内环的抗扰能力与动态性能。
通过搭建图2中所示的典型配电网低压台区仿真系统对实施例中的储能DSTATCOM电能质量综合治理性能进行测试，验证本发明中所述控制器的有效性。
图2中光伏电源依据某地区实际光照强度进行发电，配电网的电源侧通过设置单相接地故障实现公共点电压三相不平衡工况模拟。储能DSTATCOM启动时，仅正序控制模块投入使用。在t＝200s处，负序控制模块启用。
图3为储能DSTATCOM补偿前与补偿后光伏电源并网有功功率。从图中可以看出，补偿前光伏电源的出力因光照强度的变化而呈现出较为剧烈波动，爬坡率高。补偿后，并网有功变得平滑。此外，当光伏出力较大导致公共点电压出现越限风险时(波动超过5％)，储能DSTATCOM将吸收一部分光伏出力，从而将公共点电压幅值限制在安全范围内，如图4所示。图5为储能DSTATCOM的输出有功功率波形。图6为公共点电压不平衡度的变化曲线。可以看出，当负序控制模块投用后，储能DSTATCOM可有效的改善公共点的不平衡度，使其不超过2％。
综上所述，本发明实施例提供的一种低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器，正序控制器基于低通滤波器实现对波动有功的平滑控制，同时在出现大量有功反向潮流时避免电压越限；负序控制环基于虚拟复导纳实现对公共点电压三相不平衡的补偿，同时通过推导出最优导纳角对储能DSTATCOM输出的负序补偿电流进行优化；引入了自抗扰技术，通过建立二阶的扩张状态观测器对电流控制系统中的扰动进行估计，并在电流控制回路中进行补偿从而有效的改善电流控制内环的抗扰能力与动态性能；通过发挥储能DSTATCOM的灵活补偿能力，可降低分布式光伏电源不确定出力对低压台区电压稳定性的影响，同时有效治理公共点处三相不平衡度。
本发明的各实施方式可以任意进行组合，以实现不同的技术效果。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidStateDisk)等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，该流程可以由计算机程序来指令相关的硬件完成，该程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器，其特征在于，包括逆变器、储能系统、调制模块、正序控制模块和负序控制模块：
所述储能系统与所述逆变器直流侧相连，所述储能系统用于为所述逆变器提供稳定的直流电压以及有功能量；
所述逆变器用于将储能系统的直流电转换为交流电；
所述正序控制模块，用于输出正序电压调制信号，以控制储能型DSTATCOM进行光伏出力平滑控制以及公共点处电压的限幅控制；
所述负序控制模块，用于输出负序电压调制信号，以控制储能DSTATCOM进行公共点电压三相不平衡补偿；
所述调制模块用于将正、负序电压叠加信号与载波比较，输出PWM脉冲，控制逆变器输出正确的交流电压。
2.根据权利要求1所述的低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器，其特征在于，所述负序控制模块用于采集分离出公共点处负序电压分量，并将负序电压分量乘以虚拟复导纳，得到负序补偿电流参考指令。
3.根据权利要求2所述的低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器，其特征在于，所述虚拟复导纳模是通过将公共点电压不平衡度与电压不平衡度补偿目标最差并通过PI控制器跟踪补偿后输出得到。
4.根据权利要求2所述的低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器，其特征在于，所述负序补偿电流参考指令为：
Figure FDA0003728475040000011
上式中，
Figure FDA0003728475040000012
为公共连接点PCC负序电压相量，
Figure FDA0003728475040000013
为储能型DSTATCOM负序补偿电流相量参考指令，Y为虚拟导纳模，
Figure FDA0003728475040000014
为虚拟导纳角，j为虚数单位。
5.根据权利要求4所述的低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器，其特征在于，所述虚拟导纳角
Figure FDA0003728475040000015
为：
Figure FDA0003728475040000016
上式中，Xg和Rg分别为线路阻抗的电抗和电阻。
6.根据权利要求1所述的低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器，其特征在于，所述正序控制环的有功参考总指令包括补偿光伏出力中的高频波动分量有功补偿和电压限幅控制有功补偿。
7.根据权利要求6所述的低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器，其特征在于，所述有功参考总指令为：
Figure FDA0003728475040000021
上式中，
Figure FDA0003728475040000022
正序控制模块的有功参考总指令，
Figure FDA0003728475040000023
为光伏出力高频波动分量有功补偿参考，
Figure FDA0003728475040000024
为电压限幅控制有功补偿参考，Tf为滤波时间常数，
Figure FDA0003728475040000025
为光伏电源输出的正序有功，s为拉普拉斯算子。
8.根据权利要求1所述的低压台区储能DSTATCOM电能质量多目标控制器，其特征在于，所述正序控制模块和负序控制模块基于自抗扰方法建立d轴电流内环、q轴电流内环。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116454906A (zh) * 2023-03-07 2023-07-18 华夏天信智能物联股份有限公司 基于统一型自抗扰控制器的飞轮储能系统功率补偿方法

Cited By (1)

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CN116454906A (zh) * 2023-03-07 2023-07-18 华夏天信智能物联股份有限公司 基于统一型自抗扰控制器的飞轮储能系统功率补偿方法

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