CN116565897A - 一种双向充放电模块的惯量支撑控制方法和控制装置 - Google Patents

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周月宾
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李巍巍
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裴星宇
冯俊杰
杨锐雄
李建标
吴宏远
赵晓燕
刘尧
廖雁群
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Guangdong Power Grid Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种双向充放电模块的惯量支撑控制方法和控制装置，在AC/DC变换器的直流电压控制环路将在并网点通过锁相环计算得到的频率值与设定的频率参考值的差值乘以第一增益系数再给到第一PI控制器前端，在DC/DC变换器的功率控制外环将并网点的交流功率测量值与直流输出端口的功率测量值的差值叠加上DC/DC变换器的预估损耗之后，乘以第二增益系数再给到第二PI控制器前端，即可使双向充放电模块具有惯量支撑功能，无需将并网变换器的跟网型控制策略改造成为构网型控制策略，解决了现有技术为了实现惯量支撑功能，将并网变换器的控制策略从跟网型控制策略改造为构网型控制策略，存在改造难度大和经济性差的技术问题。

Description

一种双向充放电模块的惯量支撑控制方法和控制装置
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种双向充放电模块的惯量支撑控制方法和控制装置。
背景技术
在高比例可再生能源、高比例电力电子设备入网的背景下，电网将出现惯量与阻尼下降的特性。新能源分布式发电系统主要通过并网变换器接入电网，电力电子变换器的控制方式将决定电网特性。相比于传统火电机组，变换器提供的惯量有限，以电动汽车充电桩领域为例，随着电动汽车与快充技术的发展，直流充放电桩功率逐渐增大，大功率充电桩作为冲击性负荷，可能进一步降低系统局部微电网的惯量与阻尼特性。
电动汽车充电桩逐步呈现双向功率流动的趋势，充电桩通过并网变换器(双向充放电模块)实现与电网能量的交互，但传统并网变换器大多为跟网型控制策略，不具备惯量支撑功能。而传统并网变换器一般接入较为稳定的电网环境，无需采用构网型策略，为了实现惯量支撑功能，现有技术是将并网变换器的控制策略改造为采用构网型控制策略，设备改造难度较大，单纯为了使并网变换器具有惯量支撑功能而进行整个控制策略的改造是不划算的，经济性差。
发明内容
本发明提供了一种双向充放电模块的惯量支撑控制方法和控制装置，用于解决现有技术为了实现惯量支撑功能，将并网变换器的控制策略从跟网型控制策略改造为构网型控制策略，存在改造难度大和经济性差的技术问题。
有鉴于此，本发明第一方面提供了一种双向充放电模块的惯量支撑控制方法，应用于在AC/DC变换器与DC/DC变换器直流侧并联中间级储能元件的双向充放电模块，包括：
将在并网点通过锁相环计算得到的频率值与设定的频率参考值的差值乘以第一增益系数，得到第一数值，第一增益系数大于0；
将中间级直流电压设定值减去第一数值和中间级直流电压测量值后输入第一PI控制器，得到第一电流内环d轴控制参考值；
获取电流内环q轴控制参考值；
将电流内环q轴控制参考值和第一电流内环d轴控制参考值输入第一电流内环控制与调制模块，得到第一调制信号，将第一调制信号输出给AC/DC变换器；
将并网点的交流功率测量值与直流输出端口的功率测量值的差值叠加上DC/DC变换器的预估损耗之后，乘以第二增益系数，得到第二数值，第二增益系数大于0；
将接入点有功功率设置值、接入点有功功率测量值和第二数值叠加后输入第二PI控制器，得到第二电流内环d轴控制参考值；
将第二电流内环d轴控制参考值输入第二电流内环控制与调制模块，得到第二调制信号，将第二调制信号输出给DC/DC变换器。
可选地，当不需要无功补偿时，电流内环q轴控制参考值为0。
可选地，获取电流内环q轴控制参考值，包括：
将接入点无功功率设置值与接入点无功功率测量值的差值输入第三PI控制器，得到电流内环q轴控制参考值。
可选地，中间级储能元件为支撑电容或超级电容或储能电池。
可选地，设定的频率参考值为并网点所接入交流系统的稳态频率值。
本发明第二方面提供了一种双向充放电模块的惯量支撑控制装置，应用于在AC/DC变换器与DC/DC变换器直流侧并联中间级储能元件的双向充放电模块，包括：
第一电压外环控制单元，用于：
将在并网点通过锁相环计算得到的频率值与设定的频率参考值的差值乘以第一增益系数，得到第一数值，第一增益系数大于0；
将中间级直流电压设定值减去第一数值和中间级直流电压测量值后输入第一PI控制器，得到第一电流内环d轴控制参考值；
无功功率控制单元，用于获取电流内环q轴控制参考值；
第一电流内环控制单元，用于将电流内环q轴控制参考值和第一电流内环d轴控制参考值输入第一电流内环控制与调制模块，得到第一调制信号，将第一调制信号输出给AC/DC变换器；
第二电压外环控制单元，用于：
将并网点的交流功率测量值与直流输出端口的功率测量值的差值叠加上DC/DC变换器的预估损耗之后，乘以第二增益系数，得到第二数值，第二增益系数大于0；
将接入点有功功率设置值、接入点有功功率测量值和第二数值叠加后输入第二PI控制器，得到第二电流内环d轴控制参考值；
第二电流内环控制单元，用于将第二电流内环d轴控制参考值输入第二电流内环控制与调制模块，得到第二调制信号，将第二调制信号输出给DC/DC变换器。
可选地，无功功率控制单元具体用于：
当不需要无功补偿时，电流内环q轴控制参考值为0。
可选地，无功功率控制单元具体用于：
将接入点无功功率设置值与接入点无功功率测量值的差值输入第三PI控制器，得到电流内环q轴控制参考值。
可选地，中间级储能元件为支撑电容或超级电容或储能电池。
可选地，设定的频率参考值为并网点所接入交流系统的稳态频率值。
从以上技术方案可以看出，本发明提供的双向充放电模块的惯量支撑控制方法和控制装置具有以下优点：
本发明提供的双向充放电模块的惯量支撑控制方法，在AC/DC变换器的直流电压控制环路将在并网点通过锁相环计算得到的频率值与设定的频率参考值的差值乘以第一增益系数再给到第一PI控制器前端，第一PI控制器输出的结果经第一电流内环控制与调制模块调制后，输出第一调制信号给AC/DC变换器，在DC/DC变换器的功率控制外环将并网点的交流功率测量值与直流输出端口的功率测量值的差值叠加上DC/DC变换器的预估损耗之后，乘以第二增益系数再给到第二PI控制器，第二PI控制器输出的结果经第二电流内环控制与调制模块调制后，输出第二调制信号给DC/DC变换器。仅通过对传统跟网型双环控制方法进行简单改造，即可使双向充放电模块具有惯量支撑功能，无需将并网变换器的跟网型控制策略改造成为构网型控制策略，解决了现有技术为了实现惯量支撑功能，将并网变换器的控制策略从跟网型控制策略改造为构网型控制策略，存在改造难度大和经济性差的技术问题。
本发明提供的双向充放电模块的惯量支撑控制装置，用于执行本发明提供的双向充放电模块的惯量支撑控制方法，其原理与所取得的技术效果与本发明双向充放电模块的惯量支撑控制方法相同，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚的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简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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相关的附图。
图1为本发明中提供的双向充放电模块的惯量支撑控制方法的流程示意图；
图2为本发明中提供的双向充放电模块的惯量支撑控制方法的控制策略框图；
图3为本发明中提供的双向充放电模块的惯量支撑控制装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅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做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。
为了便于理解，请参阅图1和图2，本发明中提供了一种双向充放电模块的惯量支撑控制方法的实施例，该双向充放电模块的惯量支撑控制方法应用于在AC/DC变换器与DC/DC变换器直流侧并联中间级储能元件的双向充放电模块(即如图2中的由AC/DC变换器、中间级储能元件Cdc和DC/DC变换器构成的双向充放电模块)，该方法包括：
步骤101、将在并网点通过锁相环计算得到的频率值与设定的频率参考值的差值乘以第一增益系数，得到第一数值，第一增益系数大于0。
需要说明的是，如图2所示，f_pll为在并网点通过锁相环计算得到的频率值，f_ref为设定的频率参考值，f_ref优选为并网点所接入交流系统的稳态频率值。将在并网点通过锁相环计算得到的频率值f_pll与设定的频率参考值f_ref的差值乘以第一增益系数G1，得到第一数值P_control1再给到第一PI控制器前端。第一增益系数G1为人为设定的常数，第一增益系数G1越大，在频率时间发生时，中间级储能元件Cdc提供的能量越多。中间级储能元件Cdc可以是支撑电容或超级电容或储能电池。
步骤102、将中间级直流电压设定值减去第一数值和中间级直流电压测量值后输入第一PI控制器，得到第一电流内环d轴控制参考值。
需要说明的是，如图2所示，在经过步骤101得到第一数值之后，将中间级直流电压设定值Udc_ref减去第一数值P_control1和中间级直流电压测量值Udc_measure后输入第一PI控制器，可得到第一PI控制器输出的第一电流内环d轴控制参考值id_ref1。中间级直流电压设定值Udc_ref即中间级储能元件Cdc的电压设定值。
步骤103、获取电流内环q轴控制参考值。
需要说明的是，在不需要无功补偿的场景下，电流内环q轴控制参考值iq_ref为0。在需要无功补偿的场景下，如图2所示，将接入点无功功率设置值Q_ref与接入点无功功率测量值Q_measure的作差后输入第三PI控制器，得到电流内环q轴控制参考值iq_ref。
步骤104、将电流内环q轴控制参考值和第一电流内环d轴控制参考值输入第一电流内环控制与调制模块，得到第一调制信号，将第一调制信号输出给AC/DC变换器。
需要说明的是，将电流内环q轴控制参考值iq_ref和第一电流内环d轴控制参考值id_ref1输入第一电流内环控制与调制模块，得到第一调制信号PWMac-dc，将第一调制信号PWMac-dc输出给AC/DC变换器。
步骤105、将并网点的交流功率测量值与直流输出端口的功率测量值的差值叠加上DC/DC变换器的预估损耗之后，乘以第二增益系数，得到第二数值，第二增益系数大于0。
需要说明的是，如图2所示，将并网点的交流功率测量值Pac与直流输出端口的功率测量值Pdc的差值叠加上DC/DC变换器的预估损耗P_loss，然后再乘以第二增益系数G2，得到第二数值P_control2，第二增益系数G2为人为设定的常数，第二增益系数G2越大，在频率时间发生时，汽车电池提供的能量越多。
步骤106、将接入点有功功率设置值、接入点有功功率测量值和第二数值叠加后输入第二PI控制器，得到第二电流内环d轴控制参考值。
需要说明的是，如图2所示，将接入点有功功率设置值P_ref、接入点有功功率测量值P_measure和第二数值P_control2叠加，然后输入第二PI控制器，可得到第二PI控制器输出的第二电流内环d轴控制参考值id_ref2。
步骤107、将第二电流内环d轴控制参考值输入第二电流内环控制与调制模块，得到第二调制信号，将第二调制信号输出给DC/DC变换器。
需要说明的是，如图2所示，将第二电流内环d轴控制参考值id_ref2输入第二电流内环控制与调制模块，得到第二调制信号PWMdc-dc，将第二调制信号PWMdc-dc输出给DC/DC变换器。整个控制过程仍是跟网型控制策略，并不需要改造成构网型控制策略即可实现并网变换器(双向充放电模块)的惯量支撑，具备较强的工程实用性。
步骤105-107可以与步骤101-104同时执行。
本发明提供的双向充放电模块的惯量支撑控制方法，在AC/DC变换器的直流电压控制环路将在并网点通过锁相环计算得到的频率值与设定的频率参考值的差值乘以第一增益系数再给到第一PI控制器前端，第一PI控制器输出的结果经第一电流内环控制与调制模块调制后，输出第一调制信号给AC/DC变换器，在DC/DC变换器的功率控制外环将并网点的交流功率测量值与直流输出端口的功率测量值的差值叠加上DC/DC变换器的预估损耗之后，乘以第二增益系数再给到第二PI控制器，第二PI控制器输出的结果经第二电流内环控制与调制模块调制后，输出第二调制信号给DC/DC变换器。仅通过对传统跟网型双环控制方法进行简单改造，即可使双向充放电模块具有惯量支撑功能，无需将并网变换器的跟网型控制策略改造成为构网型控制策略，解决了现有技术为了实现惯量支撑功能，将并网变换器的控制策略从跟网型控制策略改造为构网型控制策略，存在改造难度大和经济性差的技术问题。
为了便于理解，请参阅图3，本发明中提供了一种双向充放电模块的惯量支撑控制装置的实施例，该双向充放电模块的惯量支撑控制装置应用于在AC/DC变换器与DC/DC变换器直流侧并联中间级储能元件的双向充放电模块，包括：
第一电压外环控制单元，用于：
将在并网点通过锁相环计算得到的频率值与设定的频率参考值的差值乘以第一增益系数，得到第一数值，第一增益系数大于0；
将中间级直流电压设定值减去第一数值和中间级直流电压测量值后输入第一PI控制器，得到第一电流内环d轴控制参考值；
无功功率控制单元，用于获取电流内环q轴控制参考值；
第一电流内环控制单元，用于将电流内环q轴控制参考值和第一电流内环d轴控制参考值输入第一电流内环控制与调制模块，得到第一调制信号，将第一调制信号输出给AC/DC变换器；
第二电压外环控制单元，用于：
将并网点的交流功率测量值与直流输出端口的功率测量值的差值叠加上DC/DC变换器的预估损耗之后，乘以第二增益系数，得到第二数值，第二增益系数大于0；
将接入点有功功率设置值、接入点有功功率测量值和第二数值叠加后输入第二PI控制器，得到第二电流内环d轴控制参考值；
第二电流内环控制单元，用于将第二电流内环d轴控制参考值输入第二电流内环控制与调制模块，得到第二调制信号，将第二调制信号输出给DC/DC变换器。
无功功率控制单元具体用于：
当不需要无功补偿时，电流内环q轴控制参考值为0。
无功功率控制单元具体用于：
将接入点无功功率设置值与接入点无功功率测量值的差值输入第三PI控制器，得到电流内环q轴控制参考值。
中间级储能元件为支撑电容或超级电容或储能电池。
设定的频率参考值为并网点所接入交流系统的稳态频率值。
本发明提供的双向充放电模块的惯量支撑控制装置，用于执行本发明提供的双向充放电模块的惯量支撑控制方法，其原理与所取得的技术效果与本发明双向充放电模块的惯量支撑控制方法相同，在此不再赘述。
以上所述，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 (10)

1.一种双向充放电模块的惯量支撑控制方法，其特征在于，应用于在AC/DC变换器与DC/DC变换器直流侧并联中间级储能元件的双向充放电模块，包括：
将在并网点通过锁相环计算得到的频率值与设定的频率参考值的差值乘以第一增益系数，得到第一数值，第一增益系数大于0；
将中间级直流电压设定值减去第一数值和中间级直流电压测量值后输入第一PI控制器，得到第一电流内环d轴控制参考值；
获取电流内环q轴控制参考值；
将电流内环q轴控制参考值和第一电流内环d轴控制参考值输入第一电流内环控制与调制模块，得到第一调制信号，将第一调制信号输出给AC/DC变换器；
将并网点的交流功率测量值与直流输出端口的功率测量值的差值叠加上DC/DC变换器的预估损耗之后，乘以第二增益系数，得到第二数值，第二增益系数大于0；
将接入点有功功率设置值、接入点有功功率测量值和第二数值叠加后输入第二PI控制器，得到第二电流内环d轴控制参考值；
将第二电流内环d轴控制参考值输入第二电流内环控制与调制模块，得到第二调制信号，将第二调制信号输出给DC/DC变换器。
2.根据权利要求1所述的双向充放电模块的惯量支撑控制方法，其特征在于，当不需要无功补偿时，电流内环q轴控制参考值为0。
3.根据权利要求1所述的双向充放电模块的惯量支撑控制方法，其特征在于，获取电流内环q轴控制参考值，包括：
将接入点无功功率设置值与接入点无功功率测量值的差值输入第三PI控制器，得到电流内环q轴控制参考值。
4.根据权利要求1所述的双向充放电模块的惯量支撑控制方法，其特征在于，中间级储能元件为支撑电容或超级电容或储能电池。
5.根据权利要求1所述的双向充放电模块的惯量支撑控制方法，其特征在于，设定的频率参考值为并网点所接入交流系统的稳态频率值。
6.一种双向充放电模块的惯量支撑控制装置，其特征在于，应用于在AC/DC变换器与DC/DC变换器直流侧并联中间级储能元件的双向充放电模块，包括：
第一电压外环控制单元，用于：
将在并网点通过锁相环计算得到的频率值与设定的频率参考值的差值乘以第一增益系数，得到第一数值，第一增益系数大于0；
将中间级直流电压设定值减去第一数值和中间级直流电压测量值后输入第一PI控制器，得到第一电流内环d轴控制参考值；
无功功率控制单元，用于获取电流内环q轴控制参考值；
第一电流内环控制单元，用于将电流内环q轴控制参考值和第一电流内环d轴控制参考值输入第一电流内环控制与调制模块，得到第一调制信号，将第一调制信号输出给AC/DC变换器；
第二电压外环控制单元，用于：
将并网点的交流功率测量值与直流输出端口的功率测量值的差值叠加上DC/DC变换器的预估损耗之后，乘以第二增益系数，得到第二数值，第二增益系数大于0；
将接入点有功功率设置值、接入点有功功率测量值和第二数值叠加后输入第二PI控制器，得到第二电流内环d轴控制参考值；
第二电流内环控制单元，用于将第二电流内环d轴控制参考值输入第二电流内环控制与调制模块，得到第二调制信号，将第二调制信号输出给DC/DC变换器。
7.根据权利要求6所述的双向充放电模块的惯量支撑控制装置，其特征在于，无功功率控制单元具体用于：
当不需要无功补偿时，电流内环q轴控制参考值为0。
8.根据权利要求6所述的双向充放电模块的惯量支撑控制装置，其特征在于，无功功率控制单元具体用于：
将接入点无功功率设置值与接入点无功功率测量值的差值输入第三PI控制器，得到电流内环q轴控制参考值。
9.根据权利要求6所述的双向充放电模块的惯量支撑控制装置，其特征在于，中间级储能元件为支撑电容或超级电容或储能电池。
10.根据权利要求6所述的双向充放电模块的惯量支撑控制装置，其特征在于，设定的频率参考值为并网点所接入交流系统的稳态频率值。
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