CN103490450A

CN103490450A - 用于中低压微电网的储能并联控制方法和装置

Info

Publication number: CN103490450A
Application number: CN201310476994.XA
Authority: CN
Inventors: 邵长青; 王兵
Original assignee: Beijing Ai Kemai New Forms Of Energy Science And Technology Ltd
Current assignee: Beijing Ai Kemai New Forms Of Energy Science And Technology Ltd
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2033-10-14
Also published as: CN103490450B

Abstract

一种用于中低压微电网的储能并联控制方法以及实施该方法的装置，根据***频率和电压的变化，输出合理的有功功率和无功功率以实现频率和电压的稳定控制，利用PI控制器对扰动的自动消减能力，实现各储能单元在频率或电压波动下的自动有功功率和无功功率的快速合理分配。本发明的优点是：由于在各储能单元的控制***中增加了有功-（频率、电压），以及无功-（频率、电压）的独立控制环节，克服了由于线路阻抗不确定对***频率和电压控制的问题，提高了微电网在离网运行时的电压和频率稳定性。

Description

用于中低压微电网的储能并联控制方法和装置

技术领域：

本发明涉及一种用于中低压微电网的储能并联控制方法以及实施该方法的装置，属于分布式发电和微电网***领域。

背景技术：

在微电网离网运行时，需要有能够支撑***频率和电压的稳定的组网电源。能够作为组网电源的包括柴油机、中小型燃气轮机、储能等。如果采用储能作为组网电源，其并联运行成为需要解决的技术难题。

无论是中压的还是低压的微电网，其线路阻抗的特点决定了无法像高压电网那样实现有功-频率、无功-电压的对应关系，往往是有功功率与***的频率和电压都有耦合关系，无功功率与***的频率和电压也都有耦合关系。此外，由于微电网的线路阻抗随线路长度、载流量等因素呈较大的不确定性，给实际的储能运行控制带来了很大的挑战。当***的频率发生变化，储能从稳定频率的角度出发，需要输出一定的有功功率和无功功率以实现弥补，但有功功率和无功功率的多少及比例关系很难确定。同理，当***的电压发生变化时，储能需要输出的有功功率和无功功率及其比例关系也很难确定。

发明内容：

为了解决中低压微电网在离网运行时储能的并联控制问题，以根据***频率和电压的变化，输出合理的有功功率和无功功率以实现频率和电压的稳定控制，本发明的目的是提供一种中低压微电网的储能并联控制方法，利用PI控制器对扰动的自动消减能力，实现各储能单元在频率或电压波动下的自动有功功率和无功功率的快速合理分配。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于中低压微电网的储能并联控制方法，其特征在于，所述的控制方法包括以下步骤：

步骤一）检测各储能单元并网接入点处的频率f，并与额定频率f_ref进行比较得到频率偏差Δf；检测各储能单元并网接入点处的电压u，并与额定电压u_ref进行比较得到电压偏差Δu。

步骤二）频率偏差Δf经过PI1调节器得到有功功率给定值P1，同时该频率偏差Δf经过PI2调节器得到无功功率给定值Q1；电压偏差Δu经过PI3调节器得到有功功率给定值P2，同时该电压偏差Δu经过PI4调节器得到无功功率给定值Q2。

步骤三）将有功功率给定值P1与P2相加，得到有功功率给定值P；将无功功率给定值Q1与Q2相加，得到无功功率给定值Q。

步骤四）对有功功率给定值P与无功功率给定值Q进行解算得到储能单元的有功电流参考值i_dref和无功电流参考值i_qref。

步骤五）有功电流参考值i_dref与有功电流实际值进行比较得到有功电流偏差并经过PI5调节器得到电压控制量v_d，无功电流参考值i_qref与无功电流实际值进行比较得到无功电流偏差并经过PI6调节器得到电压控制量v_q。

步骤六）电压控制量v_d与v_q经过Park反变换，得到控制储能变流器PWM的控制量u_a、u_b、u_c。进而控制储能单元输出响应的有功功率和无功功率。

本发明的进一步方案是，所述的用于中低压微电网的储能并联控制方法，其特征在于，由有功功率给定值P与无功功率给定值Q解算有功电流参考值i_dref和无功电流参考值i_qref的表达式为：

Figure 201310476994X100002DEST_PATH_IMAGE001

，其中e_d、e_q为电网电压在旋转坐标系下的交直轴分量。

本发明的优点是：由于在各储能单元的控制***中增加了有功-（频率、电压），以及无功-（频率、电压）的独立控制环节，克服了由于线路阻抗不确定对***频率和电压控制的问题，提高了微电网在离网运行时的电压和频率稳定性。

附图说明：

图1是本发明控制方法流程图（也作为本发明控制装置的电路框图）。

具体实施方式：

参见图1，本发明一种用于中低压微电网的储能并联控制方法和控制器，该控制方法包括以下步骤：

步骤一：检测各储能单元并网接入点处的频率f，并通过频率比较器1与额定频率f_ref进行比较得到频率偏差Δf；检测各储能单元并网接入点处的电压u，并通过电压比较器2与额定电压u_ref进行比较得到电压偏差Δu。

步骤二：频率偏差Δf经过第一比例积分调节器PI1得到有功功率给定值P1，同时该频率偏差Δf经过第二比例积分调节器PI2得到无功功率给定值Q1；电压偏差Δu经过第三比例积分调节器PI3得到有功功率给定值P2，同时该电压偏差Δu经过第四比例积分调节器PI4得到无功功率给定值Q2。

其中，第一比例积分调节器PI1可以表达为：

其中，

Figure 201310476994X100002DEST_PATH_IMAGE003

为比例系数，

为积分系数，

为积分算子。在PI1的调节过程中，需要对比例系数

、积分系数

进行调节，以获得较好的动态过程和稳态过程。其基本原则是：

参数越大积分作用越强，对静差消除能力越强，但过大会导致响应速度变慢。在实际调节过程中，需要根据实际对象对、

进行折中定值，以兼具动态性能和稳态性能。

同样，本实施方式中的其它PI调节器PI2、 PI3、 PI4、 PI5、 PI6，其表达方式和调节过程与PI1类似。

步骤三：将有功功率给定值P1与P2通过第一加法器3相加，得到有功功率给定值P；将无功功率给定值Q1与Q2通过第二加法器4相加，得到无功功率给定值Q。

步骤四：对有功功率给定值P与无功功率给定值Q通过参考值求解器5进行解算，得到储能单元的有功电流参考值i_dref和无功电流参考值i_qref。

步骤五：有功电流参考值i_dref与有功电流实际值通过有功电流比较器6进行比较，得到有功电流偏差，并经过第五比例积分调节器PI5得到电压控制量v_d；无功电流参考值i_qref与无功电流实际值通过无功电流比较器7进行比较，得到无功电流偏差，并经过第六比例积分调节器PI6得到电压控制量v_q。

步骤六：电压控制量v_d与v_q经过Park反变换器8进行反变换，得到控制储能变流器PWM的控制量u_a、u_b、u_c。进而控制储能单元输出响应的有功功率和无功功率。其中，Park反变换器8可以表达为：

其中的

为直轴d轴与a轴之间的夹角。

由所述的有功功率给定值P与无功功率给定值Q解算有功电流参考值i_dref和无功电流参考值i_qref的表达式为：

（1）

其中e_d、e_q为电网电压在旋转坐标系下的交直轴分量，其表达式为：

Figure 201310476994X100002DEST_PATH_IMAGE009

其中的

为直轴d轴与a轴之间的夹角。

根据公式（1）可以计算出有功电流参考值i_dref和无功电流参考值i_qref。

Claims

1.一种用于中低压微电网的储能并联控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一）检测各储能单元并网接入点处的频率f，并与额定频率f_ref进行比较得到频率偏差Δf；检测各储能单元并网接入点处的电压u，并与额定电压u_ref进行比较得到电压偏差Δu；

步骤二）频率偏差Δf经过PI1调节器得到有功功率给定值P1，同时该频率偏差Δf经过PI2调节器得到无功功率给定值Q1；电压偏差Δu经过PI3调节器得到有功功率给定值P2，同时该电压偏差Δu经过PI4调节器得到无功功率给定值Q2；

步骤三）将有功功率给定值P1与P2相加，得到有功功率给定值P；将无功功率给定值Q1与Q2相加，得到无功功率给定值Q；

步骤四）对有功功率给定值P与无功功率给定值Q进行解算得到储能单元的有功电流参考值i_dref和无功电流参考值i_qref；

步骤五）有功电流参考值i_dref与有功电流实际值进行比较得到有功电流偏差并经过PI5调节器得到电压控制量v_d，无功电流参考值i_qref与无功电流实际值进行比较得到无功电流偏差并经过PI6调节器得到电压控制量v_q；

2.根据权利要求书1所述的用于中低压微电网的储能并联控制方法，其特征在于，由有功功率给定值P与无功功率给定值Q解算有功电流参考值i_dref和无功电流参考值i_qref的表达式为：

Figure 201310476994X100001DEST_PATH_IMAGE001

，其中e_d、e_q为电网电压在旋转坐标系下的交直轴分量。

3.一种实施权利要求1所述的用于中低压微电网的储能并联控制方法的控制器，其特征在于，包括：

频率比较器1，用于将检测各储能单元并网接入点处的频率f与额定频率f_ref进行比较，得到频率偏差Δf；以及电压比较器2，用于将检测各储能单元并网接入点处的电压u与额定电压u_ref进行比较，得到电压偏差Δu。以及：

第一比例积分调节器PI1：用于将频率偏差Δf进行调节得到有功功率给定值P1。以及：

第二比例积分调节器PI2：同时将该频率偏差Δf进行调节得到无功功率给定值Q1。以及

第三比例积分调节器PI3：将电压偏差Δu进行调节得到有功功率给定值P2，以及：

第四比例积分调节器PI4：同时将该电压偏差Δu进行调节得到无功功率给定值Q2。以及：

第一加法器3：将有功功率给定值P1与P2相加，得到有功功率给定值P；以及：

第二加法器4：将无功功率给定值Q1与Q2通过相加，得到无功功率给定值Q。以及：

参考值求解器5：对有功功率给定值P与无功功率给定值Q进行解算，得到储能单元的有功电流参考值i_dref和无功电流参考值i_qref。以及：

有功电流比较器6和第五比例积分调节器PI5：有功电流比较器6用于将有功电流参考值i_dref与有功电流实际值i_d通过进行比较，得到有功电流偏差；并经过第五比例积分调节器PI5得到电压控制量v_d。以及：

无功电流比较器7和第六比例积分调节器PI6：无功电流比较器7用于将无功电流参考值i_qref与无功电流实际值进行比较，得到无功电流偏差，并经过第六比例积分调节器PI6得到电压控制量v_q。以及：

Park反变换器8：用于将电压控制量v_d与v_q进行反变换，得到控制储能变流器PWM的控制量u_a、u_b、u_c。进而控制储能单元输出响应的有功功率和无功功率。