CN106849054B - 一种分布式电源***用储能变流器双模式运行控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种分布式电源***用储能变流器双模式运行控制方法，判断储能变流器当前的运行模式；根得到并网模式下的电流控制指令及电流环指令；得到孤岛模式下电流控制指令及电流环指令；根据当前的电流环指令与检测电流的差值得到控制量，根据控制量对储能变流器进行控制。本发明提出的方法简单有效，且双模式下均采用单电流结构实现了双模式下的快速响应。同时在并网/孤岛模式切换时仅需改变电流指令，且不需调整控制环中间变量即可实现平滑过渡；具有较好的模式切换性能；并且能够等效实现传统VCM‑VSC控制模式的电压外环电流内环和虚拟阻抗的稳态控制性能。

Description

一种分布式电源***用储能变流器双模式运行控制方法
技术领域
本发明涉及配电网技术控制领域，具体涉及一种分布式电源***用储能变流器双模式运行控制方法。
背景技术
近几年，随着分布式发电技术的发展，包含储能设备的分布式电源在分布式发电接入方面逐渐显现出较大优势，其与电网互为支撑，被视为利用分布式能源的最佳途径。分布式电源***既可作为可控的发/用电单元并网运行，又可在电网故障或异常等情况下与外部配电网断开，孤岛自治运行。并网运行时，分布式电源***可看成配电网的“智能节点”或“柔性节点”，通过储能设备实现分布式电源***“对外特性可控”；孤岛运行时，由于失去了大电网的支撑，一般需储能设备担当***组网角色，提供分布式电源***电压支撑和内部供需平衡。分布式电源***用储能变流器常采用电压源变流器(VSC)，其控制策略常可分为电压控制模式(VCM)和电流控制模式(CCM)。
为了实现并网/孤岛双模式下的控制目标以及两种模式下的平滑过渡，目前储能变流器的控制策略常采用两种办法：一种是并网时采用CCM-VSC，孤岛时采用VCM-VSC，但是该方案导致较复杂的并网/孤岛模式切换策略，且分布式电源***孤岛运行时，VCM-VSC电压和频率的响应速度较慢，对采用CCM-VSC单环控制的分布式电源(DG)造成的分布式电源***电压和频率扰动抑制能力欠佳。另一种是两种模式下均采用VCM-VSC，其能够较容易的实现模式间的切换，但具有双闭环内环结构的VCM-VSC控制与CCM-VSC的单环控制在响应速度上存在较大差异，不能实现两者之间较好的协调控制性能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供的一种分布式电源***用储能变流器双模式运行控制方法，该方法简单有效，且双模式下均采用单电流结构实现了双模式下的快速响应。同时在并网/孤岛模式切换时仅需改变电流指令，且不需调整控制环中间变量即可实现平滑过渡；具有较好的模式切换性能；并且能够等效实现传统VCM-VSC控制模式的电压外环电流内环和虚拟阻抗的稳态控制性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种分布式电源***用储能变流器双模式运行控制方法，所述控制方法的双模式运行包括在并网模式下运行及在孤岛模式下运行；所述储能变流器采用单电流环的控制结构；所述方法包括如下步骤：
步骤1.判断所述储能变流器当前的运行模式；
若当前的运行模式为所述并网模式，则进入步骤2；
若当前的运行模式为所述孤岛模式，则进入步骤4；
步骤2.根据所述并网模式下的控制目标，得到所述并网模式下的电流控制指令；
步骤3.根据所述储能变流器功率指令和分布式电源***电压，得到所述并网模式下的电流环指令；进入步骤6；
步骤4.根据所述孤岛模式下的控制目标，得到所述孤岛模式下电流控制指令；
步骤5.根据电压指令与分布式电源***电压，得到所述孤岛模式下的电流环指令；
步骤6.根据当前的所述电流环指令与检测电流的差值得到控制量，根据所述控制量对所述储能变流器进行控制。
优选的，所述步骤3包括：
3-1.根据能量管理算法得到所述储能变流器功率指令，并测量得到所述分布式电源***电压；
3-2.根据所述储能变流器功率指令及所述分布式电源***电压，计算得到电流环指令。
优选的，所述3-2包括：
根据所述储能变流器功率指令P*和Q*，及所述分布式电源***电压ug，计算得到电流环指令i*：
式(1)中，下角标α、β及0分别为变量在αβ0静止坐标系下的分量；上角标+、-分别表示正、负序分量。
优选的，所述步骤5包括：
5-1.根据下垂控制或优化控制算法计算得到电压指令；并测量得到所述分布式电源***电压；
5-2.根据电压指令与分布式电源***电压，得到所述孤岛模式下的电流环指令。
优选的，所述5-2包括：
将所述电压指令ug *与分布式电源***电压ug相减，再乘以虚拟导纳系数GVr，得到电流环指令i*：
ik *＝GVr(ugk *-ugk) (2)
式(2)中，k＝α、β、0且下角标α、β及0分别为变量在αβ0静止坐标系下的分量。
优选的，所述步骤6包括：
6-1.检测得到所述储能变流器的检测电流；
6-2.比较当前的所述电流环指令与所述检测电流，得到电流差值；
6-3.将所述电流差值发送至电流调节器；
6-4.所述电流调节器调节得到输出所需的控制量；
6-5.根据所述控制量，经脉冲调制环节输出驱动信号；
6-6.根据所述驱动信号对所述储能变流器进行控制。
优选的，所述步骤6-4中的所述电流调节器为静止坐标下的比例谐振控制器；
所述6-5中的所述脉冲调制环节为过脉冲调制算法。
从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种分布式电源***用储能变流器双模式运行控制方法，判断储能变流器当前的运行模式；根得到并网模式下的电流控制指令及电流环指令；得到孤岛模式下电流控制指令及电流环指令；根据当前的电流环指令与检测电流的差值得到控制量，根据控制量对储能变流器进行控制。本发明提出的方法简单有效，且双模式下均采用单电流结构实现了双模式下的快速响应。同时在并网/孤岛模式切换时仅需改变电流指令，且不需调整控制环中间变量即可实现平滑过渡；具有较好的模式切换性能；并且能够等效实现传统VCM-VSC控制模式的电压外环电流内环和虚拟阻抗的稳态控制性能。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：
1、本发明所提供的技术方案中，简单有效，且双模式下均采用单电流结构实现了双模式下的快速响应。同时在并网/孤岛模式切换时仅需改变电流指令，且不需调整控制环中间变量即可实现平滑过渡；具有较好的模式切换性能；并且能够等效实现传统VCM-VSC控制模式的电压外环电流内环和虚拟阻抗的稳态控制性能。
2、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。
附图说明
图1是本发明的一种分布式电源***用储能变流器双模式运行控制方法的流程图；
图2是本发明的控制方法中步骤3的流程示意图；
图3是本发明的控制方法中步骤5的流程示意图；
图4是本发明的控制方法中步骤6的流程示意图；
图5是现有技术中双模式运行控制原理图；
图6是本发明的一种分布式电源***用储能变流器双模式运行控制方法的具体应用例中的控制原理图。
具体实施方式
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。
如图1所示，本发明提供一种分布式电源***用储能变流器双模式运行控制方法，控制方法的双模式运行包括在并网模式下运行及在孤岛模式下运行；储能变流器采用单电流环的控制结构；方法包括如下步骤：
步骤1.判断储能变流器当前的运行模式；
若当前的运行模式为并网模式，则进入步骤2；
若当前的运行模式为孤岛模式，则进入步骤4；
步骤2.根据并网模式下的控制目标，得到并网模式下的电流控制指令；
步骤3.根据储能变流器功率指令和分布式电源***电压，得到并网模式下的电流环指令；进入步骤6；
步骤4.根据孤岛模式下的控制目标，得到孤岛模式下电流控制指令；
步骤5.根据电压指令与分布式电源***电压，得到孤岛模式下的电流环指令；
步骤6.根据当前的电流环指令与检测电流的差值得到控制量，根据控制量对储能变流器进行控制。
如图2所示，步骤3包括：
3-1.根据能量管理算法得到储能变流器功率指令，并测量得到分布式电源***电压；
3-2.根据储能变流器功率指令及分布式电源***电压，计算得到电流环指令。
其中，3-2包括：
根据储能变流器功率指令P*和Q*，及分布式电源***电压ug，计算得到电流环指令i*：
式(1)中，下角标α、β及0分别为变量在αβ0静止坐标系下的分量；上角标+、-分别表示正、负序分量。
如图3所示，步骤5包括：
5-1.根据下垂控制或优化控制算法计算得到电压指令；并测量得到分布式电源***电压；
5-2.根据电压指令与分布式电源***电压，得到孤岛模式下的电流环指令。
其中，5-2包括：
将电压指令ug *与分布式电源***电压ug相减，再乘以虚拟导纳系数GVr，得到电流环指令i*：
ik *＝GVr(ugk *-ugk) (2)
式(2)中，k＝α、β、0且下角标α、β及0分别为变量在αβ0静止坐标系下的分量。
如图4所示，步骤6包括：
6-1.检测得到储能变流器的检测电流；
6-2.比较当前的电流环指令与检测电流，得到电流差值；
6-3.将电流差值发送至电流调节器；
6-4.电流调节器调节得到输出所需的控制量；
6-5.根据控制量，经脉冲调制环节输出驱动信号；
6-6.根据驱动信号对储能变流器进行控制。
其中，步骤6-4中的电流调节器为静止坐标下的比例谐振控制器；
6-5中的脉冲调制环节为过脉冲调制算法。
如图5和6所示，本发明提供一种分布式电源***用储能变流器双模式运行控制方法的具体应用例，
图5是现有技术中双模式运行控制原理图。其中，ug为分布式电源***电压；P*和Q*为并网模式下储能变流器功率指令；ug*为孤岛模式下储能变流器电压指令；i为检测的储能变流器电流；ig为检测的储能***并网电流；ZVr为设定的虚拟阻抗值。可见，现有的控制方式，并网时为电流单环控制；孤岛时为电压电流双闭环调节。这样，并网/孤岛响应时间不一。模式切换时，不仅涉及控制指令的切换，而且控制输出也需要切换。因此，需要控制中间变量精心设计才能实现平滑过渡。
图6是本发明原理图。其中，i*为储能变流器电流环控制指令，GVr为设定的虚拟导纳值。其他变量含义同上。可见，双模式下均采用单电流结构，因此可以实现双模式下的快速响应。同时在模式切换时仅涉及电流指令的改变，较容易实现平滑过渡。当ZVrGVr＝1时，在孤岛模式下，本发明所述方法与图5给出的现有技术中所述方法稳态控制性能相同。
具体过程如下：
通过并网和孤岛模式均采用单电流环的控制结构来实现双模式下的快速响应，并通过简单的电流指令变换实现模式间平滑过渡；包括以下步骤：
步骤1:并网和孤岛模式均采用单电流环的控制结构，根据两种模式下的控制目标给出电流控制指令i*。
步骤2:并网模式下电流环指令获取：根据能量管理算法给出的储能变流器功率指令P*、Q*和ug按照功率与电压电流之间关系计算得到电流环指令i*。以αβ0静止坐标系为例，则并网模式下电流指令为：
其中，上标+、－分别表示正、负序分量。下标α、β、0分别为变量在αβ0静止坐标系下的分量。
步骤3:孤岛模式下电流环指令获取：根据下垂控制或者其他优化控制算法给出的电压指令ug*与ug相减，乘以设定的虚拟导纳系数(GVr)得到电流环指令i*。仍以αβ0静止坐标系为例，则孤岛模式下电流指令为：
ik *＝GVr(ugk *-ugk)
其中，k＝α,β,0。
步骤4：i*与i进行比较,将差值送入电流调节器如静止坐标下为比例谐振控制器(PR控制器)，通过PR控制调节输出所需的控制量，并通过脉冲调制算法如空间矢量调制(SVPWM)给出驱动信号。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种分布式电源***用储能变流器双模式运行控制方法，所述控制方法的双模式运行包括在并网模式下运行及在孤岛模式下运行；其特征在于，所述储能变流器采用单电流环的控制结构；所述方法包括如下步骤：
步骤1.判断所述储能变流器当前的运行模式；
若当前的运行模式为所述并网模式，则进入步骤2；
若当前的运行模式为所述孤岛模式，则进入步骤4；
步骤2.根据所述并网模式下的控制目标，得到所述并网模式下的电流控制指令；
步骤3.根据所述储能变流器功率指令和分布式电源***电压，得到所述并网模式下的电流环指令；进入步骤6；
步骤4.根据所述孤岛模式下的控制目标，得到所述孤岛模式下电流控制指令；
步骤5.根据电压指令与分布式电源***电压，得到所述孤岛模式下的电流环指令；
步骤6.根据当前的所述电流环指令与检测电流的差值得到控制量，根据所述控制量对所述储能变流器进行控制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：
3-1.根据能量管理算法得到所述储能变流器功率指令，并测量得到所述分布式电源***电压；
3-2.根据所述储能变流器功率指令及所述分布式电源***电压，计算得到电流环指令。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述3-2包括：
根据所述储能变流器功率指令P*和Q*，及所述分布式电源***电压ug，计算得到电流环指令i*：
式(1)中，下角标α、β及0分别为变量在αβ0静止坐标系下的分量；上角标+、-分别表示正、负序分量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5包括：
5-1.根据下垂控制或优化控制算法计算得到电压指令；并测量得到所述分布式电源***电压；
5-2.根据电压指令与分布式电源***电压，得到所述孤岛模式下的电流环指令。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述5-2包括：
将所述电压指令ug *与分布式电源***电压ug相减，再乘以虚拟导纳系数GVr，得到电流环指令i*：
ik *＝GVr(ugk *-ugk) (2)
式(2)中，k＝α、β、0且下角标α、β及0分别为变量在αβ0静止坐标系下的分量。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤6包括：
6-1.检测得到所述储能变流器的检测电流；
6-2.比较当前的所述电流环指令与所述检测电流，得到电流差值；
6-3.将所述电流差值发送至电流调节器；
6-4.所述电流调节器调节得到输出所需的控制量；
6-5.根据所述控制量，经脉冲调制环节输出驱动信号；
6-6.根据所述驱动信号对所述储能变流器进行控制。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤6-4中的所述电流调节器为静止坐标下的比例谐振控制器；
所述6-5中的所述脉冲调制环节为过脉冲调制算法。
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