一种储能电流器三相电压独立限流控制方法
【专利摘要】本发明采用了一种三相电压独立限流控制方法。包括三相独立的锁相环，每相分别锁定自己的角度，有效的减小了角度偏差；三相独立的电压环，每相计算自己的电压参考并进行独立的控制，有效的减小了输出电压的偏差；三相独立的功率计算，可以使每相输出不同的功率。本发明有效的提高了储能变流器在不平衡负载及不平衡电压条件下的利用效率，提高了系统运行的经济性和稳定性。本发明所述控制策略具有良好的通用性、实用性和应用前景。
【专利说明】—种储能电流器三相电压独立限流控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统领域的电力电子控制技术，适用于三相独立控制的变流器控制技术。
【背景技术】
[0002]随着分布式能源发电技术的发展，分布式发电的容量越来越大，大量的分布式电源接入电网必然会影响电网的安全稳定运行，此时微电网作为一种能够发挥分布式电源潜能的组织形式被提出。近年来微电网相关技术迅猛发展，微电网已经成为电力系统领域的一个新的发展方向。
[0003]储能变流器作为微电网内的能量转换单元，在微电网内的作用是至关重要的。目前储能变流器大多采用三相控制，三相控制的优点是控制简单、可靠，但三相控制的前提是认为电网电压和负荷都是平衡的或近似平衡的。而实际中微电网内的负荷极有可能是不平衡的，若仍然采用三相控制必然会造成设备容量的浪费，影响电网运行的经济性，严重时还会影响微电网的安全稳定运行；同时微电网内的不平衡负荷还会造成电网电压的不平衡，此时储能变流器会产生负序电流，造成直流电压波动，也会降低变流器的有效容量，还会影响电网运行的稳定性和经济性。
【发明内容】
[0004]本发明采用了一种三相电压独立控制技术应用在储能变流器的控制技术中，本发明所要解决的技术问题:平衡电压下给不平衡负载供电，不平衡电压下给平衡负载供电，不平衡电压下给不平衡负载供电，提高系统运行的经济性和稳定性。
[0005]本发明的具体实现方案如下:
[0006]一种储能变流器的三相电压独立限流控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:
[0007]步骤1:储能变流器控制系统对三相电压采用独立的锁相环，首先由每相电压采样器采集相应相的电压，通过数字锁相环技术锁定该相电压的角度，三个锁相环的控制参数相同；
[0008]步骤2:储能变流器控制系统对三相电压分别采用独立的电压环，根据锁相环输出的结果，并结合该相的期望值，每相采用独立的PI调节器计算该相的电压参考并进行独立控制，三个电压环的控制参数相同；
[0009]步骤3:储能变流器设置三相独立计算功率环，每一相的功率环根据该相的电压和电流及锁相环的输出计算各相的功率，并进行独立的功率控制。
[0010]本发明还进一步包括以下优选技术方案:
[0011]在步骤I中，锁相环的输入为储能变流器输出的每相电压幅值电压，输出为该相电压的角度；
[0012]锁相环包括坐标变换器、正序电压提取器、锁相环中的PI调节器和积分器；采集到的电压送入正序电压提取器，由正序电压提取器提取正序电压；将提取的正序电压与O比较，将差值送入所述锁相环中的PI调节器；所述锁相环中的PI调节器的输出加上系统频率的结果作为积分器的输入，积分器的输出为最终锁到的角度。
[0013]在步骤2中，电压环的输入为该相目标值及该相锁相环输出，输出为该相的脉冲
信号;
[0014]电压环包括电压环中的PI调节器、脉冲计算器、脉冲输出器等环节；PI调节器的输入为相应相的期望值与实际值，同时根据锁相环得到的角度计算得到每相的电压参考，输入的所述期望值可以是功率期望，也可以是电压期望；脉冲计算器将PI调节器得到的模拟电压参考转换为数值信号后送入脉冲输出器；脉冲输出器根据电压参考计算应输出的脉冲信号，输出为每相上下桥臂的两路PWM脉冲，其中，所述PWM脉冲可以是SPWM脉冲，也可以是SVPWM脉冲。
[0015]在步骤3中，功率环的输入为该相的电压、电流及该相的锁相环输出，输出为该相的有功功率及无功功率；
[0016]功率环包括电压采样器、电流采样器、坐标变换器、功率计算器和功率分解器等环节。电压采样器的输入为交流母线电压，电流采样器的输入为每相电流；坐标变换器根据采集到的电压和电流及锁相环得到的角度将交流信号变为易于处理的直流信号；功率计算器根据电压、电流坐标变换器的输出计算功率；功率分解器将得到的功率进行分解，得到有功功率和无功功率。
[0017]本发明具有以下有益效果:
[0018]本发明采用了一种三相电压独立控制技术，克服了电压不平衡及负载不平衡对系统运行的影响。
[0019]本发明能够在系统电压不平衡时保证对负载的可靠供电，提高了系统运行的稳定性。
[0020]本发明能够在负载不平衡条件下，使储能变流器每相输出不同的功率，以适应不平衡负载的需求，提高了储能变流器的利用效率，同时也提高了系统运行的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明储能变流器的三相电压独立限流控制系统结构框图；
[0022]图2为本发明控制方法中锁相环流程图；
[0023]图3为本发明电压控制流程图；
[0024]图4本发明功率计算流程图。
【具体实施方式】
[0025]下面根据说明书附图并结合具体案例对本发明的技术方案进一步详细表述。
[0026]图1为本发明的控制系统结构框图。控制系统包含3部分:锁相环部分、功率计算环节、电压计算环节。系统输入为交流母线三相电压、装置三相电流，输出为PWM信号。锁相环根据采集到的电压锁定角度；功率计算环节根据采集到的电压、电流及锁相环的输出计算有功功率和无功功率；电压控制环节根据期望值、实际值及锁相环输出计算应输出的脉冲信号，并将脉冲信号通过光纤送给主回路的驱动板，进而实现对装置的控制。[0027]基于上述的控制系统，本发明公开了一种储能变流器的三相电压独立限流控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:
[0028]步骤1:储能变流器控制系统对三相电压采用独立的锁相环，首先由每相采集自己的电压，通过数字锁相环技术锁定该相电压的角度，三个锁相环的控制参数相同；
[0029]图2为本发明的数字锁相环示意图。本发明采用独立的数字锁相环。锁相环的输入为交流母线每相电压幅值电压，输出为每相角度。锁相环包括坐标变换器、正序电压提取器、PI调节器和积分器等环节。采集到的电压送入正序电压提取器，由正序电压提取器提取正序电压；将提取的正序电压与O比较，将差值送入PI调节器；PI调节器的输出加上系统频率的结果作为积分器的输入，积分器的输出为最终锁到的角度。PI调节器比例增益K与积分时间常数T需要根据实际情况调整，与硬件参数、主回路结构等有关，但三个PI调节器的参数相同。
[0030]步骤2:储能变流器控制系统对三相电压分别采用独立的电压环，根据锁相环输出的结果，并结合该相的目标值，每相采用独立的PI调节器计算自己的电压参考并进行独立控制，三个电压环的控制参数相同；
[0031]图3为电压控制流程。本发明采用独立的电压环。电压环包括PI调节器、脉冲计算器、脉冲输出器等环节。PI调节器的输入为期望值与实际值，同时根据锁相环得到的角度计算得到每相的电压参考，输入的期望可以是功率期望，也可以是电压期望；脉冲计算器将PI调节器得到的模拟电压参考转换为数值信号后送入脉冲输出器；脉冲输出器根据电压参考计算应输出的脉冲信号，输出为每相上下桥臂的两路PWM脉冲，可以是SPWM脉冲，也可以是SVPWM脉冲；PI调节器的参数需要根据实际情况调整，与硬件参数、主回路参数及储能变流器的容量有关，三个PI调节器的参数相同。
[0032]步骤3:储能变流器设置三相独立计算功率环，每相根据该相的电压和电流及锁相环的输出计算各相的功率，并进行独立的功率控制。
[0033]图4为功率计算流程。本发明三相功率独立计算。功率计算包括电压采样器、电流采样器、坐标变换器、功率计算器和功率分解器等环节。电压采样器的输入为交流母线电压，电流采样器的输入为每相电流；坐标变换器根据采集到的电压和电流及锁相环得到的角度将交流信号变为易于处理的直流信号；功率计算器根据电压、电流坐标变换器的输出计算功率；功率分解器将得到的功率进行分解，得到有功功率和无功功率。
[0034] 申请人:结合明书附图对本发明的实施案例做了详细描述，但是本领域技术人员应该了解，以上实施案例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好的理解本发明精神，而并非针对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当处于本使用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种储能变流器的三相电压独立限流控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 步骤1:储能变流器控制系统对三相电压采用独立的锁相环，首先由每相电压采样器采集相应相的电压，通过数字锁相环技术锁定该相电压的角度，三个锁相环的控制参数相同； 步骤2:储能变流器控制系统对三相电压分别采用独立的电压环，根据锁相环输出的结果，并结合该相的期望值，每相采用独立的PI调节器计算该相的电压参考并进行独立控制，三个电压环的控制参数相同； 步骤3:储能变流器设置三相独立计算功率环，每一相的功率环根据该相的电压和电流及锁相环的输出计算各相的功率，并进行独立的功率控制。
2.根据权利要求1所述的限流控制方法，其特征在于: 在步骤I中，锁相环的输入为储能变流器输出的每相电压幅值电压，输出为该相电压的角度； 锁相环包括坐标变换器、正序电压提取器、锁相环中的PI调节器和积分器；采集到的电压送入正序电压提取器，由正序电压提取器提取正序电压；将提取的正序电压与O比较，将差值送入所述锁相环中的PI调节器；所述锁相环中的PI调节器的输出加上系统频率的结果作为积分器的输入，积分器的输出为最终锁到的角度。
3.根据权利要求1所述的限流控制方法，其特征在于: 在步骤2中，电压环的输入为该相目标值及该相锁相环输出，输出为该相的脉冲信号； 电压环包括电压环中的PI调节器、脉冲计算器、脉冲输出器等环节；PI调节器的输入为相应相的期望值与实际值，同时根据锁相环得到的角度计算得到每相的电压参考，输入的所述期望值可以是功率期望，也可以是电压期望；脉冲计算器将PI调节器得到的模拟电压参考转换为数值信号后送入脉冲输出器；脉冲输出器根据电压参考计算应输出的脉冲信号，输出为每相上下桥臂的两路PWM脉冲，其中，所述PWM脉冲可以是SPWM脉冲，也可以是SVPWM脉冲。
4.根据权利要求1所述的限流控制方法，其特征在于: 在步骤3中，功率环的输入为该相的电压、电流及该相的锁相环输出，输出为该相的有功功率及无功功率； 功率环包括电压采样器、电流采样器、坐标变换器、功率计算器和功率分解器等环节。电压采样器的输入为交流母线电压，电流采样器的输入为每相电流；坐标变换器根据采集到的电压和电流及锁相环得到的角度将交流信号变为易于处理的直流信号；功率计算器根据电压、电流坐标变换器的输出计算功率；功率分解器将得到的功率进行分解，得到有功功率和无功功率。
【文档编号】H02M1/08GK103457446SQ201310399013
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】韩健, 张效宇, 赵璐璐, 何岩, 操丰梅, 张涛, 刘树, 刘志超, 陈建卫, 刘坤, 杜金陵, 刘智全, 王立超 申请人:北京四方继保自动化股份有限公司