储能变流器的控制方法及装置、存储介质、电子装置与流程
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种储能变流器的控制方法及装置、存储介质、电子装置。
背景技术：
随着分布式电源在微电网中的渗透率越来越高，其输出功率的间歇性和不确定性带来的负面影响也日渐突出，需引入储能系统对微电网中的功率波动进行调节。而储能变流器作为储能系统中的关键性设备，在并网状态下，对其控制的稳定性决定着整个储能系统乃至整个电网的稳定。
常见的储能变流器控制策略有很多，其中，以双闭环控制最为典型，外环包括pq控制、v/f控制、下垂控制等，而内环常为电流环；内环控制直接关系到储能变流器并网运行的稳态和动态性能，常见的技术包括矢量控制和直接功率控制。矢量控制直接通过电流环来控制电流，具有控制精度高、谐波特性好、限流容易等特点，其主要包括比例积分(proportionalintegral，简称为pi)控制、比例谐振(proportionalresonant，简称为pr)控制、无差拍(deadbeat，简称为db)控制、滑模控制等。这些控制技术均是在理想电网条件下，对储能变流器的控制策略进行研究的，实际电网中常常存在谐波畸变、电压不对称，甚至电压跌落等非理想状态，若忽略实际运行时电网的这些非理想条件，一旦电网处于非理想状态，而储能变流器依然按理想电网的控制策略运行，则会使其性能下降，严重时会引起故障保护装置动作，甚至烧毁相关设备，还会污染电网和破坏电网的稳定；同时在非理想电网下，直流母线电压会产生二倍频波动，直流母线的电容使用寿命也会受到影响。
相关技术中给出了基于α-β坐标系的电网不对称条件下储能变流器预测电流的控制策略，但该策略仅实现了设备在非理想电网下的低电压穿越能力，并没有抑制网压不平衡时储能变流器注入电网的负序电流；相关技术中，还提出了针对光伏逆变器在电网电压畸变不平衡时，给出了一种并网电流不平衡和有功波动之间的协调控制策略，这种控制策略虽一定程度上提高了电能质量，但仍有少部分负序电流入网，而且并没有低电压穿越能力；相关技术中针对电网小扰动情况下，给出了比例积分和重复控制并联的复合控制策略，虽能有效抑制并网电流谐波，但仍无法实现电压跌落时的低电压穿越。
针对相关技术中，在非理想状态(例如电网电压不平衡乃至跌落)下，储能变流器如何有效抑制储能变流器的并网负序电流和功率的二倍频振荡，以及使储能变流器具有一定的低电压穿越能力等问题，尚未提出有效的技术方案。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种储能变流器的控制方法及装置、存储介质、电子装置，以至少解决相关技术中在非理想状态(例如电网电压不平衡乃至跌落)下，储能变流器如何有效抑制储能变流器的并网负序电流和功率的二倍频振荡，以及使储能变流器具有一定的低电压穿越能力等问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种储能变流器的控制方法，包括：在检测到电网电压值大于第一阈值的情况下，通过以下方式抑制并网负序电流和功率二倍频波动：获取交流ac/直流dc变换器的功率模型，设置所述ac/dc变流器的功率模型的负序参量和二倍频参量均小于第二阈值，以确定储能变流器的有功功率指令；在检测到所述电网电压值小于所述第一阈值的情况下，通过以下方式抑制并网负序电流和功率二倍频波动：获取ac/dc变换器的功率模型，设置所述ac/dc变换器的功率模型的负序参量和二倍频参量均小于第二阈值，且在dc/dc变换器侧，根据降额矫正系数确定电流指令，并根据所述电流指令确定所述储能变流器的输出。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种储能变流器的控制装置，包括：抑制模块，用于在检测到电网电压值大于第一阈值的情况下，通过以下方式抑制并网负序电流和功率二倍频波动：获取交流ac/直流dc变换器的功率模型，设置所述ac/dc变流器的功率模型的负序参量和二倍频参量均小于第二阈值，以确定储能变流器的有功功率指令；处理模块，用于在检测到所述电网电压值小于所述第一阈值的情况下，通过以下方式抑制并网负序电流和功率二倍频波动：获取ac/dc变换器的功率模型，设置所述ac/dc变换器的功率模型的负序参量和二倍频参量均小于第二阈值，且在dc/dc变换器侧，根据降额矫正系数确定电流指令，并根据所述电流指令确定所述储能变流器的输出。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行以上任一项所述的储能变流器的控制方法。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行以上任一项所述的储能变流器的控制方法。
通过本发明，在检测到电网电压值大于第一阈值的情况下，通过以下方式抑制并网负序电流和功率二倍频波动：获取交流ac/直流dc变换器的功率模型，设置所述ac/dc变流器的功率模型的负序参量和二倍频参量均小于第二阈值，以确定储能变流器的有功功率指令；
在检测到所述电网电压值小于所述第一阈值的情况下，通过以下方式抑制并网负序电流和功率二倍频波动：获取ac/dc变换器的功率模型，设置所述ac/dc变换器的功率模型的负序参量和二倍频参量均小于第二阈值，且在dc/dc变换器侧，根据降额矫正系数确定电流指令，并根据所述电流指令确定所述储能变流器的输出，采用上述技术方案，解决了相关技术中，在非理想状态(例如电网电压不平衡乃至跌落)下，储能变流器如何有效抑制储能变流器的并网负序电流和功率的二倍频振荡，以及使储能变流器具有一定的低电压穿越能力等问题，进而能够有效地抑制储能变流器并网负序电流和功率的二倍频振荡，而且使储能变流器具有一定的低电压穿越能力。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为根据本发明实施例的储能变流器的控制方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的储能变流器的控制装置的结构框图；
图3是根据本发明实施例的抑制并网负序电流分量和功率二倍频波动的控制框图；
图4是根据本发明实施例的基于双旋转坐标系下的降额低电压穿越控制策略框图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
实施例1
本发明实施例提供了一种，图1为根据本发明实施例的储能变流器的控制方法的流程图，如图1所示，包括以下步骤：
步骤s102：在检测到电网电压值大于第一阈值的情况下，通过以下方式抑制并网负序电流和功率二倍频波动：获取交流ac/直流dc变换器的功率模型，设置所述ac/dc变流器的功率模型的负序参量和二倍频参量均小于第二阈值，以确定储能变流器的有功功率指令；
需要说明的是，第二阈值可以是无限接近于0的值，例如，使得ac/dc变流器的功率模型的负序参量和二倍频参量均等于0。
步骤s104：在检测到所述电网电压值小于所述第一阈值的情况下，通过以下方式抑制并网负序电流和功率二倍频波动：获取ac/dc变换器的功率模型，设置所述ac/dc变换器的功率模型的负序参量和二倍频参量均小于第二阈值，且在dc/dc变换器侧，根据降额矫正系数确定电流指令，并根据所述电流指令确定所述储能变流器的输出。
通过本发明，在检测到电网电压值大于第一阈值的情况下，通过以下方式抑制并网负序电流和功率二倍频波动：获取交流ac/直流dc变换器的功率模型，设置所述ac/dc变流器的功率模型的负序参量和二倍频参量均小于第二阈值，以确定储能变流器的有功功率指令；
在检测到所述电网电压值小于所述第一阈值的情况下，通过以下方式抑制并网负序电流和功率二倍频波动：获取ac/dc变换器的功率模型，设置所述ac/dc变换器的功率模型的负序参量和二倍频参量均小于第二阈值，且在dc/dc变换器侧，根据降额矫正系数确定电流指令，并根据所述电流指令确定所述储能变流器的输出，采用上述技术方案，解决了相关技术中，在非理想状态(例如电网电压不平衡乃至跌落)下，储能变流器如何有效抑制储能变流器的并网负序电流和功率的二倍频振荡，以及使储能变流器具有一定的低电压穿越能力等问题，进而能够有效地抑制储能变流器并网负序电流和功率的二倍频振荡，而且使储能变流器具有一定的低电压穿越能力。
需要说明的是，上述步骤s102和步骤s104并不代表执行顺序，实际技术方案也有可能是先执行步骤s104，再执行步s102，本发明实施例对此不作限定。
可选地，所述ac/dc变流器的功率模型包括：
在本发明的一个可选实施例中，设置所述ac/dc变流器的功率模型的负序参量和二倍频参量均等于0，以确定储能变流器的有功功率指令，包括：通过以下公式确定有功功率指令
具体地，在dc/dc变换器侧，根据降额矫正系数确定电流指令，可以通过以下技术方案实现：
根据以下公式确定电流指令
采用上述技术方案，针对储能变流器在电网电压不平衡乃至跌落时，对微电网系统和大电网造成的不利影响提供了一种控制方法，该控制方法不仅能够有效地抑制储能变流器并网负序电流和功率的二倍频振荡，而且使储能变流器具有一定的低电压穿越能力，此外，该控制方法可以实现理想电网条件下和非理想电网条件下的自动切换。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例的方法。
实施例2
在本实施例中还提供了一种储能变流器的控制装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图2是根据本发明实施例的储能变流器的控制装置的结构框图，如图2所示，该装置包括：
抑制模块20，用于在检测到电网电压值大于第一阈值的情况下，通过以下方式抑制并网负序电流和功率二倍频波动：获取交流ac/直流dc变换器的功率模型，设置所述ac/dc变流器的功率模型的负序参量和二倍频参量均小于第二阈值，以确定储能变流器的有功功率指令；
处理模块22，用于在检测到所述电网电压值小于所述第一阈值的情况下，通过以下方式抑制并网负序电流和功率二倍频波动：获取ac/dc变换器的功率模型，设置所述ac/dc变换器的功率模型的负序参量和二倍频参量均小于第二阈值，且在dc/dc变换器侧，根据降额矫正系数确定电流指令，并根据所述电流指令确定所述储能变流器的输出。
需要说明的是，第二阈值可以是无限接近于0的值，例如，使得ac/dc变流器的功率模型的负序参量和二倍频参量均等于0。
通过本发明，在检测到电网电压值大于第一阈值的情况下，通过以下方式抑制并网负序电流和功率二倍频波动：获取交流ac/直流dc变换器的功率模型，设置所述ac/dc变流器的功率模型的负序参量和二倍频参量均小于第二阈值，以确定储能变流器的有功功率指令；
在检测到所述电网电压值小于所述第一阈值的情况下，通过以下方式抑制并网负序电流和功率二倍频波动：获取ac/dc变换器的功率模型，设置所述ac/dc变换器的功率模型的负序参量和二倍频参量均小于第二阈值，且在dc/dc变换器侧，根据降额矫正系数确定电流指令，并根据所述电流指令确定所述储能变流器的输出，采用上述技术方案，解决了相关技术中，在非理想状态(例如电网电压不平衡乃至跌落)下，储能变流器如何有效抑制储能变流器的并网负序电流和功率的二倍频振荡，以及使储能变流器具有一定的低电压穿越能力等问题，进而能够有效地抑制储能变流器并网负序电流和功率的二倍频振荡，而且使储能变流器具有一定的低电压穿越能力。
可选地，所述ac/dc变流器的功率模型包括：
在本发明实施例中，处理模块22，还用于根据以下公式确定电流指令
抑制模块20，还用于通过以下公式确定有功功率指令
具体地，在dc/dc变换器侧，处理模块，还用于根据以下公式确定电流指令
需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。
以下结合本发明优选实施例对上述技术方案进行说明，但不用于限定本发明实施例的技术方案。
本发明所采用的技术方案是：提供了一种非理想电网下储能变流器的控制方法，包括基于双二阶广义积分锁相环(dualsecondordergeneralizedintegralphaselockedloop，dsogi-pll)技术，抑制并网负序电流和功率二倍频波动控制策略以及基于双旋转坐标系下的降额低电压穿越控制策略。
所述的dsogi-pll技术，其作用是可以快速准确地跟踪电网电压不平衡时的正、负序电压相位，为实现双级型储能变流器的单位功率因数运行奠定了基础。
所述的抑制并网负序电流和功率二倍频波动控制策略，作用是在电网电压出现小幅度的不平衡状态时，使双级型储能变流器输出并网电流平衡，输出功率不存在二倍频波动，保证电网电能质量和相关设备的安全运行。
所述的基于双旋转坐标系下的降额低电压穿越策略，作用是在电网发生跌落故障的情况下，双级型储能变流器能够在一定的时间内持续并网而不脱网，并且在电网电压恢复正常后，能够快速达到故障前的运行状态。
本发明涉及非理想电网下储能变流器的控制策略，该方法基于双旋转坐标系下的抑制负序电流和功率二倍频波动控制策略及降额低电压穿越控制策略。
当电网电压值在额定值的85％～110％之间波动而引起的电网不平衡条件下，为实现三相并网电流对称和平抑功率二倍频波动的控制目标，可采用抑制交流侧负序电流和功率二倍频波动的控制策略。根据非理想电网下储能变流器dc/ac侧的数学模型。
并结合功率计算公式
可以整理得出dq坐标系下有功和无功功率方程为
其中，p0、q0分别表示为储能变流器输出的有功直流分量、无功直流分量；pc2、ps2、qc2、qs2分别表示为储能变流器输出的有功、无功二倍频分量。
为了抑制并网负序电流和功率二倍频波动，则令式(3)中
即可得输出功率指令为
对式(5)求解，可得此时的电流内环的控制指令为
在实际控制中，为了实现储能变流器的单位功率因数运行，一般可令
kp、ki分别表示电压外环pi调节器的比例、积分系数；
综上所述，有功功率指令的产生是利用交流侧电压外环pi控制器的输出作为交流侧电流内环的d轴电流指令，然后根据dq坐标系下的功率计算式(8)计算得出。为了简化控制，本发明优选实施例采用电压电流双闭环控制策略，在对正序分量实现有效控制的基础上，通过电网电压负序分量的反馈，实现了抑制并网负序电流分量和功率二倍频波动的控制，控制框图如图3所示。
电网电压在发生跌落故障时，由于双级型储能变流器直流侧功率无法突变，而交流侧电压减小，如果在不抑制交流输出电流的前提下，则双级型储能变流器可能会出现交流过流故障而导致停机；若交流输出电流有限幅，则会导致直流母线电压抬升，从而引起直流母线过压故障而停机。对此，本发明实施例还提出了基于双旋转坐标系下的降额低电压穿越控制策略。并且，考虑到电网电压不平衡跌落时，会引起并网电流的不平衡，故在低电压穿越控制策略中加入了抑制并网负序电流策略，该策略同样适用于电网电压对称跌落。
式(9)为电流指令降额公式，其中，
如图4所示，基于双旋转坐标系下的降额低电压穿越控制策略框图，在电网电压发生跌落故障时，dc/ac侧依然采用抑制并网负序电流控制，而对于dc/dc侧则根据电网电压跌落后的有效值计算，选取最小的电网电压有效值，经过标幺后与储能变流器的电流指令值相乘并再与降额校正系数相乘，从而降低了储能变流器的有功输出。进而使在电网电压跌落情况下，储能变流器的交流输出电流减小，避免了交流过流故障。同时，直流侧功率降低后，直流母线电压受电压外环控制，并不后有多余的能量在母线上积攒。从而实现储能功率变换器的低电压穿越。对于电网电压不对称跌落时，由于有抑制负序电流控制策略，从而也使并网电流不会存在负序分量。
本发明实施例的技术方案，通过检测电网电压值是否正常，如果电网电压在额定值的85％～110％之间发生不平衡情况，则通过抑制并网负序电流和功率二倍频波动控制策略使储能变流器能够连续运行；当检测到电网电压低于额定值的85％后，则控制系统立即切换至降额低电压穿越控制，并根据要求，在一定的时间内完成低电压穿越。这两种控制状态的切换可以通过一个标志位来完成。
综上，本发明优选实施例提供的是一种广义二阶积分锁相环，既用于理想电网条件下的锁相，也用于非理想电网下的锁相，同时实现了电压、电流的正负序分离；
而抑制并网负序电流和功率二倍频波动控制策略在于根据非理想电网下的ac/dc侧功率模型，使模型中的负序参量和二倍频参量均设为0，正序电流给定值是dc/dc侧的功率外环输出；
降额低电压穿越控制策略在于ac/dc侧采用抑制并网负序电流和功率二倍频波动控制，在dc/dc侧通过引入降额校正系数实现网压跌落时的低电压穿越；在本发明实施例以及优选实施例的技术方案中，控制算法中的参量均采用标幺值进行运算；
对于三相锁相技术，本发明给出的是双二阶广义积分锁相技术，当然也可以运用双同步坐标解耦锁相技术，相比较而言，双二阶广义积分锁相技术实现简单并且坐标变换少，大大节省了cpu计算资源；而对于电流环控制算法，本发明给出的是比例积分(pi)控制器，也可以用比例谐振(pr)控制器来实现，只不过pr控制算法较为复杂，且参数调试较为困难，鲁棒性差。
需要说明的是，上述实施例1-实施例2的技术方案可以结合使用，也可以单独使用，本发明实施例对此不作限定。
综上，本发明实施例兼顾了电网电压小幅度不平衡和大幅度跌落时储能变流器的控制。通过抑制并网负序电流和功率的二倍频波动，保证了电网的电能质量，解决了由功率二倍频波动引起的储能变流器直流母线波动问题；通过降额低电压穿越控制策略，解决了电网电压跌落时，储能变流器的直流母线过压和输出过流等问题，实现了储能变流器的故障穿越功能。与现有技术相比，本发明的控制方法具有动态响应速度快，控制稳定，算法易于实现，且节约硬件资源等优点。
实施例3
本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质包括存储的程序，其中，上述程序运行时执行上述任一项的方法。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的程序代码：
s1，在检测到电网电压值大于第一阈值的情况下，通过以下方式抑制并网负序电流和功率二倍频波动：获取交流ac/直流dc变换器的功率模型，设置所述ac/dc变流器的功率模型的负序参量和二倍频参量均小于第二阈值，以确定储能变流器的有功功率指令；
s2，在检测到所述电网电压值小于所述第一阈值的情况下，通过以下方式抑制并网负序电流和功率二倍频波动：获取ac/dc变换器的功率模型，设置所述ac/dc变换器的功率模型的负序参量和二倍频参量均小于第二阈值，且在dc/dc变换器侧，根据降额矫正系数确定电流指令，并根据所述电流指令确定所述储能变流器的输出。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：u盘、只读存储器(read-onlymemory，简称为rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，简称为ram)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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