储能逆变器并网孤网双模式控制策略研究.doc

word格式精心整理版 范文范例 学习指导 储能逆变器并网/孤网双模式控制策略研究 1 引言???????? 随着经济发展，传统能源需求迅速增长，而一味地扩大电网规模显然并不能满足对电能的要求。因此包括基于风电、光伏等可再生能源及电池储能技术[1]的分布式发电技术正在快速发展。而逆变器[2]作为分布式发电系统中的核心部件已成为研究焦点。目前的逆变器大多数都是单功能逆变器，或作并网运行，将电能供给远程负载使用[3][4]。或作微电网独立运行，实现对本地负载的不间断供电[5]。文献[6][7]提出了双控制模式和间接电流控制模式的算法，但都是基于单相系统提出的。???????? 本文所研究的储能逆变器是一类适合智能电网建设，应用在储能环节，基于空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)方式控制，以双向逆变为基本特点，并可并网/孤网双模式运行的三相变流器。当电网电力比较充足，且此时用电处于低谷的时候，变流器工作在整流状态，通过电网向储能电池充电，将电能储存起来；当电网电力缺乏，处于用电高峰的时候，双向变流器工作在逆变状态，将电能从储能电池反馈给大电网，此时逆变器相对于电网来说作为一个电流源。而当电网出现故障，使微电网处于孤网状态时，其能在微网中起到应急独立逆变作用，此时储能逆变器要能充当网络电源，负责调节微电网的电压和频率，此时控制的关注点是输出电压波形质量，此时储能逆变器相于微电网来说作为一个电压源。??????? ?本文针对三相储能逆变器在并网运行和孤网运行下的特点，分别采用电流控制策略和电压控制策略，设计出了相应的仿真模型，并对其控制性能进行了仿真研究。基于目前文献较少涉及到并网和独立工作切换过程分析，本文分析了切换过程中可能引起的负载电压电流突变，并提出了的解决方法。2 系统结构及基本原理???????? 本文所研究的三相三线逆变器结构如图1所示，系统由蓄电池，三相逆变桥，三相LC滤波器，工频变压器和并网开关组成。其中AC-DC部分采用三相半桥电压型PWM整流器拓扑结构，由6个IBGT模块构成，其应用广泛，可靠性高。控制方式采用SVPWM[8][9]，直流电压利用率(即逆变器输出电压基波线电压有效值与直流侧电压比值)最大可达0.707，比采用SPWM控制方式高出15%。由于采用SVPWM控制方式时输出电压具有一定的较高次谐波，因此要由三相LC滤波器将主要的谐波滤除。输出变压器连接成?/Y无中线方式，并认为输出匝比为1，可阻止逆变桥输出PWM脉冲电压中所含的3倍频谐波这样的零序分量传输到输出端，并可实现与电网及负载的电气隔离。并网开关实现电网和逆变器的连接和断开。图1 储能逆变器系统结构图3 三相SVPWM数学模型分析??????? 在逆变器建模时，将负载处理为外部扰动输入量，这样建立一个形式简单而又严格成立的线性模型。利用坐标系变换，得到三相无中线逆变器在同步旋转dq坐标系下变量的表达式为：?? (1)??????? 根据式（1）得到三相无中线逆变器在dq坐标系下的模型如图2所示。从图2中可以看出在dq坐标系下，q轴的输出电压以及电感电流分量耦合到d轴上，而d轴的输出电压以及电感电流分量耦合到q轴上，即dq坐标系下的三相逆变器数学模型是一个两输入两输出的耦合系统。而d轴和q轴间的耦合会影响系统的动态性能，因此，如果控制系统中包含这些扰动量，则可以消除它们的影响。4 控制系统设计??????? 根据储能逆变器在并网和孤网环境下工作时的特点，本文设计两种控制模式：电流控制模式和电压控制模式，分别用于并网和孤网控制。控制总体框图如图3所示，开关K用于两种模式间的切换。对于一般的恒值调节系统，只要控制器中含有积分环节，该系统就是无静差系统，经过调节总可以达到输出等于给定，因此电流控制和电压控制都采用PI调节器。图3 逆变控制结构图4.1并网电流控制模式??????? 并入大电网时，电网系统可视为容量无穷大的定值交流电压源，输出的电压被电网电压箝位而不可控，常采用电流或功率控制方式。又因直流母线电压由蓄电池提供，不会出现大的波动，因此采用直接电流单环控制方式，拓扑结构如图4所示。由给定功率和网侧电压经过运算求出交流侧电流指令信号，再引入交流侧电流反馈，通过对交流侧电流的直接控制使其跟踪指令电流值。经dq变换后的控制框图如图5所示，其中对耦合项，采用前馈解耦方法，解耦后可将d轴和q轴等效成两个独立的系统进行调节，虚线框内为逆变器数学模型。此控制方式能有效地跟踪负载电流的变化，具有动态性能好，电流控制精度高等优点。图4 三相逆变器并网运行dq控制框图4.2孤网电压控制模式??????? 孤网控制时，逆变器作为主力供电机组为负载提供电能，等效为