储能变流系统与变流器及双向变流器的控制方法和控制器技术方案

本发明专利技术公开了一种储能变流系统与变流器及双向变流器的控制方法和控制器。双向变流器的控制方法包括：将预先确定的馈网电流参考值与储能变流器交流侧的电感电流相减，得到偏差信号，并将偏差信号经过准比例谐振控制器调制得到电压基准信号；将储能变流器交流侧的馈网电流进行线性卡尔曼滤波处理，得到馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号；将馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号经过相对应的增益处理后作为减量与电压基准信号相减，得到电压参考信号；将电压参考信号经过PWM发生器调制，得到控制双向变流器功率开关管的开通与关断的SPWM控制信号。本发明专利技术能够有效滤除储能变流器交流侧电流中11次以内的次高频谐波，改善输出电能的质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微电网电力变换
，特别涉及一种储能变流系统与变流器及双向变流器的控制方法和控制器。
技术介绍
我国西北部等光伏和风电丰富的地区出现了大规模的弃光和弃风现象，其重要原因之一就是光伏发电和风力发电的输出不稳定导致的并网困难。目前，主流的解决方案是为这些光伏电站或者风电场配套一定容量的储能系统，起到一个改善电能质量和“蓄水池”的缓冲作用，以及对大电网的削峰填谷作用，由于储能系统可以并网运行，也可以离网运行，有效地提高了区域电网的供电可靠性和安全性。储能系统主要由储能装置、储能变流器和并网开关等组成，其中，储能变流器是储能系统能量变换和传输的核心，实现了储能装置直流到电网交流电的转换，以及储能装置和电网之间的能量的双向传输。电能变换是通过储能变流器中功率开关器件的高频开关来实现的，这就给交流侧电流引入了高次的谐波，交流侧电流的谐波含量是衡量储能变流器品质的一个重要指标，虽然储能变流器中一般都会有LC或者LCL型滤波电路，但受限于体积、重量和成本，滤波电感器和电容器不会太大，滤波电路的截止频率一般选取为功率开关器件开关频率的10％，对于高频谐波的滤除效果显著，但对于11次以内的次高频谐波滤除效果不佳。因此，需要一种有效的装置和方法来减小储能变流器的交流侧电流谐波含量，改善输出电能质量。
技术实现思路
本专利技术提供了一种储能变流系统与变流器及双向变流器的控制方法和控制器，以解决现有技术中对储能变流器交流侧电流中11次以内的次高频谐波滤除效果不佳的问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一方面，本专利技术提供了一种储能变流器中双向变流器的控制方法，该方法包括：将预先确定的馈网电流参考值与储能变流器交流侧的电感电流相减，得到偏差信号，并将偏差信号经过准比例谐振控制器调制得到电压基准信号；将储能变流器交流侧的馈网电流进行线性卡尔曼滤波处理，得到馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号；将馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号经过相对应的增益处理后作为减量与电压基准信号相减，得到电压参考信号；将电压参考信号经过PWM发生器调制，得到控制双向变流器功率开关管的开通与关断的SPWM控制信号。另一方面，本专利技术提供了一种储能变流器中双向变流器的控制器，该控制器包括：第一减法器、准比例谐振控制器、线性卡尔曼滤波器、第一增益器，第二减法器、PWM发生器；第一减法器，用于将预先确定的馈网电流参考值与储能变流器交流侧电感电流相减，得到偏差信号并发送给准比例谐振控制器；准比例谐振控制器，用于对接收到的偏差信号进行调制，得到电压基准信号并发送给第二减法器；线性卡尔曼滤波器，用于将储能变流器交流侧的馈网电流进行线性卡尔曼滤波处理，得到馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号并发送给第一增益器；第一增益器，用于对馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号进行相对应的增益处理，并将增益后的各次谐波电流的状态估计信号发送给第二减法器；第二减法器，用于将增益后的各次谐波电流的状态估计信号作为减量与电压基准信号相减，得到电压参考信号并发送给PWM发生器；PWM发生器，用于对电压参考信号进行调制，得到控制双向变流器功率开关管的开通与关断的SPWM控制信号。再一方面，本专利技术提供了一种储能变流器，包括双向变流器和与双向变流器连接的上述控制器。又一方面，本专利技术还提供了一种储能变流系统，包括储能装置，电网和上述储能变流器，储能变流器连接在储能装置和电网之间，用于为储能装置充电或为电网供电。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术通过对储能变流器交流侧的馈网电流进行线性卡尔曼滤波处理，得到馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号后，并利用增益后的状态估计信号修正电压基准信号，得到电压参考信号，使PWM发生器根据电压参考信号生成所需的SPWM控制信号，控制双向变流器功率开关管的开通与关断，从而滤除交流电流中谐波含量较高的次高频谐波含量，改善输出电能的质量。附图说明图1为本专利技术实施例提供的储能变流器中双向变流器的控制器的结构框图；图2为本专利技术实施例提供的控制器的信号处理流程图；图3为本专利技术实施例提供的储能变流器中双向变流器的控制方法流程图；图4为本专利技术实施例提供的储能变流器结构框图；图5为本专利技术实施例提供的储能变流器结构图；图6为本专利技术实施例提供的另一种储能变流器的结构图；图7为本专利技术实施例提供的储能变流系统结构框图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一图1为本专利技术实施例提供的储能变流器中双向变流器的控制器的结构框图，如图1所示，该控制器1包括：第一减法器11、准比例谐振控制器12、线性卡尔曼滤波器13、第一增益器14，第二减法器15、PWM(PulseWidthModulation，脉冲宽度调制)发生器16；第一减法器11与准比例谐振控制器QPR12连接，用于将预先确定的馈网电流参考值与储能变流器交流侧电感电流相减，得到偏差信号并发送给准比例谐振控制器QPR12；其中，馈网电流参考值为交流电流；准比例谐振控制器QPR12与第二减法器15连接，用于对接收到的偏差信号进行调制，得到电压基准信号并发送给第二减法器15；线性卡尔曼滤波器LKF13与第一增益器14连接，用于将储能变流器交流侧的馈网电流进行线性卡尔曼滤波处理，得到馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号并发送给第一增益器14；第一增益器14与第二减法器15连接，用于对馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号进行相对应的增益处理，并将增益后的各次谐波电流的状态估计信号发送给第二减法器15；第二减法器15与PWM发生器16连接，用于将增益后的各次谐波电流的状态估计信号作为减量与电压基准信号相减，得到电压参考信号并发送给PWM发生器16；PWM发生器16，用于对电压参考信号进行调制，得到控制双向变流器功率开关管的开通与关断的SPWM(SinusoidalPulseWidthModulation，正弦脉冲宽度调制)控制信号。本实施例的控制器通过利用线性卡尔曼滤波器LKF对储能变流器交流侧的馈网电流进行线性卡尔曼滤波处理，得到馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号后，并利用增益后的状态估计信号修正电压基准信号，得到电压参考信号，使PWM发生器根据电压参考信号生成所需的SPWM控制信号，控制双向变流器功率开关管的开通与关断，滤除交流电流中谐波含量较高的次高频谐波含量，改善输出电能的质量。虽然本实施例利用增益后的馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号修正电压基准信号后，使得PWM发生器生成的SPWM控制信号能够滤除交流电流中谐波含量较高的次高频谐波含量，但无法有效地滤除交流电流中的高频谐波，因此在本实施例的一个优选方案中，进一步利用储能变流器交流侧的电容电流修正电压基准信号，使PWM发生器生成的SPWM控制信号还能够滤除交流电流中的高频谐波。在本优选方案中，图1所示的控制器还包括与第二减法器15连接的第二增益器，第二增益器用于将储能变流器交流侧的电容电流进行增益处理，将增益后的电容电流发送给第二减法器15；第二减法器15，进一步用于将增益后的各次谐波电流的状态估计信号作为减量，以及将增益后的电容电流作为减量，将两个减量与电压基准信号与相减，得到电压参考信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储能变流器中双向变流器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：将预先确定的馈网电流参考值与储能变流器交流侧的电感电流相减，得到偏差信号，并将所述偏差信号经过准比例谐振控制器调制得到电压基准信号；将储能变流器交流侧的馈网电流进行线性卡尔曼滤波处理，得到馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号；将馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号经过相对应的增益处理后作为减量与所述电压基准信号相减，得到电压参考信号；将电压参考信号经过PWM发生器调制，得到控制双向变流器功率开关管的开通与关断的SPWM控制信号。

【技术特征摘要】
1.一种储能变流器中双向变流器的控制方法，其特征在于，所述方法包括：将预先确定的馈网电流参考值与储能变流器交流侧的电感电流相减，得到偏差信号，并将所述偏差信号经过准比例谐振控制器调制得到电压基准信号；将储能变流器交流侧的馈网电流进行线性卡尔曼滤波处理，得到馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号；将馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号经过相对应的增益处理后作为减量与所述电压基准信号相减，得到电压参考信号；将电压参考信号经过PWM发生器调制，得到控制双向变流器功率开关管的开通与关断的SPWM控制信号。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在将储能变流器交流侧的馈网电流进行线性卡尔曼滤波处理前，所述方法还包括：以Δt为采样间隔对馈网电流进行离散化处理，得到离散化的馈网电流建立所述离散化的馈网电流的状态方程为输出方程为Y(k)＝CX(k)+λ(k)；其中，I0和In分别表示馈网电流的基波与n(n＝3,5，…11)次谐波的幅值，ω0为馈网电流的基波角频率，θ0与θn分别表示基波和n次谐波的初始相位角，k表示第k次采样，状态变量X(k)＝[x1(k),x2(k),...,x12(k)]T，Y(k)为输出变量，和λ(k)表示系统过程噪声和测量噪声，B＝[1010…10]T，C＝[1010…10]，3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述将储能变流器交流侧的馈网电流进行线性卡尔曼滤波处理包括：步骤1，根据建立的线性状态方程和输出方程，分别确定系统过程噪声和测量噪声λ(k)的协方差Q和R，并初始化状态变量的估计矩阵和状态变量的协方差估计矩阵步骤2，根据所述线性状态方程、系统过程噪声和测量噪声的协方差以及状态变量的估计矩阵和状态变量的协方差估计矩阵，建立预测协方差矩阵和卡尔曼增益步骤3，利用建立的卡尔曼增益K和输出侧电流测量值Y修正当前的估计矩阵得到修正后的当前的估计矩阵步骤4，利用修正后的当前的估计矩阵预测下一时刻的估计矩阵并根据建立的卡尔曼增益和预测协方差矩阵P计算下一时刻的协方差估计矩阵其中E为单位矩阵；步骤5，利用下一时刻的协方差估计矩阵更新初始化的协方差估计矩阵以及利用下一时刻的估计矩阵更新初始化的估计矩阵在下一时刻时返回步骤2进行循环迭代，直至储能变流器停止工作。4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述将馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号经过相对应的增益处理后作为减量与所述电压基准信号相减，得到电压参考信号包括：将馈网电流中各次谐波电流的状态估计信号经过相对应的增益处理后作为减量，以及将储能变流器交流侧的电容电流经过增益处理后作为减量，将两个减量与所述电压基准信号与相减，得到电压参考信号。5.一种储能变流器中双向变流器的控制器，其特征在于，所述控制器包括：第一减法器、准比例谐振控制器、线性卡尔曼滤波器、第一增益器，第二减法器、...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志鹏，姜新宇，曾辉，许贤昶，吴胜兵，孙开发，
申请(专利权)人：广州智光电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44