一种基于级联广义积分器的电力弹簧多功能化控制方法技术

本发明专利技术公布了一种基于级联广义积分器的电力弹簧多功能化控制方法，包括以下步骤：电压外环采用比例积分控制，得到电力弹簧有功电流参考值；通过级联广义积分器得到关键负载电流基波分量及其正交信号，之后经过电流控制和电压控制模块，形成电力弹簧电压参考信号；电压内环采用多重准比例谐振控制，得到电力弹簧电感电流参考信号；电流内环采用比例控制，其输出经过限幅器后形成调制波信号，将其与载波信号进行比较，生成开关管驱动信号。本发明专利技术能够保证关键负载电压稳定，并有效抑制电网电流谐波；同时能够提供无功补偿，提高电网功率因数。本发明专利技术不引入低通滤波环节，提高了检测实时性，系统可以获得更加良好的动态性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于级联广义积分器的电力弹簧多功能化控制方法
本专利技术涉及电力电子在电力系统中的应用领域，具体涉及一种基于级联广义积分器的电力弹簧多功能化控制方法。
技术介绍
化石能源的逐渐枯竭以及人们对环境保护的重视，使得可再生能源得到了快速的发展。可再生能源发电存在的间歇性和随机性，使其发电量难以预测，这会造成用电需求与电网供能的不匹配，进而造成用户侧负载电压不稳定，严重影响用户侧负载的正常使用。随着可再生能源发电大规模、高比例地并入电网，大量的电力电子装置接入电网中，给电网造成严重的谐波污染。电力弹簧能有效地解决因电网功率波动造成的负载侧电压不稳定的问题。但目前的电力弹簧控制仍存在不足之处，一方面，现有电力弹簧控制主要集中于实现电力弹簧的单个功能，在电力弹簧的多功能化控制方面，现有研究相对较少；另一方面，现有电力弹簧的谐波抑制控制也有其局限性，Wang等人在“HarmonicsSuppressionforCriticalLoadsUsingElectricSpringsWithCurrent-SourceInverters”这篇文献中采用低通滤波环节实现电力弹簧的谐波抑制功能，存在响应速度慢、相位偏移等缺点。ParagKanjiya等人在“EnhancingPowerQualityandStabilityofFutureSmartGridwithIntermittentRenewableEnergySourcesUsingElectricSprings”这篇文献中采用二阶广义积分器来检测关键负载电压上的谐波成分，从而使电力弹簧具有抑制电压谐波的功能，但是这种检测技术无法同时兼顾谐波检测精度和系统的动态性能。
技术实现思路
针对因可再生能源发电并网引起的公共连接点(PointofCommonCoupling，PCC)电压波动问题，以及因电力电子装置的广泛应用引起的电网电流谐波和功率因数下降问题，本专利技术目的在于提供一种基于级联广义积分器的电力弹簧多功能化控制方法，不仅能够将电网的功率波动转移到电力弹簧装置以及非关键负载上，从而保证关键负载电压和功率的稳定；而且能够抑制电网电流谐波，使得电网电流波形更趋于正弦；同时能够为电网提供无功补偿，从而提高电网的功率因数。由于不引入低通滤波环节，该控制方法提高了检测的实时性，在保证谐波检测精度的同时，系统可以获得更加良好的动态性能。本专利技术至少通过如下技术方案之一实现。一种基于级联广义积分器的电力弹簧多功能化控制方法，包括以下步骤：1)实时采集公共连接点PCC处的电压信号uS、关键负载的电流信号iC、电力弹簧的输出电压信号uES以及电力弹簧内部电感电流信号iL；2)电压外环控制，其中将电压信号uS的有效值US与给定的电压参考值US_ref作差，差值经过比例积分控制器，其输出为电力弹簧的基波有功电流参考值IES1p；3)将电压信号uS通过锁相环后得到PCC电压的角频率ω；将角频率ω和关键负载的电流信号iC输入到基于级联广义积分器CGI构成的正交信号发生器CGI-OSG中，得到幅值相同、相互正交的电流信号iC1α和iC1β；4)将三个电流信号iC1α、iC1β、iC和电流参考值IES1p输入电流控制模块，形成电力弹簧的电流参考信号iES_ref；5)将参考信号iES_ref和电压信号uS输入电压控制模块，形成电力弹簧的电压参考信号uES_ref；6)电压内环控制，将电压参考信号uES_ref与实际采样的电力弹簧的输出电压信号uES作差，差值经过谐波跟踪控制器MQPR，形成电力弹簧内部的电感电流参考信号iL_ref；7)电流内环控制，其中将iL_ref与实际采样的电力弹簧内部电感电流信号iL作差，差值经过内环电流控制器kC，并经过限幅器后形成调制波信号；8)将调制波信号与三角载波信号进行比较，得到电力弹簧开关管的驱动信号。优选地，步骤2)中，所述比例积分控制器的传递函数Gpi(s)为：比例积分控制器的输出为：式中，s代表传递函数，kp为比例参数；ki为积分参数；e为PCC电压参考值和其有效值之间的误差值。优选地，步骤3)中，所述级联广义积分器CGI包括二阶广义积分器SOGI和三阶广义积分器TOGI级联；角频率ω和关键负载的电流信号iC首先输入到二阶广义积分器中，二阶广义积分器对关键负载的电流信号iC中的高频分量进行过滤，得到电流信号iCm，所述电流信号iCm包括电流信号iC中的基波分量、直流分量以及低频分量；将电流信号iCm输入到三阶广义积分器中，三阶广义积分器对电流信号iCm中的直流分量和低频分量进行滤除，得到幅值相同、相互正交的电流信号iC1α和iC1β；其中，iC1α与关键负载的电流信号iC中的基波分量iC1同幅同相，iC1β相比iC1滞后90°相位角。优选地，基于级联广义积分器CGI构成的正交信号发生器CGI-OSG的闭环传递函数分别为：式中，F1α(s)对应电流信号iC1α和iC之间的传递函数，F1β(s)对应电流信号iC1β和iC之间的传递函数；F1α(s)和F1β(s)具有相同的幅频特性，看作是一个低通滤波器与一个带通滤波器级联构成的带通滤波器；ωs为级联广义积分器的谐振角频率；k为级联广义积分器的比例参数。优选地，步骤4)中，所述电流控制模块是将幅值相同、相互正交的电流信号iC1α和iC1β进行dq变换，分别形成电流信号IC1p和IC1q，变换公式如下：式中，C为变换矩阵，表示为：式中，ω为PCC电压的角频率；t为时间；将电流信号IC1p与电力弹簧的基波有功电流参考值IES1p作差，形成电网输入有功电流的参考值IS1p；将电流信号IC1p经过比例控制器kQ后形成电网输入无功电流的参考值IS1q，之后将IS1q与IS1p进行dq反变换，形成电网输入电流参考信号iS_ref，变换公式如下：式中，iS1α为电网输入电流iS的基波部分，iS1β为虚拟电流iSβ的基波部分，C-1为变换矩阵，表示为：将电流信号iC与iS_ref作差后形成电力弹簧的电流参考信号iES_ref。优选地，步骤5)中，所述电压控制模块将电流参考信号iES_ref与非关键负载的阻抗值ZNC相乘并与电压信号uS相加，形成电力弹簧的电压参考信号uES_ref。优选地，步骤6)中，所述谐波跟踪控制器MQPR采用多重准比例谐振控制器，其传递函数为：式中，kpm为比例参数；krm为谐振增益；ω0为谐振频率；ωc为截止频率；n为谐波次数。优选地，步骤7)中，所述内环电流控制器kC采用比例控制器。优选地，所述三角载波信号是频率为20kHz、峰峰值为2的三角载波。优选地，所述电力弹簧包括逆变器和与所述逆变器连接的LC低通滤波器，所述逆变器的直流侧电压由蓄电池获得，或由电网电压经过PWM整流器后接电解电容获得。与现有技术相比，本专利技术所具有的有益本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于级联广义积分器的电力弹簧多功能化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)实时采集公共连接点PCC处的电压信号u

【技术特征摘要】
1.一种基于级联广义积分器的电力弹簧多功能化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)实时采集公共连接点PCC处的电压信号uS、关键负载的电流信号iC、电力弹簧的输出电压信号uES以及电力弹簧内部电感电流信号iL；
2)电压外环控制，其中将电压信号uS的有效值US与给定的电压参考值US_ref作差，差值经过比例积分控制器，其输出为电力弹簧的基波有功电流参考值IES1p；
3)将电压信号uS通过锁相环后得到PCC电压的角频率ω；将角频率ω和关键负载的电流信号iC输入到基于级联广义积分器CGI构成的正交信号发生器CGI-OSG中，得到幅值相同、相互正交的电流信号iC1α和iC1β；
4)将三个电流信号iC1α、iC1β、iC和电流参考值IES1p输入电流控制模块，形成电力弹簧的电流参考信号iES_ref；
5)将参考信号iES_ref和电压信号uS输入电压控制模块，形成电力弹簧的电压参考信号uES_ref；
6)电压内环控制，将电压参考信号uES_ref与实际采样的电力弹簧的输出电压信号uES作差，差值经过谐波跟踪控制器MQPR，形成电力弹簧内部的电感电流参考信号iL_ref；
7)电流内环控制，其中将iL_ref与实际采样的电力弹簧内部电感电流信号iL作差，差值经过内环电流控制器kC，并经过限幅器后形成调制波信号；
8)将调制波信号与三角载波信号进行比较，得到电力弹簧开关管的驱动信号。


2.根据权利要求1所述的基于级联广义积分器的电力弹簧多功能化控制方法，其特征在于，步骤2)中，所述比例积分控制器的传递函数Gpi(s)为：



比例积分控制器的输出为：



式中，s代表传递函数，kp为比例参数；ki为积分参数；e为PCC电压参考值和其有效值之间的误差值。


3.根据权利要求2所述的基于级联广义积分器的电力弹簧多功能化控制方法，其特征在于，步骤3)中，所述级联广义积分器CGI包括二阶广义积分器SOGI和三阶广义积分器TOGI级联；角频率ω和关键负载的电流信号iC首先输入到二阶广义积分器中，二阶广义积分器对关键负载的电流信号iC中的高频分量进行过滤，得到电流信号iCm，所述电流信号iCm包括电流信号iC中的基波分量、直流分量以及低频分量；将电流信号iCm输入到三阶广义积分器中，三阶广义积分器对电流信号iCm中的直流分量和低频分量进行滤除，得到幅值相同、相互正交的电流信号iC1α和iC1β；其中，iC1α与关键负载的电流信号iC中的基波分量iC1同幅同相，iC1β相比iC1滞后90°相位角。


4.根据权利要求3所述的基于级联广义积分器的电力弹簧多功能化控制方法，其特征在于，基于级联广义积分器CGI构成的正交信...

【专利技术属性】
技术研发人员：丘东元，邱培程，张波，陈艳峰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44