储能变换器二次谐波电流抑制与动态特性优化的控制方法技术

本发明专利技术公开了储能变换器二次谐波电流抑制与动态特性优化的控制方法，主要包括二次谐波电流抑制器和动态特性优化器，其中，二次谐波电流抑制器A可在不降低电压调节器的幅频增益的条件下增加直流侧电感支路的等效阻抗在两倍输出频率处的幅值，但为显著地抑制二次谐波电流，需要以等效阻抗的频率适应性变差为代价。在此基础上，二次谐波电流抑制器B的引入可在不改变等效阻抗的频率适应性的条件下增加等效阻抗在两倍输出频率处的幅值，对二次谐波电流的抑制效果有所提高，但这两个二次谐波电流抑制器的引入未能改善系统的动态特性。进一步地，动态特性优化器可降低直流侧电感支路的等效阻抗在非两倍输出频率的幅值，改善系统的抗负载突变能力。抗负载突变能力。抗负载突变能力。

【技术实现步骤摘要】
储能变换器二次谐波电流抑制与动态特性优化的控制方法


[0001]本专利技术涉及新能源分布式发电领域，特别是储能变换器二次谐波电流抑制与动态特性优化的控制方法。

技术介绍

[0002]直流微电网不存在类似交流微电网中频率稳定、无功功率等问题，且能通过后级逆变器与交流微电网或配电网并联，有效隔离交流侧扰动的同时又能保证直流系统内负荷的高可靠用电，运行方式更为灵活，因此受到了国内外工业界的广泛关注。为保障直流微电网的稳定运行，通常需要引入储能系统来平抑光伏发电系统产生的功率波动，以维持直流微电网的能量平衡以及直流母线电压的稳定，因此研究直流微电网中的储能系统具有重要意义。
[0003]对于直流微电网中的储能系统，其瞬时输出功率以两倍输出频率脉动，使得储能系统直流侧电感电流含有二次谐波分量，该二次谐波电流将导致电流有效值增大，增大前级变换器中开关管的电流应力以及通态损耗，降低变换器的效率，严重时还会影响蓄电池以及电力电子设备的寿命。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]1)储能电池为主电路的能量源，通过前级变换器得到直流侧母线电压V
bus
，再经过后级逆变器得到单相交流电，单相交流电经过滤波电感L
f
和滤波电容C
f
后给负载Z
load
供电；
[0006]2)在每个采样周期的起始点，对直流侧母线电压V
bus
、直流侧电感电流i
f
和输入电流i/>inv
分别进行采样，经过AD转换器转换后的数据通过并行接口送给DSP控制器进行处理；
[0007]3)将直流电压基准值V
ref
与直流侧母线电压V
bus
乘以电压采样系数K
Hv
的值进行相减后，再经过直流电压环PI控制器G
v
(s)和二次谐波电流抑制器A得到直流侧电感电流基准值i
fref
，其中，直流电压环PI控制器G
v
(s)的表达式为：k
pv
是直流电压环PI控制器的比例系数，k
iv
是直流电压环PI控制器的积分系数，s＝jω，j是虚部单位符号，ω是电网角频率；
[0008]二次谐波电流抑制器A的表达式为：
[0009][0010]其中，ω
nm
是特征角频率，Q
m
是特征系数，m＝1,2,
…
,n；
[0011]4)将输入电流i
inv
经过动态特性优化器G
op
(s)后，再与直流侧电感电流基准值i
fref
相加后，再与直流侧电感电流i
f
经过电流采样系数K
Hi
与二次谐波电流抑制器B后进行相减，再经过电流环PI控制器G
i
(s)和等效增益K
pwm
后，得到输出电压V
i
，其中，动态特性优化器G
op
(s)的表达式为：
[0012][0013]其中，V
bus
是直流侧母线电压，K
power
是调整系数，K
opm
是优化系数，ω
opm
是优化角频率，m＝1,2,
…
,n；
[0014]二次谐波电流抑制器B的表达式为：
[0015][0016]其中，k
prm
是抑制器B的比例系数，k
grm
是抑制器B的增益系数，ω
cm
是带宽角频率，ω
rm
是谐振角频率，m＝1,2,
…
,n；
[0017]电流环PI控制器G
i
(s)的表达式为：k
pi
是电流环PI控制器的比例系数，k
ii
是电流环PI控制器的积分系数。
[0018]与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果为：本专利技术利用储能变换器二次谐波电流抑制与动态特性优化的控制方法，主要包括二次谐波电流抑制器和动态特性优化器，其中，二次谐波电流抑制器A可在不降低电压调节器的幅频增益的条件下增加直流侧电感支路的等效阻抗在两倍输出频率处的幅值，但为显著地抑制二次谐波电流，需要以等效阻抗的频率适应性变差为代价。在此基础上，二次谐波电流抑制器B的引入可在不改变等效阻抗的频率适应性的条件下增加等效阻抗在两倍输出频率处的幅值，对二次谐波电流的抑制效果有所提高，但这两个二次谐波电流抑制器的引入未能改善系统的动态特性。进一步地，动态特性优化器可降低直流侧电感支路的等效阻抗在非两倍输出频率的幅值，改善系统的抗负载突变能力。
附图说明
[0019]图1为储能系统的拓扑结构图；
[0020]图2为储能变换器的二次谐波电流抑制与动态特性优化的控制框图；
[0021]图3为本专利技术一实施例采用传统方法的稳态波形图；
[0022]图4为本专利技术一实施例采用本专利技术方法的稳态波形图；
[0023]图5为本专利技术一实施例采用传统方法的负载响应动态特性图；
[0024]图6为本专利技术一实施例采用本专利技术方法的负载响应动态特性图。
具体实施方式
[0025]图1为储能系统的拓扑结构图，储能电池为主电路的能量源，通过前级变换器得到直流侧母线电压V
bus
，再经过后级逆变器得到单相交流电，单相交流电经过滤波电感L
f
和滤波电容C
f
后给负载Z
load
供电，其中，L
fdc
为前级变换器的滤波电感，C
bus
为前级变换器的滤波电容，i
f
为直流侧电感电流，i
inv
为输入电流。
[0026]图2为储能变换器的二次谐波电流抑制与动态特性优化的控制框图，将直流电压基准值V
ref
与直流侧母线电压V
bus
乘以电压采样系数K
Hv
的值进行相减后，再经过直流电压环PI控制器G
v
(s)和二次谐波电流抑制器A得到直流侧电感电流基准值i
fref
；
[0027]直流电压环PI控制器G
v
(s)的表达式为：
[0028][0029]式中，k
pv
是直流电压环PI控制器的比例系数，k
iv
是直流电压环PI控制器的积分系数，s＝jω，j是虚部单位符号，ω是电网角频率；二次谐波电流抑制器A的表达式为：
[0030][0031]式中，ω
nm
是特征角频率，Q
m
是特征系数，m＝1,2,
…
,n；
[0032]将输入电流i
inv
经过动态特性优化器G<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.储能变换器二次谐波电流抑制与动态特性优化的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)储能电池为主电路的能量源，通过前级变换器得到直流侧母线电压V
bus
，再经过后级逆变器得到单相交流电，单相交流电经过滤波电感L
f
和滤波电容C
f
后给负载Z
load
供电；2)在每个采样周期的起始点，对直流侧母线电压V
bus
、直流侧电感电流i
f
和输入电流i
inv
分别进行采样，经过AD转换器转换后的数据通过并行接口送给DSP控制器进行处理；3)将直流电压基准值V
ref
与直流侧母线电压V
bus
乘以电压采样系数K
Hv
的值进行相减后，再经过直流电压环PI控制器G
v
(s)和二次谐波电流抑制器A得到直流侧电感电流基准值i
fref
，其中，直流电压环PI控制器G
v
(s)的表达式为：k
pv
是直流电压环PI控制器的比例系数，k
iv
是直流电压环PI控制器的积分系数，s＝jω，j是虚部单位符号，ω是电网角频率；二次谐波电流抑制器A的表达式为：其中，ω
nm
是特征角频率，Q
m
是特征系数，m＝1,2,
…
,n；4)将输入电流i
inv
经过动态特性优化器G
op
(s)后，再与直流侧电感电流基准值i
fref
相加后，再与直流侧电感电流i
f
经过电流采样系数K
Hi
与二次谐波电流抑制器B后进行相减，再经过电流环PI控制器G
i
(s)和等效增益K
pwm
后，得到输出电压V
i
，其中，动态特性优化器G
op
(s)的表达式为：其中，V
bus
是直流侧母线电压，K
power
是调整系数，K
opm
是优化系数，ω
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨苓，徐卿瀚，蒙显辉，叶美婷，许家浩，黄泽杭，陈一谦，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：