專利名稱：一種基于復合控制策略的蓄電池并網(wǎng)電流控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種蓄電池并網(wǎng)電流控制方法，特別是一種基于復合控制策略的蓄電池并網(wǎng)電流控制方法。
背景技術：
并網(wǎng)放電裝置的主要功能是實現(xiàn)蓄電池的恒流放電，并使并網(wǎng)放電電流跟蹤電網(wǎng)電壓，實現(xiàn)并網(wǎng)電流與電網(wǎng)電壓的同頻同相。對并網(wǎng)電流控制的實質(zhì)就是對蓄電池與電網(wǎng)之間能量流動的控制，即對蓄電池放電電流的控制，為了提高放電電流的精度、改善并網(wǎng)電流的波形、提高功率因數(shù)、加快系統(tǒng)響應速度和增強系統(tǒng)的抗干擾能力，就必須針對具體系統(tǒng)的特點采取有效、可行的跟蹤控制方式。目前，并網(wǎng)電流的控制方式主要有滯環(huán)電流控制、雙環(huán)控制、無差拍控制、重復控制和三角波比較方式等。
滯環(huán)電流控制技術是根據(jù)電流跟蹤偏差來決定功率器件的開關狀態(tài)的一種控制方法。它沒有傳統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器，具有實時控制、電流響應快、輸出電壓電流波形不含特定次諧波等優(yōu)點，但是同時也存在明顯的缺點，那就是功率器件的開關頻率不固定，從而增加了系統(tǒng)參數(shù)設計的難度。
雙環(huán)控制是采用電壓、電流環(huán)控制來實現(xiàn)直流電壓的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)并網(wǎng)電流的幅值。雙環(huán)控制具有固定的開關頻率，易于系統(tǒng)的設計，但在開關頻率不夠高的情況下，電流動態(tài)響應相對較慢，并且電流動態(tài)偏差隨著電流變化率的變化作相應的變化。
無差拍控制是一種基于被控制對象精確數(shù)學模型的控制方法。無差拍控制的基本思想是根據(jù)逆變器的狀態(tài)方程和輸出反饋信號來推算出下一個開關
周期的SPWM脈沖寬度。它要求脈寬必須當拍計算當拍輸出，否則會破壞系統(tǒng)特性，甚至會影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。近年來，帶負載電流觀察器的無差拍控制獲得了一些進展，但其缺點是算法復雜，且當采樣頻率不高時誤差較大。
重復控制技術是一種基于內(nèi)模原理的控制方法，它把作用于系統(tǒng)外部的信號模型植入系統(tǒng)控制器內(nèi)部，以構成高精度的反饋控制。重復控制可以消除周期性干擾產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)誤差，但它的缺點是動態(tài)響應慢。
三角波比較方式是將指令電流與并網(wǎng)電流的實時值進行比較，兩者的差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)與三角波比較，然后輸出相應的SPWM信號。這種方式輸出電流的諧波比滯環(huán)比較方式少，因此常用于對諧波和噪聲要求較高的場合。其主要缺點是功率器件的開關頻率等于載波頻率，電流響應相對于滯環(huán)電流方
式較慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是提供一種系統(tǒng)穩(wěn)定性高、響應速度快和誤差小的基于復合控制策略的蓄電池并網(wǎng)電流控制方法。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明的一種基于復合控制策略的蓄電池并網(wǎng)電流控制方法，包括以下具體步驟
首先，在蓄電池并網(wǎng)裝置啟動時，增加了一個與直流輸入電壓和電網(wǎng)電壓相關的前饋電壓控制量，該控制量經(jīng)SPWM發(fā)生器調(diào)制后，產(chǎn)生一個的SPWM脈沖，該脈沖使得整個系統(tǒng)在沒有反饋的情況下，也有一個與電網(wǎng)電壓相匹配的占空比；
然后，根據(jù)當前電流采樣值以及前兩個SPWM周期的電流采樣值，預估出下一個SPWM周期的電流值，并據(jù)此在電流反饋環(huán)節(jié)中加入二階電流預估環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)進行校正；
最后，控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)分布參數(shù)的小時間常數(shù)，確保各環(huán)節(jié)分布參數(shù)的小時間常數(shù)之和遠遠小于1/10 w,"為電網(wǎng)交流電壓角頻率。本發(fā)明取得的有益效果是
(1) 在系統(tǒng)起動的時候，加入一個前饋電壓控制量，從而產(chǎn)生一個與電網(wǎng)電壓匹配的占空比，避免主電路功率器件以及電容的損壞；
(2) 通過設置前饋和反饋控制，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應速度，并降低了系統(tǒng)的誤差。


圖1是單相全橋逆變電路拓撲結構示意圖。
圖2是并網(wǎng)電流控制結構框圖。
圖3是帶有前饋控制的并網(wǎng)電流控制結構框圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發(fā)明做詳細說明。
1、直流側電壓和占空比對并網(wǎng)電流的影響
由圖1可知，在忽略各種器件損耗的情況下，驅(qū)動功率器件SPWM信號的占空比D與逆變電路直流輸入電壓W、電網(wǎng)交流電壓瞬時值^間存在如
下關系:
<formula>formula see original document page 4</formula>伊=arctan
鴻
其中w為電網(wǎng)的角頻率,由式(1)可得
(2)
當并網(wǎng)電流/5=0時，可求得沐
sm奴 ，、
(4)
由上述推導可知，當逆變電路直流輸入電壓不變時，驅(qū)動信號的占空比D應跟隨電網(wǎng)電壓呈正弦變化，且隨著并網(wǎng)電流的增大而增加；在系統(tǒng)起動初期，并網(wǎng)電流很小，過小的占空比將產(chǎn)生很高的直流電壓，導致主電路功率器件的損壞，甚至損壞電容，因此需要對過小的占空比加以限制。2、并網(wǎng)電流的反饋控制和前饋控制對于圖l的輸出端部分，取并網(wǎng)電流為狀態(tài)變量，有
(5)
其復數(shù)域形式為
/(力=^""^ ("必W _ ",(力)=G,,必(力-R (力)(6 )其中G^)-^-i^，為濾波器傳遞函數(shù)。
當逆變開關頻率較高時，忽略功率器件Q1 Q4和死區(qū)時間的非線性影響，SPWM控制方式下的橋式逆變環(huán)節(jié)可近似為一個線性比例環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為
柳"p卿 (7)
由式(6)和(7)及PI反饋控制原理可得出電流跟蹤控制系統(tǒng)的模型，如圖2所示。對控制系統(tǒng)而言，f/s為電網(wǎng)電壓的擾動輸入，//為并網(wǎng)電流給定值。
圖2中，并網(wǎng)電流給定值/c;與/e進行比較，誤差經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器處理后，經(jīng)SPWM發(fā)生器產(chǎn)生相應的SPWM信號，然后驅(qū)動主電路工作，從而把與電網(wǎng)同頻同相的正弦波電流饋入電網(wǎng)。
從圖l可以看出，雖然電網(wǎng)電壓的擾動在前向通道上，但由于起動瞬間并網(wǎng)電流尚未建立，這時電網(wǎng)電流會反灌到逆變器的直流側，給電容充電。為了抑制這種擾動，這里增加了一個與直流輸入電壓和電網(wǎng)電壓有關的前饋控制量fA t/經(jīng)SPWM發(fā)生器調(diào)制后，產(chǎn)生一個占空比符合式(4)的SPWM脈沖，使系統(tǒng)在沒有反饋的情況下，也有一個與電網(wǎng)電壓相匹配的占空比，這樣就消除了電網(wǎng)電壓對系統(tǒng)的擾動影響，使控制系統(tǒng)近似為一個無源電流跟隨系統(tǒng)，有利于反饋調(diào)節(jié)，也提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和電流跟蹤精度。3、系統(tǒng)校正
如前所述，前饋運算產(chǎn)生的t/與電網(wǎng)電壓K的差在SPWM—個載波周
期時間r內(nèi)的積分值為零，即
因此，可不考慮前向通道中的前饋電壓t/和電網(wǎng)電壓t4的影響。如圖3所示，在電流反饋環(huán)節(jié)G^)中，加入二階電流預估環(huán)節(jié)eTs，以
抵消前向通道中e.Ts的影響，這有利于系統(tǒng)的校正。電流預估環(huán)節(jié)的計算公
式為
<formula>formula see original document page 6</formula>(9)
由式(9)，根據(jù)當前時刻電流采樣值/c(0及前二個SPWM周期內(nèi)的電流采樣值/c(^)和/。(^2)，可預估下一 SPWM周期內(nèi)電流采樣值/c(>n+1)。弓I入預估環(huán)節(jié)后的電流檢測環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為
<formula>formula see original document page 6</formula>
可求得系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為
<formula>formula see original document page 6</formula>
設Gc(s)為PI控制器，即<formula>formula see original document page 6</formula>可求得
)=^^ (14)
上式表明，并網(wǎng)放電裝置采用前饋及反饋預估處理后，是一個穩(wěn)定系統(tǒng)。系統(tǒng)動態(tài)響應指標僅與控制器的積分時間常數(shù)7;值有關，7;值越小，系統(tǒng)的
動態(tài)響應就越快。
在實際系統(tǒng)中由于各環(huán)節(jié)分布參數(shù)的小時間常數(shù)影響，7;值無限制取小將導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。假設系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的小時間常數(shù)之和為rx, i;的取值應
使由式(11)所決定的開環(huán)傳遞函數(shù)的截止頻率小于:^，這樣才能保證閉
環(huán)系統(tǒng)有一定的穩(wěn)定裕量。由此可求得
T^10，層^ (15)r"^^(16)Te求出后，則可根據(jù)式(13)求得控制器相應的&值。
4、系統(tǒng)跟蹤誤差分析
由圖3可得系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為
Gj:(" AT麗 丄.e-"
"力—— ， .e-《/
:o) t'《/《層 肌jrl
(17)
VcA p附
式(17)表明，實際并網(wǎng)電流/s總是滯后于給定電流//，在
《rc
1
的情況下，實際電流/s可較好地跟蹤給定電流C兩者僅相差一個載波周期
r的相位差。
令^>，其中"為電網(wǎng)交流電壓角頻率，由和式(16)可得
Vc ，
——^~^~必《1
1o;,《順7^ ^,《層 (is)& 一
由上式可得
7& 丄 (19) z 胸
當7k滿足式(19)時，實際并網(wǎng)電流可較好地跟蹤給定電流'
權利要求
1.一種基于復合控制策略的蓄電池并網(wǎng)電流控制方法，其特征在于，包括以下具體步驟1)在蓄電池并網(wǎng)裝置啟動時，增加了一個與直流輸入電壓和電網(wǎng)電壓相關的前饋電壓控制量，該控制量經(jīng)SPWM發(fā)生器調(diào)制后，產(chǎn)生一個的SPWM脈沖，該脈沖使得整個系統(tǒng)在沒有反饋的情況下，也有一個與電網(wǎng)電壓相匹配的占空比；2)根據(jù)當前電流采樣值以及前兩個SPWM周期的電流采樣值，預估出下一個SPWM周期的電流值，并據(jù)此在電流反饋環(huán)節(jié)中加入二階電流預估環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)進行校正；3)控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)分布參數(shù)的小時間常數(shù)，確保各環(huán)節(jié)分布參數(shù)的小時間常數(shù)之和遠遠小于1/10ω，ω為電網(wǎng)交流電壓角頻率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于復合控制策略的蓄電池并網(wǎng)電流控制方法，包括以下具體步驟首先，增加了一個與直流輸入電壓和電網(wǎng)電壓相關的前饋電壓控制量，該控制量經(jīng)SPWM發(fā)生器調(diào)制后，產(chǎn)生一個SPWM脈沖；然后，預估出下一個SPWM周期的電流值，并據(jù)此在電流反饋環(huán)節(jié)中加入二階電流預估環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)進行校正；最后，控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)分布參數(shù)的小時間常數(shù)，確保各環(huán)節(jié)分布參數(shù)的小時間常數(shù)之和遠遠小于1/10ω。本發(fā)明取得的有益效果是(1)在系統(tǒng)起動的時候，加入一個前饋電壓控制量，從而產(chǎn)生一個與電網(wǎng)電壓匹配的占空比，避免主電路功率器件以及電容的損壞；(2)通過設置前饋和反饋控制，提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應速度，并降低了系統(tǒng)的誤差。
文檔編號H02J3/38GK101662156SQ20091001854
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權日2009年9月18日
發(fā)明者劉承祿, 劉文波, 劉西紅, 龐志文, 濤 張, 欒國軍, 武志剛, 王思成, 胡曉東, 高金偉 申請人:山東電力集團公司濰坊供電公司