一種基于儲能裝置的發(fā)電機功率振蕩阻尼控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于儲能裝置的發(fā)電機功率振蕩阻尼控制器，包括兩個微處理器MCU1和MCU2，微處理器MCU1用于執(zhí)行輸入狀態(tài)采集，微處理器MCU2用于阻尼控制，包括根據(jù)微處理器MCU1采集所得發(fā)電機的輸出功率，微處理器MCU2得到儲能裝置功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定有功調(diào)節(jié)信號并輸出。該控制器利用非線性比例-積分-微分控制器產(chǎn)生用于抑制發(fā)電機功率振蕩的功率調(diào)節(jié)指令，控制策略具有控制策略實現(xiàn)簡單，控制器魯棒特性好等特點；通過雙CPU的協(xié)同工作配合，有效提高了控制器的實時性，大大縮小復雜控制算法的執(zhí)行周期；還可以通過修改控制策略實現(xiàn)儲能裝置在電力系統(tǒng)的其它應用，具有結構簡單，工程上易于實現(xiàn)的特點。
【專利說明】—種基于儲能裝置的發(fā)電機功率振蕩阻尼控制器【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)功率振蕩阻尼控制【技術領域】，尤其是涉及一種利用儲能裝置的動態(tài)不平衡功率補償，為電力系統(tǒng)提供振蕩阻尼，以抑制發(fā)電機功率振蕩的控制器。
【背景技術】
[0002]在我國西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)的形勢下，長距離、重負荷的輸電線或地區(qū)電網(wǎng)之間聯(lián)絡線上發(fā)生低頻功率振蕩的可能性將會大大增加。電力系統(tǒng)發(fā)生低頻功率振蕩時，發(fā)電機的功率和功角會以0.2~2.5Hz的頻率進行長時間持續(xù)振蕩，并且由于參與振蕩的機組轉子會進行相對擺動，輸電線路功率來回傳輸，特別當振蕩較嚴重時，還會使系統(tǒng)不能維持同步運行，發(fā)生振蕩失步，因此它的出現(xiàn)會嚴重威脅電網(wǎng)的安全運行。如何提高發(fā)電機的阻尼，使其在系統(tǒng)擾動后，能夠快速恢復穩(wěn)態(tài)運行，是提高系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定特性的一個重要途徑。儲能裝置由于能夠快速與電力系統(tǒng)進行動態(tài)有功功率交換，改變系統(tǒng)的電氣阻尼，在電力系統(tǒng)中表現(xiàn)出可控變阻尼特性，因此用它來解決功率振蕩問題將是一種有效的措施。同目前廣泛應用的PSS (電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)相比，儲能裝置具有裝設地點不受限制，對于發(fā)電機和系統(tǒng)運行狀態(tài)的變化適用性強等優(yōu)點，并且易于解決多模振蕩的抑制問題。與其它柔性交流輸電裝置，如TCSC(可控串補)、STATC0M(靜止無功補償)等比較，儲能裝置具有不影響系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，對節(jié)點負載的工作干擾小等特點。
[0003]實現(xiàn)儲能裝置在電力系統(tǒng)應用的控制一般具有外環(huán)控制和內(nèi)環(huán)控制兩個層次，其中外環(huán)控制器是儲能裝置的主控制器，用于根據(jù)系統(tǒng)的需求，向儲能裝置的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)控制器提供所 需要的有功和無功功率調(diào)節(jié)指令值，而內(nèi)環(huán)控制器則通過對功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的變流器開關元件進行相應觸發(fā)控制，按照外環(huán)控制的要求，對被控對象進行有功和無功功率的四象限獨立調(diào)節(jié)。因此，儲能裝置雖然具備多種電力系統(tǒng)應用，但它的正常工作和有效利用是需要相應的外環(huán)控制器來保證的。
[0004]隨著計算機技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，以及近代數(shù)學的發(fā)展，控制理論也經(jīng)歷了從古典控制理論到現(xiàn)代控制理論的發(fā)展過程，并不斷推陳出新，從而為滿足在越來越復雜的系統(tǒng)中實現(xiàn)越來越高控制目標的需要提供了有力的保證。近年來，已先后有多種基于經(jīng)典控制理論或現(xiàn)代控制理論的方法用于儲能裝置外環(huán)控制器的設計，而且由于儲能裝置控制器是針對儲能系統(tǒng)對被控對象的控制目標而設計的，因此對于儲能裝置在電力系統(tǒng)中的應用，其控制器的研究主要是圍繞改善系統(tǒng)動態(tài)特性和提高電壓穩(wěn)定性兩個方面展開。但目前尚未出現(xiàn)具有實用意義的技術方案。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是從改善系統(tǒng)動態(tài)特性和提高電壓穩(wěn)定性這兩個角度出發(fā)，提供一種基于儲能裝置的發(fā)電機功率振蕩阻尼控制器。
[0006]本發(fā)明技術方案提供一種基于儲能裝置的發(fā)電機功率振蕩阻尼控制器，包括兩個微處理器MCUl和MCU2，[0007]微處理器MCUl用于執(zhí)行輸入狀態(tài)采集，
[0008]微處理器MCU2用于阻尼控制，包括根據(jù)微處理器MCUl采集所得發(fā)電機的輸出功率Pe，微處理器MCU2得到儲能裝置功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定有功調(diào)節(jié)信號Pref并輸出。
[0009]而且，設置有存儲器、模數(shù)轉換器、網(wǎng)絡通信器、異步串行通信器，微處理器MCUl和MCU2、存儲器、模數(shù)轉換器、網(wǎng)絡通信器、異步串行通信器分別通過總線連接，異步串行通信器和儲能裝置的的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接，模數(shù)轉換器采樣發(fā)電機機端的輸入狀態(tài)。
[0010]而且，通過異步串行通信器，向儲能裝置功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送四種工作模式調(diào)整命令，包括儲能模式命令、功率跟蹤模式命令、非功率跟蹤模式命令和釋能命令，相應處理如下，
[0011]當儲能裝置上電或復位時，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作于默認的功率跟蹤模式；
[0012]當通過異步串行通信器向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出儲能模式命令后，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)隨即切換至儲能控制方式，通過調(diào)節(jié)最終使儲能裝置按設定值儲能；
[0013]當通過異步串行通信器向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出功率跟蹤工作模式命令后，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)隨即轉入功率跟蹤控制模式；并按周期根據(jù)采集所得發(fā)電機的輸出功率Pe執(zhí)行阻尼控制以確定儲能裝置交換功率的參考值，此時參考值為給定有功調(diào)節(jié)信號PMf，然后將此參考值通過異步串行通信器發(fā)送給功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)；
[0014]當準備發(fā)出非功率跟蹤工作模式命令時，先向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送有功調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)等于零的功率參考值，接著再向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送非功率跟蹤工作模式命令，使功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)返回到上電或復位初始工作狀態(tài)，同時不再向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出交換功率的參考值；
[0015]當準備發(fā)出釋能命令時，先向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送有功調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)等于零的功率參考值，接著再向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送釋能命令，對儲能裝置的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)執(zhí)行釋能工作模式的運行控制。
[0016]而且，
[0017]微處理器MCUl控制模數(shù)轉換器以預設采樣周期進行發(fā)電機機端的輸入狀態(tài)采集，包括每進行16次采樣后，利用自身的10_pin控制引腳向微處理器MCU2的INTO引腳發(fā)出外部中斷使能信號，然后利用各相電壓和電流信號的最近N個采樣值，按式(4)-式(8)獲取發(fā)電機輸出有功功率的實際值Pe，然后存入DPRAM相應單元，并利用計算實際值Pe后的剩余時間進行一次DM9000a的存儲器掃描，以檢查是否存在來自上位機對儲能裝置的工作模式調(diào)整命令，若存在工作模式調(diào)整命令，則將該模式控制命令存入DPRAM單元，否則繼續(xù)進行輸入狀態(tài)采集；
[0018]微處理器MCU2經(jīng)INTO引腳收到外部中斷使能信號時，首先檢查INTl引腳是否接到來自儲能裝置的儲能元件工作異常中斷觸發(fā)信號，若是則立刻對儲能裝置的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)執(zhí)行釋能命令相應處理，若否則通過DPRAM實時獲取微處理器MCUl存入的發(fā)電機5ms前發(fā)電機輸出有功功率的實際值Pe，然后根據(jù)預設數(shù)值M進行處理，
[0019]若當前INTO外部中斷次數(shù)累積沒有達到預設的M次時，則接著檢查DPRAM中是否存在工作模式調(diào)整命令，若存在，則從DPRAM中讀取得到更新的工作模式調(diào)整命令，返回等待下一個INTO外部中斷到來；
[0020]若當前INTO外部中斷次數(shù)累積達到M次時，則根據(jù)5ms前發(fā)電機輸出有功功率的實際值Pe獲取儲能裝置功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定有功調(diào)節(jié)信號Pm，然后判斷是否處于功率跟蹤模式，
[0021]當INTO外部中斷次數(shù)累積達到M次且處于功率跟蹤模式時，則將當前所得PMf傳送給功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，然后檢查DPRAM中是否存在工作模式調(diào)整命令，若存在，則從DPRAM中讀取得到更新的工作模式調(diào)整命令，然后返回等待下一個INTO外部中斷到來；
[0022]當INTO外部中斷次數(shù)累積達到M次且不處于功率跟蹤模式時，則忽略當前所得Pref并進行相應處理，返回等待下一個INTO外部中斷到來。
[0023]而且，微處理器MCU2采用式(I)所述控制方程實現(xiàn)發(fā)電機功率振蕩的阻尼控制，
【權利要求】
1.一種基于儲能裝置的發(fā)電機功率振蕩阻尼控制器，其特征在于:包括兩個微處理器MCUl 和 MCU2， 微處理器MCUl用于執(zhí)行輸入狀態(tài)米集， 微處理器MCU2用于阻尼控制，包括根據(jù)微處理器MCUl采集所得發(fā)電機的輸出功率Pe，微處理器MCU2得到儲能裝置功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定有功調(diào)節(jié)信號Pref并輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述基于儲能裝置的發(fā)電機功率振蕩阻尼控制器，其特征在于:設置有存儲器、模數(shù)轉換器、網(wǎng)絡通信器、異步串行通信器，微處理器MCUl和MCU2、存儲器、模數(shù)轉換器、網(wǎng)絡通信器、異步串行通信器分別通過總線連接，異步串行通信器和儲能裝置的的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接，模數(shù)轉換器采樣發(fā)電機機端的輸入狀態(tài)。
3.根據(jù)權利要求2所述基于儲能裝置的發(fā)電機功率振蕩阻尼控制器，其特征在于:通過異步串行通信器，向儲能裝置功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送四種工作模式調(diào)整命令，包括儲能模式命令、功率跟蹤模式命令、非功率跟蹤模式命令和釋能命令，相應處理如下， 當儲能裝置上電或復位時，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作于默認的功率跟蹤模式； 當通過異步串行通信器向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出儲能模式命令后，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)隨即切換至儲能控制方式，通過調(diào)節(jié)最終使儲能裝置按設定值儲能； 當通過異步串行通信器向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出功率跟蹤工作模式命令后，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)隨即轉入功率跟蹤控制模式；并按周期根據(jù)采集所得發(fā)電機的輸出功率Pe執(zhí)行阻尼控制以確定儲能裝置交換功 率的參考值，此時參考值為給定有功調(diào)節(jié)信號PMf，然后將此參考值通過異步串行通信器發(fā)送給功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)； 當準備發(fā)出非功率跟蹤工作模式命令時，先向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送有功調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)等于零的功率參考值，接著再向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送非功率跟蹤工作模式命令，使功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)返回到上電或復位初始工作狀態(tài)，同時不再向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出交換功率的參考值； 當準備發(fā)出釋能命令時，先向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送有功調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)等于零的功率參考值，接著再向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送釋能命令，對儲能裝置的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)執(zhí)行釋能工作模式的運行控制。
4.根據(jù)權利要求3所述基于儲能裝置的發(fā)電機功率振蕩阻尼控制器，其特征在于: 微處理器MCUl控制模數(shù)轉換器以預設采樣周期進行發(fā)電機機端的輸入狀態(tài)采集，包括每進行16次采樣后，利用自身的1_pin控制引腳向微處理器MCU2的INTO引腳發(fā)出外部中斷使能信號，然后利用各相電壓和電流信號的最近N個采樣值，按式(4)-式(8)獲取發(fā)電機輸出有功功率的實際值Pe，然后存入DPRAM相應單元，并利用計算實際值Pe后的剩余時間進行一次DM9000a的存儲器掃描，以檢查是否存在來自上位機對儲能裝置的工作模式調(diào)整命令，若存在工作模式調(diào)整命令，則將該模式控制命令存入DPRAM單元，否則繼續(xù)進行輸入狀態(tài)采集； 微處理器MCU2經(jīng)INTO引腳收到外部中斷使能信號時，首先檢查INTl引腳是否接到來自儲能裝置的儲能元件工作異常中斷觸發(fā)信號，若是則立刻對儲能裝置的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)執(zhí)行釋能命令相應處理，若否則通過DPRAM實時獲取微處理器MCUl存入的發(fā)電機5ms前發(fā)電機輸出有功功率的實際值Pe，然后根據(jù)預設數(shù)值M進行處理， 若當前INTO外部中斷次數(shù)累積沒有達到預設的M次時，則接著檢查DPRAM中是否存在工作模式調(diào)整命令，若存在，則從DPRAM中讀取得到更新的工作模式調(diào)整命令，返回等待下一個INTO外部中斷到來； 若當前INTO外部中斷次數(shù)累積達到M次時，則根據(jù)5ms前發(fā)電機輸出有功功率的實際值Pe獲取儲能裝置功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定有功調(diào)節(jié)信號PMf，然后判斷是否處于功率跟蹤模式， 當INTO外部中斷次數(shù)累積達到M次且處于功率跟蹤模式時，則將當前所得PMf傳送給功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，然后檢查DPRAM中是否存在工作模式調(diào)整命令，若存在，則從DPRAM中讀取得到更新的工作模式調(diào)整命令，然后返回等待下一個INTO外部中斷到來； 當INTO外部中斷次數(shù)累積達到M次且不處于功率跟蹤模式時，則忽略當前所得PMf并進行相應處理，返回等待下一個INTO外部中斷到來。
5.根據(jù)權利要求1或2或3或4所述基于儲能裝置的發(fā)電機功率振蕩阻尼控制器，其特征在于:微處理器MCU2采用式(I)所述控制方程實現(xiàn)發(fā)電機功率振蕩的阻尼控制，
6.根據(jù)權利要求1或2或3或4所述基于儲能裝置的發(fā)電機功率振蕩阻尼控制器，其特征在于:微處理器MCUl按式(4)-式(8)，計算各相機端電壓和電流信號的有效值Uph、Iph，以及各相有功功率Pph，進而求出發(fā)電機輸出有功功率的實際值Pe =Σ Pph,
【文檔編號】H02J3/24GK104037789SQ201410288602
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權日:2014年6月24日
【發(fā)明者】宋萌, 彭曉濤, 王達達, 胡南南, 周勇, 周歧林, 張彬, 谷志華 申請人:武漢大學