區(qū)域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)變流器無源非線性控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種并網(wǎng)控制技術(shù)，特別涉及一種區(qū)域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)變流器無源 非線性控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 并入一至多種可再生能源的區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)越來越受到人們的關(guān)注，尤其對于資源 匱乏但經(jīng)濟(jì)發(fā)展快速的中心城區(qū)，可再生能源區(qū)域電網(wǎng)作為大電網(wǎng)不可缺少的重要補(bǔ)充， 為區(qū)域地塊提供穩(wěn)定可靠、綠色環(huán)保的電源，已成為可再生能源領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向。
[0003] 在眾多可再生能源發(fā)電方式中，光伏發(fā)電的簡易性和適應(yīng)性使其在中心城區(qū)最宜 推廣。當(dāng)分布式光伏發(fā)電單元大規(guī)模接入系統(tǒng)，由于光伏能量輸出的不穩(wěn)定，必須配備一定 容量的儲(chǔ)能單元，通過電力電子變流裝置對其進(jìn)行變換，使區(qū)域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)滿足用戶負(fù) 荷與大電網(wǎng)的需求。區(qū)域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)作為大電網(wǎng)的補(bǔ)充電源控制端，其核心裝置一一并 網(wǎng)變流器通過PQ控制實(shí)現(xiàn)區(qū)域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率平衡，從而維持與大電網(wǎng)能量交換的 穩(wěn)定，所以，并網(wǎng)變流器是確保區(qū)域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在。
[0004] 更高效簡易的操控性能、更安全穩(wěn)定的運(yùn)行特性、更少的維護(hù)費(fèi)用、更高的經(jīng)濟(jì)效 益，成為區(qū)域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，因此，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性好、魯棒性強(qiáng)、性能優(yōu)良的控制方 法是并網(wǎng)變流器研宄的主要任務(wù)?？刂频碾y點(diǎn)在于：區(qū)域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)是典型的強(qiáng)耦合、非 線性對象，光伏發(fā)電輸出也具有時(shí)變未知、非線性的特點(diǎn)，雖然成熟的PQ控制方法已在區(qū) 域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的并網(wǎng)控制中得以廣泛應(yīng)用，但系統(tǒng)參數(shù)漂移而降低了并網(wǎng)變流器控制器 的魯棒性的不足，限制了PQ控制在高精度、寬范圍、高性能領(lǐng)域的推廣和深入。針對區(qū)域光 伏儲(chǔ)能系統(tǒng)非線性、時(shí)變的特性，從穩(wěn)定控制的角度出發(fā)，研宄高性能的并網(wǎng)變流器非線性 控制方法是解決上述問題的可行思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是針對可再生能源的區(qū)域電網(wǎng)系統(tǒng)中并網(wǎng)變流器控制難的問題，提出了一 種區(qū)域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)變流器無源非線性控制方法，該方法設(shè)計(jì)電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)的 雙環(huán)控制模式，實(shí)現(xiàn)有功、無功功率解耦控制的同時(shí)，考慮區(qū)域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)參數(shù)存在不確 定性干擾的情形下，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)電流的精確計(jì)算與直流電容電壓的補(bǔ)償控制，實(shí)現(xiàn)分布式光 伏電池陣列和電池儲(chǔ)能組件的最優(yōu)協(xié)調(diào)控制，具有形式簡單、無奇異點(diǎn)、魯棒性好的特點(diǎn)。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種區(qū)域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)變流器無源非線性控制方法， 并網(wǎng)變流裝置包括光伏電池逆變器和儲(chǔ)能電池雙向變流器；光伏電池陣列輸出接光伏電池 逆變器，光伏電池逆變器輸出與電網(wǎng)連接；儲(chǔ)能電池組件與儲(chǔ)能電池雙向變流器雙向互聯(lián)， 儲(chǔ)能電池雙向變流器輸出與電網(wǎng)連接；負(fù)載輸入與光伏電池陣列、儲(chǔ)能電池組件連接；無 源非線性控制器分別與光伏電池逆變器、儲(chǔ)能電池雙向變流器和電網(wǎng)連接，無源非線性控 制器控制方法包括：
[0007] 1)建立三相并網(wǎng)變流器非線性微分狀態(tài)方程，再利用歐拉-拉格朗日方程定義并 網(wǎng)變流裝置，在dq坐標(biāo)系下并網(wǎng)變流器狀態(tài)方程式：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種區(qū)域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)變流器無源非線性控制方法，并網(wǎng)變流裝置包括光伏電 池逆變器和儲(chǔ)能電池雙向變流器；光伏電池陣列輸出接光伏電池逆變器，光伏電池逆變器 輸出與電網(wǎng)連接；儲(chǔ)能電池組件與儲(chǔ)能電池雙向變流器雙向互聯(lián)，儲(chǔ)能電池雙向變流器輸 出與電網(wǎng)連接；負(fù)載輸入與光伏電池陣列、儲(chǔ)能電池組件連接；其特征在于，無源非線性控 制器分別與光伏電池逆變器、儲(chǔ)能電池雙向變流器和電網(wǎng)連接，無源非線性控制器控制方 法包括： 1) 建立=相并網(wǎng)變流器非線性微分狀態(tài)方程，再利用歐拉-拉格朗日方程定義并網(wǎng)變 流裝置，在dq坐標(biāo)系下并網(wǎng)變流器狀態(tài)方程式：
其中：系統(tǒng)狀態(tài)變量q二歧如（/J二&]，分別為并網(wǎng)變流裝置電流 的d、q分量及直流側(cè)電壓；q =刮/波；系統(tǒng)控制變量U二[咕吃如= Usq化L分別為并網(wǎng)變流裝置電壓的d、q分量及輸出電容電壓；D = diag{De，口， - IQ- De=Lsl2;R = diagWes，D}，Res=Rj2;l2=〇i;
c(q) = |V/, 氏為并網(wǎng)變流器網(wǎng)側(cè)電阻；L,為并網(wǎng)變流器網(wǎng)側(cè)電感；C為直流側(cè)電容；D為并網(wǎng)變流 器等效開關(guān)阻抗；將[Uiig看作并網(wǎng)變流裝置輸入，松朵]看作并網(wǎng)變流裝置輸出； 2) 采用狀態(tài)反饋無源非線性控制，設(shè)計(jì)電流內(nèi)環(huán)、電壓外環(huán)的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)有 功、無功電流的解禪控制：并網(wǎng)變流裝置輸出電容電壓作為電壓外環(huán)控制輸入，經(jīng)過PI控 制器，進(jìn)入電流內(nèi)環(huán)無源非線性控制，電流內(nèi)環(huán)控制輸出進(jìn)入并網(wǎng)變流裝置，根據(jù)步驟1) 的狀態(tài)方程進(jìn)行有功、無功電流的解禪控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述區(qū)域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)變流器無源非線性控制方法，其特征在 于，所述電流內(nèi)環(huán)控制的控制律為：
其中：山為期望電流值，跟蹤誤差e = q-山=[旬62 63]^;1^1，1^2，1^3為阻巧項(xiàng)系數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述區(qū)域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)變流器無源非線性控制方法，其特征在 于，所述電壓外環(huán)控制利用直流側(cè)電容電壓誤差反饋，設(shè)計(jì)PI控制器，控制律為：


其中；kp，ki分別為比例增益和積分增益。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種區(qū)域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)變流器無源非線性控制方法，從整個(gè)系統(tǒng)的Euler-Lagrange方程分析入手，將系統(tǒng)分解為電氣和機(jī)械兩個(gè)子系統(tǒng)，將機(jī)械系統(tǒng)看作電氣子系統(tǒng)的無源性干擾，通過狀態(tài)反饋使得區(qū)域光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)變流器的閉環(huán)表現(xiàn)為一個(gè)無源性系統(tǒng)，在滿足并網(wǎng)電流、電壓跟蹤精度和有功、無功功率解耦控制的前提下，保證全局穩(wěn)定性。該方法以系統(tǒng)的能量變化特性為基礎(chǔ)，對系統(tǒng)模型的依賴性小，魯棒性好，可有效抑制系統(tǒng)參數(shù)變化對控制器性能的影響，供電可靠性高；通過全局定義控制器，系統(tǒng)沒有奇異點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)快速，實(shí)現(xiàn)光伏電池陣列最大功率點(diǎn)跟蹤控制和儲(chǔ)能電池組件最優(yōu)充放電控制的同時(shí)，有效抑制并網(wǎng)點(diǎn)功率波動(dòng)。
【IPC分類】H02J7-35, H02J3-38
【公開號】CN104600746
【申請?zhí)枴緾N201510012094
【發(fā)明人】薛花, 王育飛
【申請人】上海電力學(xué)院
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月9日