一种柴储型军用交流移动电站及其电能质量控制方法

摘要

本发明公开了一种柴储型军用交流移动电站及其电能质量控制方法。该新型电站包含柴油发电机组、锂电池、超级电容、三相可控整流器、双向DC-DC变换器和三相可控逆变器等主要部件；上述部件集成于一个军用标准方舱之内。通过对三相可控整流器、双向DC-DC变换器的改进控制，电站允许直流母线电压在一定范围内波动，该设计充分发挥了超级电容的高功率密度特性，同时降低了锂电池充放电的频率，延长了设备的使用寿命。本发明通过对三相可控逆变器控制策略的优化设计，实现了对电网谐波污染的有效治理，提高了军用交流移动电站的电能输出质量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种移动电站，尤其涉及一种对供电品质要求较高的军用交流 移动电站及其电能质量控制方法。

背景技术

军用交流移动电站在军事领域具有广泛用途，主要用以遂行雷达兵、通信 兵、炮兵等兵种装备的电力保障任务。根据国家标准GJB235A-97《军用交流移 动电站统用规范》的有关要求，额定功率为3～250kW的军用交流移动电站的在 空载额定电压时畸变率应不大于10％或5％。近年来，随着脉冲雷达等大型军用 电气设备的投入使用，传统的柴油发电机组为主的汽车电站已不能满足通信、 测控设备的高品质用电需求，主要体现在以下几个方面：

首先，动态带载能力不强。本质上看，以油机为主的军用交流移动电站是 典型的微网络，受负载功率波动影响较为明显，大功率用电设备的突加、突卸 易引发电网波动，波及系统内其他负荷的运行安全，甚至导致系统失稳瘫痪。

其次，“大马拉小车”的问题比较突出。目前我军测控、通信设备多位脉 冲功率负载，其瞬时功率往往在平均功率2倍以上。由于不具备缓冲环节，现 有军用交流移动电站通常以瞬时功率作为设计依据，致使油机的体积重量大幅 增加。

再次，输出电能品质较差。传统军用交流移动电站只能通过调节励磁电流 对输出电压的幅值、相位进行修正，但对于负载引起的电压不平衡、谐波畸变 等典型故障则无能为力。上述典型电网故障如不加以治理，必将对系统内敏感 设备的正常工作造成严重干扰，甚至导致设备损坏。

因此，开发一种具有电能质量管理功能的新型军用交流移动电站就显得尤 为重要和紧迫。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种柴储型军用交流移动电站 及其电能质量控制方法，满足军用通信设备、测控设备对交流移动电站的高品 质供电需求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种柴储型军用交流移动电 站主要包括以下组成部件：柴油发电机组、锂电池、超级电容、三相可控整流 器、双向DC-DC变换器和三相可控逆变器；上述各组成部件集成于一个军用标 准方舱之内，且各部件之间具有如下电气连接关系：柴油发电机组的三相交流 电输出端，连接到三相可控整流器的输入端，三相可控整流器的输出端并联到 直流母线上；锂电池的输出端，连接到双向DC-DC变换器的输入端(低压端)， 双向DC-DC变换器的输出端(高压端)并联到直流母线上；超级电容直接并联 到直流母线上；三相可控逆变器的输入端连接到直流母线上，三相可控逆变器 的输出端连接到用电设备(负载)。本发明的一种柴储型军用交流移动电站的 电能质量控制方法主要包括以下步骤：

1.利用传感器采集以下信号：柴油发电机组输出的机侧三相交流电压U_gabc和机侧三相交流电流I_gabc，锂电池的输出电流(或锂电池的放电电流)I_dc，直 流母线电压U_dc，三相可控逆变器输出的网侧三相交流电压u_nabc，直流侧负载电 流I_load；

2.双向DC-DC变换器的作用是控制锂电池的电能充放，维持母线电压的稳 定；根据锂电池的荷电状态Soc，将双向DC-DC变换器的控制模式划分为Boost、 Buck两种，具体为：

2.1当锂电池的荷电状态Soc大于设定阈值Soc_min时，双向DC-DC变换器切 换至Boost模式；反之，当Soc小于等于设定阈值Soc_min时，双向DC-DC变换器 切换至Buck模式；

2.2Boost模式下，当直流母线电压U_dc的幅值低于设定阈值电压U_dcmin时， 直流母线电压指令与直流母线电压U_dc的差值ΔU_dc送入电压环比例积分(PI) 控制器，得到下功率管调制电压U_d，将U_d送入PWM模块，即可产生双向DC-DC 变换器的下功率管T₂的触发信号S_d；反之直流母线电压U_dc的幅值高于等于设定 阈值电压U_dcmin时，下功率管T₂的触发信号S_d设置为零；Boost模式下，双向 DC-DC变换器的上功率管T₁的触发信号始终设置为零，即上功率管T₁处于闭锁 状态；

2.3Buck模式下，锂电池的电流指令与锂电池的输出电流I_dc的差值ΔI_dc送入电流环比例积分(PI)控制器，得到上功率管调制电压U′_d；将U′_d送入与步 骤2.2相同的PWM模块，即可产生上功率管T₁的触发信号S′_d；Buck模式下， 下功率管T₂的触发信号始终为零，即下功率管T₂处于闭锁状态；

3.三相可控整流器的作用是将柴油发电机组的输出电压由交流转换成直 流，其控制采用基于空间矢量调制的直接功率控制方法，具体为：

3.1柴油发电机组输出的机侧三相交流电压U_gabc首先送入传统的数字锁相 环PLL进行锁相，获得机侧三相交流电压的位置角θ_g、角频率ω_g和幅值U_g；

3.2柴油发电机组输出的机侧三相交流电压U_gabc、机侧三相交流电流I_gabc送 入功率计算模块，得到柴油发电机组的输出有功功率P_g、输出无功功率Q_g；

3.3柴油发电机组的有功功率指令无功功率指令分别与其对应的输 出有功功率P_g、输出无功功率Q_g作差，其差值ΔP_g、ΔQ_g分别送入功率环比例 积分(PI)控制器，得到三相可控整流器的有功电压指令V_gd和无功电压指令V_gq； 其中，柴油发电机组的有功功率指令无功功率指令计算方程为：

$\left(\begin{array}{c}{P}_g^{*}=U_{dc}·I_{load}\\ Q_g^{*}=0\end{array}\right);$

3.4步骤3.3得到的三相可控整流器的有功电压指令V_gd、无功电压指令V_gq分 别加上各自的补偿项，得到三相可控整流器的有功控制电压U_cd、无功控制电压 U_cq；具体计算方程为：

$\left(\begin{array}{c}{U}_{cd}=-V_{gd}+(U_g-\frac{2}{3}\frac{{\omega }_g{L}_g}{U_g}{Q}_g)\\ U_{cq}=V_{gq}-\frac{2}{3}\frac{{\omega }_g{L}_g}{U_g}{P}_g\end{array}\right);$

式中：L_g为三相可控整流器的滤波电感；

3.5利用步骤3.1获得的机侧三相交流电压的位置角θ_g对步骤3.4得到的有功 控制电压U_cd、无功控制电压U_cq进行Park反变换，得到静止坐标系下的有功调节 电压U_cα、无功调节电压U_cβ；

Park反变换过程可表示为：

$\left(\begin{array}{c}{U}_{c\alpha }\\ U_{c\beta }\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{\mathrm{cos\theta }}_g& {\mathrm{sin\theta }}_g\\ -{\mathrm{sin\theta }}_g& {\mathrm{cos\theta }}_g\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{U}_{cd}\\ U_{cq}\end{array}\right);$

3.6将步骤3.5得到的静止坐标系下的有功调节电压U_cα、无功调节电压U_cβ进行空间矢量调制(SVM)，即可获得三相可控整流器的开关信号s_a、s_b、s_c，实 现对三相可控整流器的有效控制；

4.三相可控逆变器的作用是将直流电转换为负载所需的三相交流电，并对 电网谐波污染进行治理，其控制方法为：

4.1生成三相可控逆变器的三相电压指令具体为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{na}^{*}=M·sin({\omega }_g\times t+{\omega }_0)\\ u_{nb}^{*}=M·sin({\omega }_g\times t+{\omega }_0-2\pi /3)\\ u_{nc}^{*}=M·sin({\omega }_g\times t+{\omega }_0+2\pi /3)\end{array}\right);$

式中：M为相电压的幅值，且有ω₀为三相电压的初始相位角，一 般可设置为零，即ω₀＝0；分别为的A相、B相、C相分量；

4.2参照步骤3.1，将步骤4.1生成的三相电压指令送入传统的数字锁相 环PLL，得到三相可控逆变器的输出电压位置角θ_n；

4.3利用步骤4.2得到的输出电压位置角θ_n分别对三相电压指令和网侧 三相交流电压u_nabc进行Park变换，得到三相可控逆变器的网侧电压指令和网 侧电压矢量u_ndq；

以对三相电压指令的Park变换为例，其矩阵方程可以表示为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{nd}^{*}\\ u_{nq}^{*}\end{array}\right)=\frac{2}{3}\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{cos\theta }}_n& cos({\theta }_n-\frac{2\pi }{3})& cos({\theta }_n+\frac{2\pi }{3})\\ -{\mathrm{sin\theta }}_n& -\sin ({\theta }_n-\frac{2\pi }{3})& -sin({\theta }_n+\frac{2\pi }{3})\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_{na}^{*}\\ u_{nb}^{*}\\ u_{nc}^{*}\end{array}\right);$

式中：分别为的d轴、q轴分量。

4.4将步骤4.3得到的三相可控逆变器的网侧电压指令和网侧电压矢量 u_ndq的差值Δu_ndq送入电压环比例积分-谐振(PI-R)控制器，得到三相可控逆变器的 控制电压v_cdq；其中，比例积分-谐振(PI-R)控制器在s域下的传递函数为：

$G_R\left(s\right)=K_p+\frac{K_i}{s}+\frac{K_{r}s}{s^2+2{\omega }_{c}s+{\left(6{\omega }_g\right)}^2};$

式中：K_p、K_i、K_r分别为PI-R控制器的比例系数、积分系数和谐振系数；ω_c为 谐振控制器的截止频率，用以增加谐振控制器的响应带宽，降低其对谐振点频 率波动的敏感程度；

4.5参照步骤3.5，利用步骤4.2得到的输出电压位置角θ_n将步骤4.4得到的三 相可控逆变器的控制电压v_cdq作Park反变换，获得静止坐标系下三相可控逆变器 的调制电压u_cαβ；

4.6参照步骤3.6，将步骤4.5得到的三相可控逆变器的调制电压u_cαβ送入空 间矢量调制(SVM)模块，即可产生三相可控逆变器的开关信号s₁、s₂、s₃，实现 对三相可控逆变器的预期控制。

上述步骤1～4共同构成了本发明的柴储型军用交流移动电站的电能质量控 制方法。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

1)采用锂电池、超级电容和双向DC-DC变换器组成的复合储能装置，能 够有效缓冲脉冲或阶跃功率负荷对电网的冲击，且能够实现对锂电池充放电电 流的精确控制，延长了设备的使用寿命；

2)Boost模式下，双向DC-DC变换器的控制增加了一个直流母线电压幅值 判断环节(或滞环控制)，允许母线电压在一定范围内波动，该设计既发挥了超 级电容的高功率密度特性，又降低了锂电池充放电的频率；

3)通过对三相可控逆变器控制方法的改进，实现了对电网谐波污染的主动 治理，提高了军用交流移动电站的电能输出质量。

附图说明

图1为本发明的柴储型军用交流移动电站的拓扑结构及信号采集图；

图2为本发明的柴储型军用交流移动电站的双向DC-DC变换器电路结构 图；

图3为本发明的柴储型军用交流移动电站的双向DC-DC变换器控制原理 图；

图4为本发明的柴储型军用交流移动电站的三相可控整流器控制原理图；

图5为本发明的柴储型军用交流移动电站的三相可控逆变器控制原理图；

图6为本发明的柴储型军用交流移动电站接入脉冲功率负载时的仿真运行 结果；

图7为本发明的柴储型军用交流移动电站接入非线性负载时的仿真运行结 果；

图中，柴油发电机组1、锂电池2、超级电容3、三相可控整流器4、双向 DC-DC变换器5和三相可控逆变器6。

具体实施方式

下面结合附图和实施案例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的柴储型军用交流移动电站拓扑结构及信号采集图。本发明 所描述的一种柴储型军用交流移动电站主要包括以下组成部件：柴油发电机组 1、锂电池2、超级电容3、三相可控整流器4、双向DC-DC变换器5和三相可控 逆变器6；其中，锂电池2、超级电容3和双向DC-DC变换器5共同构成本发明的 复合储能装置。上述各组成部件集成于一个军用标准方舱之内，且各部件之间 具有如下电气连接关系：

柴油发电机组1的三相交流电输出端，连接到三相可控整流器4的输入端， 三相可控整流器4的输出端并联到直流母线上；锂电池2的输出端，连接到双 向DC-DC变换器5的输入端(低压端)，双向DC-DC变换器5的输出端(高压 端)并联到直流母线上；超级电容3直接并联到直流母线上；三相可控逆变器6 的输入端连接到直流母线上，三相可控逆变器6的输出端连接到用电设备(负 载)。

如图1所示，本发明所描述的一种柴储型军用交流移动电站及其电能质量 控制方法，需利用传感器采集的信号有：柴油发电机组输出的机侧三相交流电 压U_gabc和机侧三相交流电流I_gabc，锂电池的输出电流(或锂电池的放电电流)I_dc， 直流母线电压U_dc，三相可控逆变器输出的网侧三相交流电压u_nabc，直流侧负载 电流I_load。

图2为本发明的柴储型军用交流移动电站的双向DC-DC变换器电路结构 图，图中：T₁和T₂为功率管(这里定义T₁为上功率管、T₂为下功率管)；L₁为储 能电感，起到蓄流作用；C₁和C₂为支撑电容(这里定义C₁为高压端支撑电容、C₂为低压端支撑电容)，起到稳定电压的作用。双向DC-DC变换器工作时，上、 下两个功率管T₁和T₂不能同时开通，锂电池放电模式(Boost模式)下，下功率 管T₂动作，上功率管T₁的驱动信号闭锁，锂电池利用上功率管T₁的反并联二极管 D₁续流向母线传递能量，储能电感L₁的存在确保了电流的连续输出，且可以通 过控制T₂的开通占空比，对L₁上流过的电流进行控制；锂电池充电模式(Buck 模式)下，上功率管T₁动作，下功率管T₂可靠封锁，利用下功率管T₂的反并联 二极管D₂续流向锂电池回馈能量(充电)，且同样可以通过控制T₁的开通占空比， 对L₁上流过的电流进行控制。

图3为本发明的柴储型军用交流移动电站的双向DC-DC变换器控制原理 图；双向DC-DC变换器的作用是控制锂电池的电能充放，维持母线电压的稳定。 如图3所示，双向DC-DC变换器的控制方法为：

1.锂电池Boost模式、Buck模式的切换受控于模式选择开关ST₁的输入项， 即锂电池的荷电状态Soc，具体为：当Soc大于设定阈值Soc_min时，双向DC-DC 变换器切换至Boost模式；反之，当Soc小于等于设定阈值Soc_min时，双向DC-DC 变换器切换至Buck模式；

对于一般的磷酸铁锂电池，Soc_min可设定为40％。

2.Boost模式下，当直流母线电压U_dc的幅值低于设定阈值电压U_dcmin时，直 流母线电压指令与直流母线电压U_dc的差值ΔU_dc送入电压环比例积分(PI) 控制器，得到下功率管调制电压U_d，将下功率管调制电压U_d送入PWM模块， 即可产生下功率管T₂的触发信号S_d；反之直流母线电压U_dc的幅值高于等于设定 阈值电压U_dcmin时，下功率管T₂的触发信号S_d设置为零；该模式下，上功率管T₁的触发信号始终设置为零，即上功率管T₁处于闭锁状态；

该模式下，下功率管T₂的触发信号设置需同步考虑直流母线电压幅值的原 因是：充分发挥超级电容的瞬时功率输出特性，允许母线电压有一定范围的波 动，且只有当直流母线电压低到一定程度(阈值电压U_dcmin)时，锂电池才开始 放电，快速维持母线电压稳定，该设置能够在一定程度上减少锂电池放电的次 数，从而延长锂电池的使用寿命。

3.Buck模式下，锂电池的电流指令与锂电池的输出电流ΔI_dc的差值送入 电流环比例积分(PI)控制器，得到上功率管调制电压U′_d；将上功率管调制电 压U′_d送入与步骤2相同的PWM模块，即可产生上功率管T₁的触发信号S′_d；该 模式下，下功率管T₂的触发信号始终为零，即下功率管T₂处于闭锁状态；

图4为本发明的柴储型军用交流移动电站三相可控整流器的控制原理图； 三相可控整流器的作用是将柴油发电机组的输出电压由交流转换成直流，其控 制采用基于空间矢量调制的直接功率控制方法。如图4所示，三相可控整流器 的控制方法具体为：

4.柴油发电机组输出的机侧三相交流电压U_gabc首先送入传统的数字锁相环 PLL进行锁相，获得机侧三相交流电压的位置角θ_g、角频率ω_g和幅值U_g；

5.柴油发电机组输出的机侧三相交流电压U_gabc、机侧三相交流电流I_gabc送 入功率计算模块，得到柴油发电机组的输出有功功率P_g、输出无功功率Q_g；

功率计算方程为：

$\left(\begin{array}{c}{P}_g=U_{ga}·I_{ga}+U_{gb}·I_{gb}+U_{gc}·I_{gc}\\ Q_g=1/\sqrt{3}\left(\right(U_{gb}-U_{gc})·I_{ga})+\left(U_{gc}-U_{ga}\right)·I_{gb}+\left(U_{ga}-U_{gb}\right)·I_{gc})\end{array}\right)---\left(1\right)$

式中：U_ga、U_gb、U_gc分别为U_gabc的A相、B相、C相分量；I_ga、I_gb、I_gc分别为 I_gabc的A相、B相、C相分量。

6.柴油发电机组的有功功率指令无功功率指令分别与其对应的输出 有功功率P_g、输出无功功率Q_g作差，其差值ΔP_g、ΔQ_g分别送入功率环比例积 分(PI)控制器，得到三相可控整流器的有功电压指令V_gd和无功电压指令V_gq； 其中，柴油发电机组的有功功率指令无功功率指令计算方程为：

$\left(\begin{array}{c}{P}_g^{*}=U_{dc}·I_{load}\\ Q_g^{*}=0\end{array}\right)---\left(2\right)$

本步骤中PI控制器的调节过程，可以表示为：

$\left(\begin{array}{c}{V}_{gd}=(k_{gp}+\frac{k_{gi}}{s})(P_g^{*}-P_g)\\ V_{gq}=(k_{gp}+\frac{k_{gi}}{s})(Q_g^{*}-Q_g)\end{array}\right)---\left(3\right)$

式中：k_gp、k_gi分别为功率环PI控制器的比例系数和积分系数。

7.步骤6得到三相可控整流器的有功电压指令V_gd、无功电压指令V_gq分别加 上各自的补偿项，得到三相可控整流器的有功控制电压U_cd、无功控制电压U_cq； 具体计算方程为：

$\left(\begin{array}{c}{U}_{cd}=-V_{gd}+(U_g-\frac{2}{3}\frac{{\omega }_g{L}_g}{U_g}{Q}_g)\\ U_{cq}=V_{gq}-\frac{2}{3}\frac{{\omega }_g{L}_g}{U_g}{P}_g\end{array}\right)---\left(4\right)$

式中：L_g为三相可控整流器的滤波电感；

式(4)为三相可控整流器采用直接功率控制时的控制电压表达式，其推导过 程介绍如下：

正转同步速旋转坐标系下，三相可控整流器的瞬时功率可以表示为：

$\begin{array}{c}{P}_g+{\mathrm{jQ}}_g=\frac{3}{2}{U}_{gdq}·{\hat{I}}_{gdq}\\ =\frac{3}{2}\frac{U_g}{L_g}({\hat{\psi }}_{gdq}-{\hat{\psi }}_{cdq})\end{array}---\left(5\right)$

式中：U_gdq为正转同步速旋转坐标系下三相可控整流器的输入电压矢量，亦即 柴油发电机组的输出电压矢量；为正转同步速旋转坐标系下三相可控整流器 的输入电流矢量I_gdq(亦即柴油发电机组的输出电流矢量)的共轭矢量；为 三相可控整流器的输入磁链矢量ψ_gdq的共轭矢量；为三相可控整流器的控制 磁链矢量ψ_cdq的共轭矢量。

当采用d轴电网电压定向时，有：

$\left(\begin{array}{c}{U}_{gd}=-{\omega }_g{\psi }_{gq}=U_g\\ U_{gq}={\omega }_g{\psi }_{gd}=0\end{array}\right)---\left(6\right)$

式中：U_gd、U_gq分别为U_gdq的d轴、q轴分量；ψ_gd、ψ_gq分别为ψ_gdq的d轴、q 轴分量。

将式(6)带入式(5)，并写成标量形式，可得：

$\left(\begin{array}{c}{P}_g=-\frac{3}{2}\frac{U_g}{L_g}{\psi }_{cd}\\ Q_g=\frac{3}{2}\frac{U_g}{L_g}({\psi }_{cq}+\frac{U_g}{{\omega }_g})\end{array}\right)---\left(7\right)$

式中：ψ_cd、ψ_cq分别为ψ_cdq的d轴、q轴分量。

对式(7)等号两边分别取微分运算，可得：

$\left(\begin{array}{c}\frac{{\mathrm{d\psi }}_{cd}}{dt}=-\frac{2}{3}\frac{L_g}{U_g}\frac{{\mathrm{dP}}_g}{dt}=-\frac{2}{3}\frac{L_g}{U_g}\frac{P_g^{*}-P_g}{T_s}\\ \frac{{\mathrm{d\psi }}_{cq}}{dt}=\frac{2}{3}\frac{L_g}{U_g}\frac{{\mathrm{dQ}}_g}{dt}=\frac{2}{3}\frac{L_g}{U_g}\frac{Q_g^{*}-Q_g}{T_s}\end{array}\right)---\left(8\right)$

式中：T_s为系统采样周期。正转同步速旋转坐标系下，三相可控整流器的电压 方程可表示为：

U_cdq＝dψ_cdq/dt+jω_gψ_cdq(9)

式中：U_cdq为三相可控整流器的控制电压矢量。

将式(7)、(8)带入式(9)，可得：

$\left(\begin{array}{c}{U}_{cd}=-\frac{2}{3}\frac{L_g}{U_g{T}_s}(P_g^{*}-P_g)-\frac{2}{3}\frac{{\omega }_g{L}_g}{U_g}{Q}_g+U_g\\ U_{cq}=\frac{2}{3}\frac{L_g}{U_g{T}_s}(Q_g^{*}-Q_g)-\frac{2}{3}\frac{{\omega }_g{L}_g}{U_g}{P}_g\end{array}\right)---\left(10\right)$

这样，当采用比例积分(PI)控制器对有功、无功功率进行调节时，式(10)可 以重新表达为：

$\left(\begin{array}{c}\left(\begin{array}{c}{U}_{cd}=-(k_{gp}+\frac{k_{gi}}{s})(P_g^{*}-P_g)-\frac{2}{3}\frac{{\omega }_g{L}_g}{U_g}{Q}_g+U_g\\ U_{cq}=(k_{gp}+\frac{k_{gi}}{s})(Q_g^{*}-Q_g)-\frac{2}{3}\frac{{\omega }_g{L}_g}{U_g}{P}_g\end{array}\right)---\left(11\right)\\ \left(\begin{array}{c}{U}_{cd}=-\frac{2}{3}\frac{L_g}{U_g{T}_s}(P_g^{*}-P_g)-\frac{2}{3}\frac{{\omega }_g{L}_g}{U_g}{Q}_g+U_g\\ U_{cq}=\frac{2}{3}\frac{L_g}{U_g{T}_s}(Q_g^{*}-Q_g)-\frac{2}{3}\frac{{\omega }_g{L}_g}{U_g}{P}_g\end{array}\right)---\left(10\right)\end{array}\right)$

进一步，将(3)带入式(11)，即可得式(4)。证毕。

8.利用步骤7获得的机侧三相交流电压的位置角θ_g对步骤7得到的有功控制 电压U_cd、无功控制电压U_cq进行Park反变换，得到静止坐标系下的有功调节电压 U_cα、无功调节电压U_cβ；

Park反变换过程可表示为：

$\left(\begin{array}{c}{U}_{c\alpha }\\ U_{c\beta }\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}{\mathrm{cos\theta }}_g& {\mathrm{sin\theta }}_g\\ -{\mathrm{sin\theta }}_g& {\mathrm{cos\theta }}_g\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{U}_{cd}\\ U_{cq}\end{array}\right)---\left(12\right)$

9.将步骤8得到的静止坐标系下的有功调节电压U_cα、无功调节电压U_cβ进 行空间矢量调制(SVM)，即可获得三相可控整流器的开关信号s_a、s_b、s_c，实现 对三相可控整流器的有效控制。

图4为本发明的柴储型军用交流移动电站三相可控逆变器的控制原理图； 三相可控逆变器的作用是将直流电转换为负载所需的三相交流电，并对电网谐 波污染进行治理。参照图4，三相可控逆变器的控制方法为：

10.生成三相可控逆变器的三相电压指令具体为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{na}^{*}=M·sin({\omega }_g·t+{\omega }_0)\\ u_{nb}^{*}=M·sin({\omega }_g·t+{\omega }_0-2\pi /3)\\ u_{nc}^{*}=M·sin({\omega }_g·t+{\omega }_0+2\pi /3)\end{array}\right)---\left(13\right)$

式中：M为相电压的幅值，且有ω₀为三相电压的初始相位角，一 般可设置为零，即ω₀＝0；分别为的A相、B相、C相分量；

11.参照步骤4，将步骤10生成的三相电压指令送入传统的数字锁相环 PLL，得到三相可控逆变器的输出电压位置角θ_n；

12.利用步骤11得到的输出电压位置角θ_n分别对三相电压指令和网侧 三相交流电压u_nabc进行Park变换，得到三相可控逆变器的网侧电压指令和网 侧电压矢量u_ndq；

以对三相电压指令的Park变换为例，其矩阵方程可以表示为：

$\left(\begin{array}{c}{u}_{nd}^{*}\\ u_{nq}^{*}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{cos\theta }}_n& \cos ({\theta }_n-\frac{2\pi }{3})& \cos ({\theta }_n+\frac{2\pi }{3})\\ -{\mathrm{sin\theta }}_n& -\sin ({\theta }_n-\frac{2\pi }{3})& -\sin ({\theta }_n+\frac{2\pi }{3})\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}{u}_{na}^{*}\\ u_{nb}^{*}\\ u_{nc}^{*}\end{array}\right)---\left(14\right)$

式中：分别为的d轴、q轴分量。

13.将步骤12得到的三相可控逆变器的网侧电压指令和网侧电压矢量 u_ndq的差值Δu_ndq送入电压环比例积分-谐振(PI-R)控制器，得到三相可控逆变器的 控制电压v_cdq；其中，比例积分-谐振(PI-R)控制器在s域下的传递函数为：

$G_R\left(s\right)=K_p+\frac{K_i}{s}+\frac{K_{r}s}{s^2+2{\omega }_{c}s+{\left(6{\omega }_g\right)}^2}---\left(15\right)$

式中：K_p、K_i、K_r分别为PI-R控制器的比例系数、积分系数和谐振系数；ω_c为 谐振控制器的截止频率，主要用于增加谐振控制器的响应带宽，降低其对谐振 点频率波动的敏感程度。

这里，采用PI-R取代传统的PI控制器的原因是：军用负载设备中多含有大量 的5次、7次谐波，如不加以治理，必将引起三相可控逆变器输出电压的畸变， 进而影响其他敏感用电设备的运行安全。值得关注的是，5次、7次谐波在正转 同步速旋转坐标系下表现为6倍电网频率(6ω_g)的负序、正序交流分量。而传统 的PI控制器只能实现对直流分量的无静差调节，对频率为6ω_g的交流分量则无能 为力。谐振控制器则具有较好的正、负序双向谐振特性，可以专门用于调节高 频交流分量。故此，本发明中电压控制器选用PI-R控制器，以此弥补PI控制器在 高频部分的幅值衰减缺陷，进而实现对电压基频分量、谐波分量的统一和快速 调节。

14.参照步骤8，利用步骤11得到的输出电压位置角θ_n对步骤13得到的三相 可控逆变器的控制电压v_cdq作Park反变换，获得静止坐标系下三相可控逆变器的 调制电压u_cαβ；

15.参照步骤9，将步骤14得到的三相可控逆变器的调制电压u_cαβ送入空间 矢量调制(SVM)模块，即可产生三相可控逆变器的开关信号s₁、s₂、s₃，实现对 三相可控逆变器的预期控制。

上述步骤1～15共同构成了本发明的柴储型军用交流移动电站的电能质量控 制方法。

图6为本发明的柴储型军用交流移动电站接入脉冲功率负载时的仿真运行 结果；图中i_nabc为逆变变流器输出的网侧三相交流电流，其他符号含义同图1。 从图6可以看出，本发明所述的柴储型军用交流移动电站具有较强的动态带载 能力，体现在：1)脉冲负荷的投切并未引起逆变变流器输出的网侧三相交流电 压u_nabc波形的振荡或畸变；2)脉冲负载投入时，复合储能装置首先输出瞬时电 能(见I_dc波形，类似一个尖峰形式)，确保母线电压的稳定(见U_dc波形，上下 波动2V左右)，之后由柴油发电机组输出负载所需的平均功率(见I_gabc波形)， 该结构设计增强了军用交流电站抗击外部脉冲负载扰动的能力。

图7为本发明的柴储型军用交流移动电站接入非线性负载时的仿真运行结 果。为了展示本发明的柴储型军用交流移动电站的电能质量控制方法的优越 性，仿真分两个阶段进行：1)阶段I(0.1～0.2s)，逆变变流器的电压控制器采用 传统的PI控制器，无电网污染治理控制；2)阶段II(0.2～0.3s)，逆变变流器的电 压控制器采用本发明的PI-R控制器，有电网污染治理控制。对比图7中逆变变流 器输出的网侧三相交流电压u_nabc和网侧三相交流电流i_nabc的波形可知，传统PI 控制下，电压、电流波形中含有丰富的5次、7次谐波，严重威胁电网中其他并 联敏感用电设备的运行安全；采用本发明的控制策略后，电网谐波污染得到了 有效治理，经过傅立叶分析计算，网侧三相交流电压的总谐波失真度(THD)由阶 段I的9.36％降到阶段II的3.6％。

综上，本发明所述一种柴储型军用交流移动电站及其电能质量控制方法， 可以有效平抑脉冲功率负载引起的直流母线电压波动，且能够有效抑制负载端 引入的电压谐波，提高输出电能质量，从而确保敏感用电负载的安全可靠运 行。复合储能装置的存在一方面使得柴油发电机组的容量大幅降低，另一方面 由于结合了锂电池高能量密度、超级电容高功率密度的优点，有效控制了锂电 池的充放电次数和外部电磁冲击，延长了设备的使用寿命。