电网电压不对称跌落故障下储能变流器的控制方法和系统

摘要

本发明涉及电网电压不对称跌落故障下储能变流器的控制方法和系统，包括：基于获取的电网电压d轴正序分量与储能变流器d轴电压额定值确定电网电压跌落深度；基于电网电压跌落深度和储能变流器d轴电流额定值确定储能变流器的正序电流给定值；基于电网电压跌落深度和获取的电网电压d轴负序分量确定储能变流器的负序无功电流给定值；分别基于所述储能变流器的正序电流给定值和负序无功电流给定值对储能变流器进行控制。本发明提供的技术方案，通过控制储能变流器的输出为电网进行正序无功电流补偿以及负序无功电流补偿的补偿，从而防止电网电压发生三相不平衡跌落故障情况时正常相电压过补偿而故障相电压补偿不足的现象发生。

说明书

技术领域

本发明涉及含即插即用储能变流器接入的储能系统的并网应用领域，具体涉及电网电压不对称跌落故障下储能变流器的控制方法和系统。

背景技术

为了实现大规模可再生能源发电接入电网，现有的并网导则要求可再生能源发电机组能够提供一定的电网辅助服务，而参与调压即为辅助服务的重要内容之一。

尤其当电网发生电压跌落故障时，发电机组要按照一定时间序列保持并网状态，并向电网注入无功实现电压支撑。

当电网电压因故障引起深度跌落时，由于含即插即用储能变流器接入的电池储能系统几乎不存在功率控制困难的问题，所以可以更灵活地控制储能系统中的储能变流器的有功、无功输出，进而控制电池储能系统向电网注入无功补偿，以达到电池储能系统为电网提供电压支撑的目的。

目前，现有的通过控制储能变流器实现电池储能系统为电网提供电压支撑的控制策略都是基于三相电网电压对称跌落制定的，而未考虑三相电网电压不对称跌落的情况。

但是实际系统中存在较多的是单相或两相故障跌落，若仅仅通过补偿正序无功实现三相电压的同时提升，将可能导致正常相的过压，而故障相却得不到有效补偿。

所以亟需开展电网电压三相不对称跌落故障下含即插即用储能变流器的电池储能系统中储能变流器的控制策略的研究，以达到电池储能系统向电网电压提供主动支撑的目的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供电网电压不对称跌落故障下储能变流器的控制方法和系统，该方法对含即插即用储能变流器的电池储能系统中储能变流器进行控制，以达到电池储能系统向电网电压提供主动支撑的目的，进而维持电网的稳定运行。

本发明提供电网电压不对称跌落故障下储能变流器的控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：

基于获取的电网电压d轴正序分量与储能变流器d轴电压额定值确定电网电压跌落深度；

基于电网电压跌落深度和储能变流器d轴电流额定值确定储能变流器的正序电流给定值；

基于电网电压跌落深度和获取的电网电压d轴负序分量确定储能变流器的负序无功电流给定值；

分别基于所述储能变流器的正序电流给定值和负序无功电流给定值对储能变流器进行控制。

优选的，所述储能变流器的正序电流给定值包括：储能变流器的正序有功电流给定值和正序无功电流给定值。

优选的，基于电网电压跌落深度和储能变流器d轴电流额定值确定储能变流器的正序有功电流给定值，包括：

当电网电压跌落深度小于第一预设值时，储能变流器的正序有功电流给定值为储能变流器并网点电压未跌落情况下储能变流器d轴电流给定值；

当电网电压跌落深度处于第一预设值和第二预设值构成的闭区间时，储能变流器的正序有功电流给定值为储能变流器并网点电压未跌落情况下储能变流器d轴电流给定值和校准值之间的最小值；

当电网电压跌落深度大于第二预设值时，储能变流器的正序有功电流给定值为0；

其中，所述储能变流器的正序电流给定值包括：储能变流器的正序有功电流给定值和正序无功电流给定值；校准值是基于储能变流器d轴电流额定值确定的；0<第一预设值<第二预设值<1。

进一步的，其特征在于，所述校准值的计算式如下：

式中，I

进一步的，基于电网电压跌落深度和储能变流器d轴电流额定值确定储能变流器的正序无功电流给定值，包括：

当电网电压跌落深度小于第一预设值时，储能变流器的正序无功电流给定值为0；

当电网电压跌落深度处于第一预设值和第二预设值构成的闭区间时，储能变流器的正序无功电流给定值为电网电压跌落深度与0.01的差值和0.02倍的储能变流器d轴电流额定值之间的乘积；

当电网电压跌落深度大于第二预设值时，储能变流器的正序无功电流给定值为储能变流器d轴电流额定值。

优选的，所述基于电网电压跌落深度和电网电压d轴负序分量确定储能变流器的负序无功电流给定值，包括：

令储能变流器的负序无功电流给定值为电网电压跌落深度、电网电压d轴负序分量和并网点电压未跌落情况下储能变流器的负序电压调差系数的设定值的乘积。

优选的，还包括：设定储能变流器的负序有功电流给定值为0。

优选的，所述电网电压跌落深度的计算式如下：

式中，δ为电网电压跌落深度，

优选的，电网电压d轴正序分量和电网电压d轴负序分量的获取过程，包括：

采集电网三相电压，并对电网三相电压采用Clark变换得到相应的α轴电压值U

基于U

利用q

将上一次控制中电网电压q轴正序分量

基于U

进一步的，所述U

本发明提供电网电压不对称跌落故障下储能变流器的控制系统，其改进之处在于，所述系统包括：

第一确定模块，用于基于获取的电网电压d轴正序分量与储能变流器d轴电压额定值确定电网电压跌落深度；

第二确定模块，用于基于电网电压跌落深度和储能变流器d轴电流额定值确定储能变流器的正序电流给定值；

第三确定模块，用于基于电网电压跌落深度和获取的电网电压d轴负序分量确定储能变流器的负序无功电流给定值；

控制模块，用于分别基于所述储能变流器的正序电流给定值和负序无功电流给定值对储能变流器进行控制。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：

本发明提供的技术方案，基于获取的电网电压d轴正序分量与储能变流器d轴电压额定值确定电网电压跌落深度；基于电网电压跌落深度和储能变流器d轴电流额定值确定储能变流器的正序电流给定值；基于电网电压跌落深度和获取的电网电压d轴负序分量确定储能变流器的负序无功电流给定值；分别基于所述储能变流器的正序电流给定值和负序无功电流给定值对储能变流器进行控制。该方案通过控制储能变流器的正序有功电流、正序无功电流、负序有功电流和负序无功电流的输出为电网进行正序无功电流补偿以及负序无功电流补偿的补偿，从而防止电网电压发生三相不平衡跌落故障情况时正常相电压过补偿而故障相电压补偿不足的现象发生，充分的发挥储能变流器的无功补偿能力。

附图说明

图1是电网电压不对称跌落故障下储能变流器的控制方法流程图；

图2是电网电压不对称跌落故障下储能变流器的控制系统结构图；

图3是本发明实施例3中储能变流器接入电网的连接方式示意图；

图4是本发明实施例3中并网点电压正负序分离框图；

图5是本发明实施例3中电网三相电压不对称跌落故障下储能变流器的控制框图；

图6是本发明实施例3中试验平台搭建的储能变流器接入电网的拓扑结构图；

图7是本发明实施例3中储能变流器输出容性无功对并网点电压进行支撑示意图；

图8是本发明实施例3中储能变流器输出感性无功对并网点电压进行支撑。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明提供电网电压不对称跌落故障下储能变流器的控制方法，如图1所示，所述方法包括：

步骤101，基于获取的电网电压d轴正序分量与储能变流器d轴电压额定值确定电网电压跌落深度；

步骤102，基于电网电压跌落深度和储能变流器d轴电流额定值确定储能变流器的正序电流给定值；

步骤103，基于电网电压跌落深度和获取的电网电压d轴负序分量确定储能变流器的负序无功电流给定值；

步骤104，分别基于所述储能变流器的正序电流给定值和负序无功电流给定值对储能变流器进行控制。

具体的，所述储能变流器的正序电流给定值包括：储能变流器的正序有功电流给定值和正序无功电流给定值；

具体的，步骤102，具体用于：

当电网电压跌落深度小于第一预设值时，储能变流器的正序有功电流给定值为储能变流器并网点电压未跌落情况下储能变流器d轴电流给定值；

当电网电压跌落深度处于第一预设值和第二预设值构成的闭区间时，储能变流器的正序有功电流给定值为储能变流器并网点电压未跌落情况下储能变流器d轴电流给定值和校准值之间的最小值；

当电网电压跌落深度大于第二预设值时，储能变流器的正序有功电流给定值为0；

其中，校准值是基于储能变流器d轴电流额定值确定的；0<第一预设值<第二预设值<1。

进一步的，所述校准值的计算式如下：

式中，I

具体的，步骤102，具体用于：

当电网电压跌落深度小于第一预设值时，储能变流器的正序无功电流给定值为0；

当电网电压跌落深度处于第一预设值和第二预设值构成的闭区间时，储能变流器的正序无功电流给定值为电网电压跌落深度与0.01的差值和0.02倍的储能变流器d轴电流额定值之间的乘积；

当电网电压跌落深度大于第二预设值时，储能变流器的正序无功电流给定值为储能变流器d轴电流额定值。

具体的，所述步骤103，用于：

令储能变流器的负序无功电流给定值为电网电压跌落深度、电网电压d轴负序分量和并网点电压未跌落情况下储能变流器的负序电压调差系数的设定值的乘积。

进一步的，所述方法还包括步骤104，所述步骤104，用于：

设定储能变流器的负序有功电流给定值为0。

具体的，所述电网电压跌落深度的计算式如下：

式中，δ为电网电压跌落深度，

具体的，电网电压d轴正序分量和电网电压d轴负序分量的获取过程，包括：

采集电网三相电压，并对电网三相电压采用Clark变换得到相应的α轴电压值U

基于U

利用q

将上一次控制中电网电压q轴正序分量

基于U

进一步的，所述U

实施例2：

本发明提供电网电压不对称跌落故障下储能变流器的控制系统，如图2所示，所述系统包括：

第一确定模块，用于基于获取的电网电压d轴正序分量与储能变流器d轴电压额定值确定电网电压跌落深度；

第二确定模块，用于基于电网电压跌落深度和储能变流器d轴电流额定值确定储能变流器的正序电流给定值；

第三确定模块，用于基于电网电压跌落深度和获取的电网电压d轴负序分量确定储能变流器的负序无功电流给定值；

控制模块，用于分别基于所述储能变流器的正序电流给定值和负序无功电流给定值对储能变流器进行控制。

具体的，所述储能变流器的正序电流给定值包括：储能变流器的正序有功电流给定值和正序无功电流给定值。

具体的，第二确定模块，包括储能变流器的正序有功电流给定值确定单元，所述正序有功电流给定值确定单元，用于：

当电网电压跌落深度小于第一预设值时，储能变流器的正序有功电流给定值为储能变流器并网点电压未跌落情况下储能变流器d轴电流给定值；

当电网电压跌落深度处于第一预设值和第二预设值构成的闭区间时，储能变流器的正序有功电流给定值为储能变流器并网点电压未跌落情况下储能变流器d轴电流给定值和校准值之间的最小值；

当电网电压跌落深度大于第二预设值时，储能变流器的正序有功电流给定值为0；

其中，校准值是基于储能变流器d轴电流额定值确定的；0<第一预设值<第二预设值<1。

进一步的，所述校准值的计算式如下：

式中，I

第二确定模块，包括储能变流器的正序有功电流给定值确定单元，所述正序无功电流给定值确定单元，用于：

当电网电压跌落深度小于第一预设值时，储能变流器的正序无功电流给定值为0；

当电网电压跌落深度处于第一预设值和第二预设值构成的闭区间时，储能变流器的正序无功电流给定值为电网电压跌落深度与0.01的差值和0.02倍的储能变流器d轴电流额定值之间的乘积；

当电网电压跌落深度大于第二预设值时，储能变流器的正序无功电流给定值为储能变流器d轴电流额定值。

具体的，所述第三确定模块，用于：

令储能变流器的负序无功电流给定值为电网电压跌落深度、电网电压d轴负序分量和并网点电压未跌落情况下储能变流器的负序电压调差系数的设定值的乘积。

进一步的，所述系统还包括设定模块，所述设定模块，用于：

设定储能变流器的负序有功电流给定值为0。

具体的，所述电网电压跌落深度的计算式如下：

式中，δ为电网电压跌落深度，

具体的，电网电压d轴正序分量和电网电压d轴负序分量的获取过程，包括：

采集电网三相电压，并对电网三相电压采用Clark变换得到相应的α轴电压值U

基于U

利用q

将上一次控制中电网电压q轴正序分量

基于U

进一步的，所述U

实施例3：

因即插即用储能变流器几乎不存在有功控制困难的问题，可以灵活的向电网注入无功补偿，故而提出电网电压不对称跌落故障下储能变流器的控制方法，以达到储能变流器为电网电压提供主动支撑的目的；

储能变流器接入电网的连接方式示意图如图3所示，储能变流器与电池组成储能系统，采样点A称之为储能变流器并网点；

提出的电网电压不对称跌落故障下储能变流器的控制方法的具体步骤如下：

步骤A：将采样点A的额定电压与储能变流器额定电压中最小值的d轴分量设定为储能变流器d轴电压额定值U

将采样点A的额定电流与储能变流器额定电流中最小值的d轴分量设定为储能变流器d轴电流额定值I

步骤B：按照图4所示的并网点电压正负序分离框图，基于电网三相电压获取其在αβ轴的正负序分量。

详细过程为：

对电网三相电压采用Clark变换得到相应的α轴电压值U

基于U

按照下述公式计算得到电网三相电压在α轴的正序分量U

步骤C：将上一次控制得到的电网电压q轴正序分量

步骤D：基于U

步骤E：按照如图5所示的电网三相电压不对称跌落故障下储能变流器的控制框图，基于

对于电网电压正序分量跌落，储能变流器(PCS)提供正序无功电流以抬升并网点电压，当电网电压跌落深度在10％以内，无特别无功要求；当跌落深度大于10％时，跌落深度每增加1％，注入无功电流增加额定容量I

即储能变流器的正序无功电流给定值

式中，δ为电网电压跌落深度；

储能变流器(PCS)提供正序有功电流来维持储能变流器正常工作；

即储能变流器的正序有功电流给定值

式中，I

储能变流器(PCS)一般不提供负序有功电流，即

对于电网电压不对称跌落，储能变流器(PCS)提供负序无功电流以改善电网电压不对称性，当并网点电压未跌落情况下储能变流器的负序电压调差系数的设定值K

即储能变流器负序无功电流给定值

K

式中，K

其中，电网电压跌落深度δ的计算式如下：

为验证所提方法的有效性搭建了如图6所示的试验平台，包括2km线路阻抗模拟器、50kW光伏模拟器、50kW储能变流器、100kWh铁锂电池、100kVA RLC负载。按照所述控制方法进行操作，当投入单相RL负载时储能变流器输出容性无功对并网点电压进行支撑，如图7所示；当突入单相RC负载时储能变流器输出感性无功对并网点电压进行支撑，波形如图8所示。试验证明本专利所提控制方法能够实现电压不平衡跌落情况的电网电压主动支撑。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。