PCS電壓頻率控制系統(tǒng)技術(shù)方案

本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種PCS電壓頻率控制系統(tǒng)，參考電壓變換器與鎖相環(huán)的輸出端相連接，鎖相環(huán)的輸出端還與網(wǎng)側(cè)電壓變換器相連接；網(wǎng)側(cè)電壓變換器通過(guò)電壓互感器連接在電網(wǎng)的隔離變壓器的高壓側(cè)；網(wǎng)側(cè)電壓變換器的兩個(gè)輸出端分別通過(guò)兩個(gè)比例積分控制器與坐標(biāo)變換器相連接；坐標(biāo)變換器的輸出端與SVPWM發(fā)生器相連接；SVPWM發(fā)生器的輸出端與電網(wǎng)的功率開(kāi)關(guān)管相連接。通過(guò)參考電壓變換器、鎖相環(huán)、網(wǎng)側(cè)電壓變換器、電壓互感器、兩個(gè)比例積分控制器、坐標(biāo)變換器和SVPWM發(fā)生器，最終產(chǎn)生控制電網(wǎng)的功率開(kāi)關(guān)管的PWM控制信號(hào)。本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)的PCS電壓頻率控制系統(tǒng)，具有實(shí)現(xiàn)了PCS在離網(wǎng)情況下的建壓建頻且可穩(wěn)定輸出期望的電壓和頻率等優(yōu)點(diǎn)。（*該技術(shù)在2023年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種PCS電壓頻率控制系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
眾所周知，風(fēng)能、太陽(yáng)能等間歇式電源并網(wǎng)及輸配技術(shù)是目前能源領(lǐng)域的優(yōu)先發(fā)展主題之一。與此相應(yīng)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用引起了廣泛關(guān)注。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分就是PCS (Power Conversion System,能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng))。PCS裝置已在太陽(yáng)能、風(fēng)能等分布式發(fā)電技術(shù)中有較多的應(yīng)用，并逐漸應(yīng)用于飛輪儲(chǔ)能、超級(jí)電容器、電池儲(chǔ)能等小容量雙向功率傳遞的儲(chǔ)能系統(tǒng)中。通過(guò)PCS可以實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)直流電池與交流電網(wǎng)之間的雙向能量傳遞，實(shí)現(xiàn)在正?；蚬聧u運(yùn)行方式下的電壓控制等。PCS的一個(gè)重要作用就是在大電網(wǎng)斷電情況下，可繼續(xù)給負(fù)載提供可靠的電壓支撐，滿(mǎn)足負(fù)載運(yùn)行需求。為此，研究PCS的電壓頻率控制勢(shì)在必行。PCS電壓頻率控制主要目標(biāo)是在離網(wǎng)情況下提供期望的電壓。傳統(tǒng)的含單電感濾器的PCS，雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但濾波效果不好；含LCL濾波器的PCS濾波效果較前者好，但對(duì)于大容量情況，要求的直流側(cè)電壓較高，不利于直流側(cè)電池組件串并聯(lián)。PCS作為一種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能和電網(wǎng)或者負(fù)載的能量雙向流動(dòng)。為提高PCS輸出性能，現(xiàn)有PCS多含有LCL型濾波器或者隔離變壓器等裝置。至此，PCS的數(shù)學(xué)模型將變成高階模型，采用傳統(tǒng)的電壓電流雙閉環(huán)控制不僅需要較多電壓電流傳感器，且增加了 PI控制器(比例積分控制器)數(shù)量，不易調(diào)試，對(duì)于工程應(yīng)用相當(dāng)不便。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)是為避免上述已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種PCS電壓頻率控制系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化控制策略和控制結(jié)構(gòu)、控制PCS穩(wěn)定輸出期望的恒定或可變的電壓和頻率以滿(mǎn)足工程需求。本技術(shù)為解決技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案。PCS電壓頻率控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，包括參考電壓變換器、鎖相環(huán)、網(wǎng)側(cè)電壓變換器、電壓互感器、第一比例積分控制器、第二比例積分控制器、坐標(biāo)變換器和SVPWM(SpaceVector Pulse Width Modulation,空間矢量脈寬調(diào)制)發(fā)生器；所述參考電壓變換器與所述鎖相環(huán)的輸出端相連接，所述鎖相環(huán)的輸出端還與所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器相連接；所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器通過(guò)電壓互感器連接在電網(wǎng)的隔離變壓器的高壓側(cè)；所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器的兩個(gè)輸出端分別通過(guò)第一比例積分控制器和第二比例積分控制器與坐標(biāo)變換器相連接；所述參考電壓變換器的一個(gè)輸出端連接在所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器與第一比例積分控制器之間，所述參考電壓變換器的另一個(gè)輸出端連接在所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器與第二比例積分控制器之間；所述坐標(biāo)變換器的輸出端與所述SVPWM發(fā)生器相連接；所述SVPWM發(fā)生器的輸出端與電網(wǎng)的功率開(kāi)關(guān)管相連接。與已有技術(shù)相比，本技術(shù)有益效果體現(xiàn)在:本技術(shù)的PCS電壓頻率控制系統(tǒng)，采用LCR-型PCS拓?fù)?，不僅具有良好的濾波效果，且能降低直流側(cè)電壓的要求。但此種拓?fù)涞臄?shù)學(xué)模型階數(shù)較高，如嚴(yán)格采用其數(shù)學(xué)模型進(jìn)行電壓電流雙閉環(huán)控制，不僅增加控制難度，且控制性能會(huì)大大降低。采用簡(jiǎn)化可靠的方法可顯著提高其控制性能和實(shí)用價(jià)值。本技術(shù)提出的基于LCR-T降階模型的PCS電壓頻率控制方法，采用電壓環(huán)單級(jí)控制策略，將高階模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，控制結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單；采用單級(jí)式的電壓閉環(huán)控制，控制策略更為簡(jiǎn)化；具有良好的控制性能:直流側(cè)電壓存波動(dòng)情況下，可控制PCS穩(wěn)定輸出期望的恒定或可變的電壓和頻率，可實(shí)時(shí)輸出恒定的或可變的電壓，實(shí)現(xiàn)了 PCS在離網(wǎng)情況下的建壓建頻，可穩(wěn)定輸出期望的電壓和頻率，具有控制簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、輸出電壓正弦度度高等優(yōu)點(diǎn)，完全滿(mǎn)足工程需求。附圖說(shuō)明圖1為本技術(shù)的PCS電壓頻率控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為本技術(shù)的PCS電壓頻率控制方法的流程圖。圖3為對(duì)本技術(shù)的PCS電壓頻率控制系統(tǒng)及方法進(jìn)行測(cè)試時(shí)工況I條件下PCS輸出的A、B、C三相電壓波形示意圖。圖4為對(duì)本技術(shù)的PCS電壓頻率控制系統(tǒng)及方法進(jìn)行測(cè)試時(shí)工況2條件下PCS輸出的A、B、C三相電壓波形示意圖。圖5為對(duì)本技術(shù)的PCS電壓頻率控制系統(tǒng)及方法進(jìn)行測(cè)試時(shí)工況3條件下PCS輸出的A相電壓波形示意圖。圖6為L(zhǎng)CR-型PCS拓?fù)浜?jiǎn)圖。圖7為L(zhǎng)CR-T型PCS的單相等效電路模型。圖8為阻抗網(wǎng)絡(luò)的化簡(jiǎn)圖。圖9為模型降階后的LCR-T型PCS的單相等效電路模型。圖10為模型降階后的LCR-型PCS拓?fù)浜?jiǎn)圖。以下通過(guò)具體實(shí)施方式，并結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)作進(jìn)一步說(shuō)明。具體實(shí)施方式參見(jiàn)圖1，PCS電壓頻率控制系統(tǒng)，包括參考電壓變換器、鎖相環(huán)、網(wǎng)側(cè)電壓變換器、電壓互感器、第一比例積分控制器、第二比例積分控制器、坐標(biāo)變換器和SVPWM發(fā)生器；所述參考電壓變換器與所述鎖相環(huán)的輸出端相連接，所述鎖相環(huán)的輸出端還與所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器相連接；所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器通過(guò)電壓互感器連接在電網(wǎng)的隔離變壓器的高壓側(cè)；所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器的兩個(gè)輸出端分別通過(guò)第一比例積分控制器和第二比例積分控制器與坐標(biāo)變換器相連接；所述參考電壓變換器的一個(gè)輸出端連接在所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器與第一比例積分控制器之間，所述參考電壓變換器的另一個(gè)輸出端連接在所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器與第二比例積分控制器之間；所述坐標(biāo)變換器的輸出端與所述SVPWM發(fā)生器相連接；所述SVPWM發(fā)生器的輸出端與電網(wǎng)的功率開(kāi)關(guān)管相連接。參考三相電壓Varef、Vbref和Vcref分別輸入至參考電壓變換器和鎖相環(huán)PLL中；鎖相環(huán)用于跟蹤參考電壓的相位并實(shí)時(shí)獲取參考電壓的相位Θ，并將Θ分別傳送給參考電壓變換器和網(wǎng)側(cè)電壓變換器。參考電壓變換器根據(jù)參考三相電壓Varef、Vbref和Vcref和鎖相環(huán)傳送的參考電壓的相位Θ，計(jì)算獲得參考電壓的d軸分量Vdref和q軸分量 Vqref0參考電壓變換器和網(wǎng)側(cè)電壓變換器均為abc/ dq變換器，用于將三個(gè)交流分量a、b和c轉(zhuǎn)化為兩個(gè)直流分量d和q。坐標(biāo)變換器為dq/α β變換器，用于把兩個(gè)直流分量d、q轉(zhuǎn)變成兩個(gè)同步旋轉(zhuǎn)交流分量α和β。網(wǎng)側(cè)電壓變換器根據(jù)電壓互感器在電網(wǎng)的隔離變壓器T的高壓側(cè)所采集的采樣電壓Va、Vb和Vc和鎖相環(huán)傳送的參考電壓的相位Θ，計(jì)算獲得采樣電壓的d軸分量Vd和q軸分量Vq。參量Vdref和Vd輸入至第一比例積分控制器，由第一比例積分控制器輸出參量Vdr ;參量Vqref和Vq輸入至第二比例積分控制器，由第二比例積分控制器輸出參量Vqr。參量Vdr和Vqr均輸入坐標(biāo)變換器，由坐標(biāo)變換器將參量Vdr和Vqr轉(zhuǎn)化為參量V α和V β，并將參量Va和V β傳送給SVPWM發(fā)生器，作為SVPWM發(fā)生器的輸入信號(hào)，SVPWM采用常規(guī)的兩電平七段式方式，最終產(chǎn)生控制電網(wǎng)的功率開(kāi)關(guān)管的PWM控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)PCS電壓頻率的控制。PCS電壓頻率控制系統(tǒng)方法，包括如下步驟:步驟1:模型降階；LCR_T型PCS是指含有LCR濾波器和隔離型變壓的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。一般情況下，其模型對(duì)應(yīng)為5階模型，控制相對(duì)復(fù)雜。模型降階的數(shù)學(xué)本質(zhì)是^fLCR-T型PCS傳遞函數(shù)進(jìn)行零極點(diǎn)對(duì)消；物理本質(zhì)是:在低頻信號(hào)下，忽略濾波電容支路和激磁電感支路，并利用等效電感來(lái)代替原阻抗網(wǎng)絡(luò)，即將濾波器電感與隔離變壓器原副邊電感之和等效為一個(gè)總電感，便于簡(jiǎn)化控制且能獲得良好的控制效果。但在控制過(guò)程中仍需考慮隔離變壓器弓丨起的電壓電流數(shù)值變化以及電壓電流相移等特本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
PCS電壓頻率控制系統(tǒng)，其特征是，包括參考電壓變換器、鎖相環(huán)、網(wǎng)側(cè)電壓變換器、電壓互感器、第一比例積分控制器、第二比例積分控制器、坐標(biāo)變換器和SVPWM發(fā)生器；所述參考電壓變換器與所述鎖相環(huán)的輸出端相連接，所述鎖相環(huán)的輸出端還與所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器相連接；所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器通過(guò)電壓互感器連接在電網(wǎng)的隔離變壓器的高壓側(cè)；所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器的兩個(gè)輸出端分別通過(guò)第一比例積分控制器和第二比例積分控制器與坐標(biāo)變換器相連接；所述參考電壓變換器的一個(gè)輸出端連接在所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器與第一比例積分控制器之間，所述參考電壓變換器的另一個(gè)輸出端連接在所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器與第二比例積分控制器之間；所述坐標(biāo)變換器的輸出端與所述SVPWM發(fā)生器相連接；所述SVPWM發(fā)生器的輸出端與電網(wǎng)的功率開(kāi)關(guān)管相連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.PCS電壓頻率控制系統(tǒng)，其特征是，包括參考電壓變換器、鎖相環(huán)、網(wǎng)側(cè)電壓變換器、電壓互感器、第一比例積分控制器、第二比例積分控制器、坐標(biāo)變換器和SVPWM發(fā)生器；所述參考電壓變換器與所述鎖相環(huán)的輸出端相連接，所述鎖相環(huán)的輸出端還與所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器相連接；所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器通過(guò)電壓互感器連接在電網(wǎng)的隔離變壓器的高壓側(cè)；所述網(wǎng)側(cè)電壓變換器的...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周業(yè)如，王健，傅冬生，金曉馬，鄒東升，潘進(jìn)，宋毅，程建洲，鄭天文，吳劍鳴，羅紅波，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：安徽省電力公司宣城供電公司，北京華騰開(kāi)元電氣有限公司，
類(lèi)型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：