一種儲(chǔ)能變流控制器的rtds閉環(huán)測試方法
【專利摘要】一種儲(chǔ)能變流控制器的RTDS閉環(huán)測試方法，所述方法利用RTDS/RSCAD仿真系統(tǒng)建立測試平臺(tái)，對儲(chǔ)能變流控制器進(jìn)行閉環(huán)測試，根據(jù)RTDS輸入輸出特性，把儲(chǔ)能變流控制器所需要的模擬量通過功率放大器輸出，而控制器所發(fā)出的脈沖以數(shù)字量的形式輸入給RTDS，控制主電路逆變器中功率開關(guān)管的開斷，計(jì)算軟件RSCAD完成對其監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對儲(chǔ)能變流控制器的各種性能測試；所述測試方法由儲(chǔ)能變流控制器閉環(huán)測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完成。本發(fā)明利用RTDS輸入輸出功能對儲(chǔ)能變流控制器進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，主要對儲(chǔ)能變流控制器中采用的P/Q控制方式、恒流控制方式、V/f控制方式下的充放電實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了實(shí)時(shí)閉環(huán)仿真測試，通過該方法測試的儲(chǔ)能變流控制器都能改善微網(wǎng)的電能質(zhì)量等。
【專利說明】—種儲(chǔ)能變流控制器的RTDS閉環(huán)測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)能變流控制器的RTDS閉環(huán)測試方法，屬電力系統(tǒng)儲(chǔ)能【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，風(fēng)電光伏產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展推動(dòng)了大容量儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。儲(chǔ)能系統(tǒng)已被視為電力生產(chǎn)過程中“米一發(fā)一輸一配一用一儲(chǔ)”六大環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要組成部分，系統(tǒng)中引入儲(chǔ)能環(huán)節(jié)后，不僅可以有效地進(jìn)行需求側(cè)管理，削峰平谷，平滑負(fù)荷功率，還可以更有效的提高電力設(shè)備利用率，降低供電成本，同時(shí)還可以促進(jìn)可再生能源的大量應(yīng)用，尤其是解決類似于風(fēng)力發(fā)電這樣的具有波動(dòng)性的新能源并網(wǎng)問題。除此以外，儲(chǔ)能系統(tǒng)的應(yīng)用還可以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，參與系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻，配合電力系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)度。
[0003]儲(chǔ)能變流控制器應(yīng)用場合十分廣泛，主要應(yīng)用在儲(chǔ)能電站、微網(wǎng)與應(yīng)急電源等場合。它主要用來平滑波動(dòng)性電源功率輸出；在離網(wǎng)運(yùn)行下，可做主電源提供電壓頻率支撐；改善微網(wǎng)的電能質(zhì)量等。
[0004]目前可再生能源已廣泛應(yīng)用，光伏、風(fēng)能的研究也成為熱點(diǎn)，以光伏、風(fēng)能構(gòu)建的微網(wǎng)中，都會(huì)涉及到儲(chǔ)能。在光伏并網(wǎng)仿真系統(tǒng)中，直流側(cè)采用直流電容進(jìn)行儲(chǔ)能，但實(shí)際中，僅對直流端進(jìn)行儲(chǔ)能不能滿足控制要求，還需要在交流端進(jìn)行儲(chǔ)能，主要針對交流側(cè)儲(chǔ)能進(jìn)行充放電過程模擬仿真，這就要求AC-DC電路既能作為整流器也能充當(dāng)逆變器運(yùn)行，即要使功率雙向變流，實(shí)現(xiàn)逆變器的四象限運(yùn)行控制，目前采用基于VOC新策略并結(jié)合SVPWM調(diào)制方式來實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能變流充放電控制過程，包括恒有功功率、無功功率、恒電壓及恒電流控制方式下的充放電過程模擬及各種控制方式下的工況轉(zhuǎn)換仿真。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是，利用RTDS/RSCAD仿真系統(tǒng)建立測試平臺(tái)，對儲(chǔ)能變流控制器進(jìn)行閉環(huán)測試，實(shí)現(xiàn)對儲(chǔ)能變流控制器的各種性能測試；通過對儲(chǔ)能變流控制器的閉環(huán)測試，解決儲(chǔ)能變流控制器的存在的問題，同時(shí)也就解決了儲(chǔ)能變流控制器對新能源發(fā)電的隨動(dòng)性、波動(dòng)性問題，實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電的平滑輸出，能有效調(diào)節(jié)新能源發(fā)電引起的電網(wǎng)電壓、頻率及相位的變化，使大規(guī)模的風(fēng)電及光伏發(fā)電方便可靠地并入常規(guī)電網(wǎng)。
[0006]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案是，利用RTDS/RSCAD仿真系統(tǒng)建立測試平臺(tái)，對儲(chǔ)能變流控制器進(jìn)行閉環(huán)測試，根據(jù)RTDS輸入輸出特性，把儲(chǔ)能變流控制器所需要的模擬量通過功率放大器輸出，而控制器所發(fā)出的脈沖以數(shù)字量的形式輸入給RTDS，控制主電路逆變器中功率開關(guān)管的開斷，計(jì)算軟件RSCAD完成對其監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對儲(chǔ)能變流控制器的各種性能測試。
[0007]儲(chǔ)能變流控制器在測試中要求滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量雙向流動(dòng)，即能實(shí)現(xiàn)從DC到AC的能量流動(dòng)(放電模式)，也可以從AC到DC的能量流動(dòng)(充電模式)，儲(chǔ)能變流控制器的額定功率要能滿足儲(chǔ)能電池的長時(shí)間工作，最大功率能滿足儲(chǔ)能電池的快速放電能力，可以實(shí)現(xiàn)對太陽能光伏電站/風(fēng)電場的調(diào)壓調(diào)頻功能。
[0008]儲(chǔ)能變流控制器控制類型包括并網(wǎng)型、離網(wǎng)型及雙模式系統(tǒng)。不同的系統(tǒng)控制策略不同，尤其在雙模式系統(tǒng)下，要能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)與離網(wǎng)系統(tǒng)的無縫切換。在并網(wǎng)條件下，儲(chǔ)能變流控制器的主控方式采用P/Q控制方式；在離網(wǎng)條件下，儲(chǔ)能變流控制器的主控方式采用V/f控制方式。如圖1所示。
[0009]本發(fā)明測試方法由儲(chǔ)能變流控制器閉環(huán)測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完成。儲(chǔ)能變流控制器閉環(huán)測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括RSCAD仿真模型、GTAO卡、功率放大器、GTDI卡、儲(chǔ)能變流控制裝置和RTDS系統(tǒng)；GTA0卡和GTDI卡分別插入RTDS系統(tǒng)的相應(yīng)接口上，由RSCAD仿真模型輸入的電壓量(ea、eb、e。)和電流量(ia、ib、i。)通過GTAO卡接功率放大器，輸入信號(hào)經(jīng)放大器放大后的模擬量進(jìn)入儲(chǔ)能變流控制裝置，經(jīng)儲(chǔ)能變流控制裝置信號(hào)的模擬量變成了數(shù)字量脈沖，該脈沖通過GTDI卡接入RSCAD仿真模型逆變橋的控制端。
[0010]儲(chǔ)能變流控制器是控制儲(chǔ)能電池充放電的控制裝置。實(shí)際上就是對AC-DC電路的控制，使AC-DC電路既作逆變器又做整流器，實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳輸。在并網(wǎng)條件下，采用基于VOC控制方式，在脫網(wǎng)條件下，采用V/f控制方式，并要完成各種工況之間的無縫切換，孤島檢測及低電壓穿越等相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
[0011]本發(fā)明方法可對儲(chǔ)能變流控制器完成以下測試:
[0012](I)恒流控制
[0013]外環(huán)采用直流電流PI控制，維持充放電電流的恒定。電流給定值為儲(chǔ)能電池允許的充放電電流，電流實(shí)際值由測量元件直接測得直流母線電流。直流電流外環(huán)調(diào)節(jié)經(jīng)過限幅后，輸出量作為電流內(nèi)環(huán)有功電流的給定值。
[0014](2)恒壓充放電
[0015]外環(huán)采用直流電壓PI調(diào)節(jié)，維持電池電壓的恒定。電壓給定值為儲(chǔ)能電池允許的電壓值，電壓實(shí)際值由測量元件直接測得直流母線電壓。直流電壓外環(huán)調(diào)節(jié)經(jīng)過限幅后，輸出量作為電流內(nèi)環(huán)有功電流的給定值。
[0016](3)電流內(nèi)環(huán)控制
[0017]電流內(nèi)環(huán)控制也采用增量式PI閉環(huán)控制，分為有功調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)。電流給定值為功率閉環(huán)調(diào)節(jié)的輸出量，電流實(shí)際值分別為dq坐標(biāo)系下的d軸和q軸分量。單位功率因數(shù)下，無功電流給定值為O。
[0018](4) V/f 控制
[0019]離網(wǎng)模式下，儲(chǔ)能系統(tǒng)獨(dú)立給負(fù)荷供電或儲(chǔ)能系統(tǒng)在微網(wǎng)中作主電源運(yùn)行時(shí)，要為負(fù)荷提供電壓和頻率支撐，維持供電點(diǎn)電壓和頻率的穩(wěn)定，采取定電壓和定頻率控制策略(V/f控制)。
[0020](5)P/Q充放電控制
[0021]外環(huán)采用有功功率P與無功功率Q進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，維持系統(tǒng)功率恒定，保證系統(tǒng)功率因數(shù)。功率給定值為儲(chǔ)能電池允許的容量值，有功功率P經(jīng)PI調(diào)節(jié)后，輸出量作為電流內(nèi)環(huán)有功電流的給定值，而無功功率經(jīng)PI調(diào)節(jié)后，輸出量作為電流內(nèi)環(huán)無功電流的給定值。
[0022]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明給出了儲(chǔ)能變流控制器應(yīng)用于微網(wǎng)系統(tǒng)中的各種波形，包括P/Q控制充放電、P/Q控制并網(wǎng)向V/f控制離網(wǎng)系統(tǒng)切換、V/f控制離網(wǎng)向并網(wǎng)切換。本發(fā)明利用RTDS輸入輸出功能對儲(chǔ)能變流控制器進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，主要對儲(chǔ)能變流控制器中采用的P/Q控制方式、恒流控制方式、V/f控制方式下的充放電實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了實(shí)時(shí)閉環(huán)仿真測試，通過該方法測試的儲(chǔ)能變流控制器都能改善微網(wǎng)的電能質(zhì)量等。
[0023]儲(chǔ)能變流控制器應(yīng)用場合十分廣泛，主要應(yīng)用在儲(chǔ)能電站、微網(wǎng)與應(yīng)急電源等場合。它主要用來平滑波動(dòng)性電源功率輸出。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為儲(chǔ)能變流控制器分類及控制策略結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為儲(chǔ)能變流控制器閉環(huán)測試系統(tǒng)連接圖；
[0026]圖3為恒流控制充放電實(shí)驗(yàn)波形；
[0027]圖4為P/Q控制下充放電實(shí)驗(yàn)波形；
[0028]圖5為V/f控制下放電實(shí)驗(yàn)波形；
[0029]圖6為V/f控制下的投負(fù)荷實(shí)驗(yàn)波形。
【具體實(shí)施方式】
[0030]本發(fā)明具體在儲(chǔ)能變流控制器RTDS實(shí)驗(yàn)中實(shí)施。
[0031](I)恒流控制充放電實(shí)驗(yàn)
[0032]在儲(chǔ)能變流控制器中設(shè)定規(guī)定范圍內(nèi)的電流控制指令，設(shè)置合理的PI控制參數(shù)，運(yùn)行系統(tǒng)，把儲(chǔ)能變流控制器中發(fā)出的脈沖輸入到RTDS中，在軟件RSCAD中進(jìn)行監(jiān)控，觀察波形是否正確。
[0033]現(xiàn)設(shè)定恒流控制充電指令為ID(；ef=0.2kA，放電控制指令I(lǐng)D(；ef=-0.2kA，充電指令為IDCMf=0.2kA模擬系統(tǒng)充電一放電一充電過程。啟動(dòng)仿真器，在RSCAD監(jiān)控到的仿真波形如下圖3所示。
[0034]圖3中，I號(hào)曲線中的IA、IB與IC表示逆變器三相輸出電流波形；2號(hào)曲線中的IBRK3A、IBRK3B與IBRK3C為負(fù)荷三相電流波形；3號(hào)曲線中的VAB、VBC與VCA表示網(wǎng)側(cè)線電壓波形；4號(hào)曲線中VABUVBC1與VCAl表示逆變器輸出側(cè)線電壓波形；5號(hào)曲線中的IDC表示儲(chǔ)能端直流電流波形；6號(hào)曲線中的P表示有功功率波形；7號(hào)曲線中的Q表示無功功率波形。
[0035]由圖3可以看出，直流電流IDC按控制指令進(jìn)行充放電切換，并網(wǎng)電壓及電流波形對稱，系統(tǒng)可控。
[0036]( 2) P/Q控制充放電實(shí)驗(yàn)
[0037]在控制器中設(shè)置功率控制指令，設(shè)置充電指令P,ef=0.2MW，放電指令P,ef=-0.1麗，放電指令PMf=0.2MW,無功功率指令Qm=O，儲(chǔ)能側(cè)直流電源值為640V，模擬系統(tǒng)充電一放電—充電切換。設(shè)置合理的PI控制參數(shù)，在RSCAD中監(jiān)控到的仿真波形如下圖4所示。
[0038]圖4中，I號(hào)曲線中IA、IB與IC表示逆變器三相輸出電流波形；2號(hào)曲線中IBRK3A、IBRK3B與IBRK3C負(fù)荷三相電流波形；3號(hào)曲線中VABl、VBCl與VCAl表示逆變器輸出線電壓波形；4號(hào)曲線中P表系統(tǒng)有功功率波形；5號(hào)曲線中Q表無功功率波形；6號(hào)曲線中N10、N11與N12表示網(wǎng)側(cè)三相電壓。
[0039]從圖4中波形可以看出，P/Q控制成功實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能端充放電模擬，達(dá)到了能量雙向傳輸?shù)哪康?。并網(wǎng)電壓與電流波形質(zhì)量達(dá)到了相關(guān)要求。[0040](3) V/f控制實(shí)驗(yàn)
[0041]切除電網(wǎng)后，啟用V/f控制程序，儲(chǔ)能端獨(dú)立向網(wǎng)側(cè)負(fù)荷供電，保證供電點(diǎn)處電壓與頻率的穩(wěn)定，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，逆變器輸出側(cè)線電壓控制目標(biāo)為270V，通過接口變壓器與外電路負(fù)荷相連，負(fù)荷供電點(diǎn)處線電壓為380V。V/f控制仿真波形如圖5所示。
[0042]圖5中，I號(hào)曲線中N1、N2與N3網(wǎng)側(cè)相電壓波形；2號(hào)曲線中IA、IB與IC表示逆變器交流輸出側(cè)三相電流波形；3號(hào)曲線中VAB、VBC與VCA表示網(wǎng)側(cè)線電壓波形；4號(hào)曲線中VABl、VBCI與VCAl表示逆變器輸出線電壓波形；5號(hào)曲線中IDC表示逆變器直流側(cè)電流，正方向?yàn)榱飨騼?chǔ)能電池。
[0043]V/f控制方式下，網(wǎng)側(cè)電壓與電流的控制達(dá)到了相關(guān)目標(biāo)?？疾霽/f控制下的穩(wěn)定下，可以采用投切負(fù)荷的方式，圖6給出了投負(fù)荷來模擬擾動(dòng)，考察其動(dòng)態(tài)性能，波形如下圖6所示。
[0044]圖6中，I號(hào)曲線中IA、IB與IC表示逆變器輸出三相電流；2號(hào)曲線中VAB1、VBC1與VCAl表示逆變器交流輸出側(cè)線電壓波形；3號(hào)曲線中IDC表示逆變器直流側(cè)電流，正方向?yàn)榱飨騼?chǔ)能電池；4號(hào)曲線中N1、N2與N3網(wǎng)側(cè)相電壓波形。
[0045]由圖6可知，V/f控制效果較好，投負(fù)荷瞬間，網(wǎng)側(cè)電壓波動(dòng)很小，很快過渡到新的穩(wěn)態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種儲(chǔ)能變流控制器的RTDS閉環(huán)測試方法，其特征在于，所述方法利用RTDS/RSCAD仿真系統(tǒng)建立測試平臺(tái)，對儲(chǔ)能變流控制器進(jìn)行閉環(huán)測試，根據(jù)RTDS輸入輸出特性，把儲(chǔ)能變流控制器所需要的模擬量通過功率放大器輸出，而控制器所發(fā)出的脈沖以數(shù)字量的形式輸入給RTDS，控制主電路逆變器中功率開關(guān)管的開斷，計(jì)算軟件RSCAD完成對其監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對儲(chǔ)能變流控制器的各種性能測試；所述測試方法由儲(chǔ)能變流控制器閉環(huán)測試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種儲(chǔ)能變流控制器的RTDS閉環(huán)測試方法，其特征在于，所述儲(chǔ)能變流控制器閉環(huán)測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括RSCAD仿真模型、GTAO卡、功率放大器、GTDI卡、儲(chǔ)能變流控制裝置和RTDS系統(tǒng)；GTA0卡和GTDI卡分別插入RTDS系統(tǒng)的相應(yīng)接口上，由RSCAD仿真模型輸入的電壓量(ea、eb、ec)和電流量(ia、ib、i。)通過GTAO卡接功率放大器，輸入信號(hào)經(jīng)放大器放大后的模擬量進(jìn)入儲(chǔ)能變流控制裝置，經(jīng)儲(chǔ)能變流控制裝置信號(hào)的模擬量變成了數(shù)字量脈沖，該脈沖通過GTDI卡接入RSCAD仿真模型逆變橋的控制端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種儲(chǔ)能變流控制器的RTDS閉環(huán)測試方法，其特征在于，所述方法可對儲(chǔ)能變流控制器完成以下測試: (I)恒流控制；(2)恒壓充放電；(3)電流內(nèi)環(huán)控制；(4)V/f控制；(5)P/Q充放電控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種儲(chǔ)能變流控制器的RTDS閉環(huán)測試方法，其特征在于，所述恒流控制，即外環(huán)采用直流電流PI控制，維持充放電電流的恒定，電流給定值為儲(chǔ)能電池允許的充放電電流，電流實(shí)際值由測量元件直接測得直流母線電流；直流電流外環(huán)調(diào)節(jié)經(jīng)過限幅后，輸出量作為電流內(nèi)環(huán)有功電流的給定值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種儲(chǔ)能變流控制器的RTDS閉環(huán)測試方法，其特征在于，所述恒壓充放電，即外環(huán)采用直流電壓PI調(diào)節(jié)，維持電池電壓的恒定；電壓給定值為儲(chǔ)能電池允許的電壓值，電壓實(shí)際值由測量元件直接測得直流母線電壓；直流電壓外環(huán)調(diào)節(jié)經(jīng)過限幅后，輸出量作為電流內(nèi)環(huán)有功電流的給定值。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種儲(chǔ)能變流控制器的RTDS閉環(huán)測試方法，其特征在于，所述電流內(nèi)環(huán)控制，即電流內(nèi)環(huán)控制也采用增量式PI閉環(huán)控制，分為有功調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)；電流給定值為功率閉環(huán)調(diào)節(jié)的輸出量，電流實(shí)際值分別為dq坐標(biāo)系下的d軸和q軸分量；單位功率因數(shù)下，無功電流給定值為O。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種儲(chǔ)能變流控制器的RTDS閉環(huán)測試方法，其特征在于，所述V/f控制，即離網(wǎng)模式下，儲(chǔ)能系統(tǒng)獨(dú)立給負(fù)荷供電或儲(chǔ)能系統(tǒng)在微網(wǎng)中作主電源運(yùn)行時(shí)，要為負(fù)荷提供電壓和頻率支撐，維持供電點(diǎn)電壓和頻率的穩(wěn)定，采取定電壓和定頻率控制策略(V/f控制)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種儲(chǔ)能變流控制器的RTDS閉環(huán)測試方法，其特征在于，所述P/Q充放電控制，即外環(huán)采用有功功率P與無功功率Q進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，維持系統(tǒng)功率恒定，保證系統(tǒng)功率因數(shù)；功率給定值為儲(chǔ)能電池允許的容量值，有功功率P經(jīng)PI調(diào)節(jié)后，輸出量作為電流內(nèi)環(huán)有功電流的給定值，而無功功率經(jīng)PI調(diào)節(jié)后，輸出量作為電流內(nèi)環(huán)無功電流的給定值。
【文檔編號(hào)】G05B23/02GK103970120SQ201310713633
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】趙勇, 孫軍, 周寧, 曹蓓 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)江西省電力科學(xué)研究院