一種雙向儲能變流器并網(wǎng)控制策略研究

摘要：介紹了一種雙向儲能變流器(PCS)主電路拓撲結(jié)構(gòu)。針對變流器并網(wǎng)電流諧波問題，提出一種基于復(fù)合控制技術(shù)的電流諧波抑制策略。由于受到電網(wǎng)諧波及調(diào)制的影響，雙向儲能變流器的并網(wǎng)電流中含有一定諧波，降低了裝置輸出電能質(zhì)量。采用結(jié)合比例積分(PI)和重復(fù)控制的復(fù)合控制策略，能有效抑制雙向PCS并網(wǎng)電流的諧波含量，并保證了系統(tǒng)雙向控制的動態(tài)響應(yīng)速度。在此基礎(chǔ)上，研制了一臺100 kW雙向PCS樣機。實驗結(jié)果驗證了所提變流器并網(wǎng)控制方法的有效性和可行性。
關(guān)鍵詞：儲能變流器；并網(wǎng)；諧波抑制

1 引言
大容量電池儲能系統(tǒng)具有消峰填谷、平抑新能源發(fā)電出力波動、提供應(yīng)急電源等功能，是智能電網(wǎng)建設(shè)和微網(wǎng)運行的重要發(fā)展方向。雙向PCS是實現(xiàn)直流儲能電池與交流電網(wǎng)之間雙向能量傳遞的關(guān)鍵設(shè)備，其控制性能決定著整個儲能系統(tǒng)的可靠性、控制精度和輸出電能質(zhì)量等重要指標。但受電網(wǎng)電壓擾動及調(diào)制等因素影響，PCS并網(wǎng)電流中會含有大量諧波，導(dǎo)致系統(tǒng)諧波含量指標欠佳。此處對PCS中雙向并網(wǎng)電流諧波抑制問題進行研究，給出采用PI控制和重復(fù)控制并聯(lián)的復(fù)合控制算法，使系統(tǒng)的雙向控制精度和輸出電能質(zhì)量都得到較大提高。最后通過實驗驗證了所提方法的有效性。

2 主電路與建模
2．1 主電路拓撲
圖1示出一種雙級式PCS主電路拓撲結(jié)構(gòu)。

前級為DC／DC直流變換器，采用半橋式雙向Buck-Boost電路將電池電壓升壓至直流母線電壓，根據(jù)直流側(cè)電流／功率指令的閉環(huán)控制實現(xiàn)直流功率的雙向傳遞；后級為DC／AC逆變整流器，采用三相全橋電路和LCL濾波器將直流母線電壓逆變?yōu)槿嘟涣麟娋W(wǎng)電壓，其中濾波電感Lg可設(shè)計為隔離變壓器漏感，以減小裝置體積。由于LCL濾波器在諧振頻率以上以60 dB／dec斜率衰減，故可很好地抑制并網(wǎng)電流中的高頻諧波。后級變流器采用電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制方式。電壓外環(huán)控制器通過穩(wěn)定直流母線電壓產(chǎn)生參考電流信號，再通過電流內(nèi)環(huán)控制器實現(xiàn)交流側(cè)有功和無功調(diào)節(jié)，以提高系統(tǒng)的動態(tài)性能并實現(xiàn)限流保護。前級變換器負責(zé)調(diào)節(jié)PCS直流側(cè)充放電電流，僅通過直流母線與后級并網(wǎng)變流器相連。為減小直流電流紋波，前級DC／DC變換器可采用多重化載波移相方法進行多組并聯(lián)。由于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)下前級變換器對PCS并網(wǎng)電流波形質(zhì)量的影響較小，故此處不對DC／DC控制作詳細分析。
2．2 并網(wǎng)變流器分析
為便于分析，將后級并網(wǎng)側(cè)變流器模型從三相靜止a，b，c坐標系變換到兩相同步旋轉(zhuǎn)d，q坐標系，得到其數(shù)學(xué)模型為：

式中：Rf，Rg為Lf，Lg附加電阻；us為電網(wǎng)電壓；ω為電網(wǎng)電壓角頻率。