一種儲能變流控制器的rtds閉環測試方法
【專利摘要】一種儲能變流控制器的RTDS閉環測試方法，所述方法利用RTDS/RSCAD仿真系統建立測試平臺，對儲能變流控制器進行閉環測試，根據RTDS輸入輸出特性，把儲能變流控制器所需要的模擬量通過功率放大器輸出，而控制器所發出的脈沖以數字量的形式輸入給RTDS，控制主電路逆變器中功率開關管的開斷，計算軟件RSCAD完成對其監控，實現對儲能變流控制器的各種性能測試；所述測試方法由儲能變流控制器閉環測試系統實現完成。本發明利用RTDS輸入輸出功能對儲能變流控制器進行充放電實驗，主要對儲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驗進行了實時閉環仿真測試，通過該方法測試的儲能變流控制器都能改善微網的電能質量等。
【專利說明】—種儲能變流控制器的RTDS閉環測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種儲能變流控制器的RTDS閉環測試方法，屬電力系統儲能【技術領域】。
【背景技術】
[0002]近年來，風電光伏產業的迅猛發展推動了大容量儲能產業的發展。儲能系統已被視為電力生產過程中“米一發一輸一配一用一儲”六大環節中的一個重要組成部分，系統中引入儲能環節后，不僅可以有效地進行需求側管理，削峰平谷，平滑負荷功率，還可以更有效的提高電力設備利用率，降低供電成本，同時還可以促進可再生能源的大量應用，尤其是解決類似于風力發電這樣的具有波動性的新能源并網問題。除此以外，儲能系統的應用還可以提高電力系統運行的穩定性和經濟性，參與系統調峰調頻，配合電力系統統一調度。
[0003]儲能變流控制器應用場合十分廣泛，主要應用在儲能電站、微網與應急電源等場合。它主要用來平滑波動性電源功率輸出；在離網運行下，可做主電源提供電壓頻率支撐；改善微網的電能質量等。
[0004]目前可再生能源已廣泛應用，光伏、風能的研究也成為熱點，以光伏、風能構建的微網中，都會涉及到儲能。在光伏并網仿真系統中，直流側采用直流電容進行儲能，但實際中，僅對直流端進行儲能不能滿足控制要求，還需要在交流端進行儲能，主要針對交流側儲能進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逆變器運行，即要使功率雙向變流，實現逆變器的四象限運行控制，目前采用基于VOC新策略并結合SVPWM調制方式來實現儲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換仿真。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是，利用RTDS/RSCAD仿真系統建立測試平臺，對儲能變流控制器進行閉環測試，實現對儲能變流控制器的各種性能測試；通過對儲能變流控制器的閉環測試，解決儲能變流控制器的存在的問題，同時也就解決了儲能變流控制器對新能源發電的隨動性、波動性問題，實現新能源發電的平滑輸出，能有效調節新能源發電引起的電網電壓、頻率及相位的變化，使大規模的風電及光伏發電方便可靠地并入常規電網。
[0006]實現本發明的技術方案是，利用RTDS/RSCAD仿真系統建立測試平臺，對儲能變流控制器進行閉環測試，根據RTDS輸入輸出特性，把儲能變流控制器所需要的模擬量通過功率放大器輸出，而控制器所發出的脈沖以數字量的形式輸入給RTDS，控制主電路逆變器中功率開關管的開斷，計算軟件RSCAD完成對其監控，實現對儲能變流控制器的各種性能測試。
[0007]儲能變流控制器在測試中要求滿足儲能系統的能量雙向流動，即能實現從DC到AC的能量流動(放電模式)，也可以從AC到DC的能量流動(充電模式)，儲能變流控制器的額定功率要能滿足儲能電池的長時間工作，最大功率能滿足儲能電池的快速放電能力，可以實現對太陽能光伏電站/風電場的調壓調頻功能。
[0008]儲能變流控制器控制類型包括并網型、離網型及雙模式系統。不同的系統控制策略不同，尤其在雙模式系統下，要能實現并網與離網系統的無縫切換。在并網條件下，儲能變流控制器的主控方式采用P/Q控制方式；在離網條件下，儲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]本發明測試方法由儲能變流控制器閉環測試系統實現完成。儲能變流控制器閉環測試系統結構包括RSCAD仿真模型、GTAO卡、功率放大器、GTDI卡、儲能變流控制裝置和RTDS系統；GTA0卡和GTDI卡分別插入RTDS系統的相應接口上，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，輸入信號經放大器放大后的模擬量進入儲能變流控制裝置，經儲能變流控制裝置信號的模擬量變成了數字量脈沖，該脈沖通過GTDI卡接入RSCAD仿真模型逆變橋的控制端。
[0010]儲能變流控制器是控制儲能電池充放電的控制裝置。實際上就是對AC-DC電路的控制，使AC-DC電路既作逆變器又做整流器，實現能量的雙向傳輸。在并網條件下，采用基于VOC控制方式，在脫網條件下，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實驗。
[0011]本發明方法可對儲能變流控制器完成以下測試:
[0012](I)恒流控制
[0013]外環采用直流電流PI控制，維持充放電電流的恒定。電流給定值為儲能電池允許的充放電電流，電流實際值由測量元件直接測得直流母線電流。直流電流外環調節經過限幅后，輸出量作為電流內環有功電流的給定值。
[0014](2)恒壓充放電
[0015]外環采用直流電壓PI調節，維持電池電壓的恒定。電壓給定值為儲能電池允許的電壓值，電壓實際值由測量元件直接測得直流母線電壓。直流電壓外環調節經過限幅后，輸出量作為電流內環有功電流的給定值。
[0016](3)電流內環控制
[0017]電流內環控制也采用增量式PI閉環控制，分為有功調節和無功調節。電流給定值為功率閉環調節的輸出量，電流實際值分別為dq坐標系下的d軸和q軸分量。單位功率因數下，無功電流給定值為O。
[0018](4) V/f 控制
[0019]離網模式下，儲能系統獨立給負荷供電或儲能系統在微網中作主電源運行時，要為負荷提供電壓和頻率支撐，維持供電點電壓和頻率的穩定，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]外環采用有功功率P與無功功率Q進行PI調節，維持系統功率恒定，保證系統功率因數。功率給定值為儲能電池允許的容量值，有功功率P經PI調節后，輸出量作為電流內環有功電流的給定值，而無功功率經PI調節后，輸出量作為電流內環無功電流的給定值。
[0022]本發明的有益效果是，本發明給出了儲能變流控制器應用于微網系統中的各種波形，包括P/Q控制充放電、P/Q控制并網向V/f控制離網系統切換、V/f控制離網向并網切換。本發明利用RTDS輸入輸出功能對儲能變流控制器進行充放電實驗，主要對儲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驗進行了實時閉環仿真測試，通過該方法測試的儲能變流控制器都能改善微網的電能質量等。
[0023]儲能變流控制器應用場合十分廣泛，主要應用在儲能電站、微網與應急電源等場合。它主要用來平滑波動性電源功率輸出。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為儲能變流控制器分類及控制策略結構示意圖；
[0025]圖2為儲能變流控制器閉環測試系統連接圖；
[0026]圖3為恒流控制充放電實驗波形；
[0027]圖4為P/Q控制下充放電實驗波形；
[0028]圖5為V/f控制下放電實驗波形；
[0029]圖6為V/f控制下的投負荷實驗波形。
【具體實施方式】
[0030]本發明具體在儲能變流控制器RTDS實驗中實施。
[0031](I)恒流控制充放電實驗
[0032]在儲能變流控制器中設定規定范圍內的電流控制指令，設置合理的PI控制參數，運行系統，把儲能變流控制器中發出的脈沖輸入到RTDS中，在軟件RSCAD中進行監控，觀察波形是否正確。
[0033]現設定恒流控制充電指令為ID(；ef=0.2kA，放電控制指令ID(；ef=-0.2kA，充電指令為IDCMf=0.2kA模擬系統充電一放電一充電過程。啟動仿真器，在RSCAD監控到的仿真波形如下圖3所示。
[0034]圖3中，I號曲線中的IA、IB與IC表示逆變器三相輸出電流波形；2號曲線中的IBRK3A、IBRK3B與IBRK3C為負荷三相電流波形；3號曲線中的VAB、VBC與VCA表示網側線電壓波形；4號曲線中VABUVBC1與VCAl表示逆變器輸出側線電壓波形；5號曲線中的IDC表示儲能端直流電流波形；6號曲線中的P表示有功功率波形；7號曲線中的Q表示無功功率波形。
[0035]由圖3可以看出，直流電流IDC按控制指令進行充放電切換，并網電壓及電流波形對稱，系統可控。
[0036]( 2) P/Q控制充放電實驗
[0037]在控制器中設置功率控制指令，設置充電指令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，儲能側直流電源值為640V，模擬系統充電一放電—充電切換。設置合理的PI控制參數，在RSCAD中監控到的仿真波形如下圖4所示。
[0038]圖4中，I號曲線中IA、IB與IC表示逆變器三相輸出電流波形；2號曲線中IBRK3A、IBRK3B與IBRK3C負荷三相電流波形；3號曲線中VABl、VBCl與VCAl表示逆變器輸出線電壓波形；4號曲線中P表系統有功功率波形；5號曲線中Q表無功功率波形；6號曲線中N10、N11與N12表示網側三相電壓。
[0039]從圖4中波形可以看出，P/Q控制成功實現了儲能端充放電模擬，達到了能量雙向傳輸的目的。并網電壓與電流波形質量達到了相關要求。[0040](3) V/f控制實驗
[0041]切除電網后，啟用V/f控制程序，儲能端獨立向網側負荷供電，保證供電點處電壓與頻率的穩定，本實驗平臺，逆變器輸出側線電壓控制目標為270V，通過接口變壓器與外電路負荷相連，負荷供電點處線電壓為380V。V/f控制仿真波形如圖5所示。
[0042]圖5中，I號曲線中N1、N2與N3網側相電壓波形；2號曲線中IA、IB與IC表示逆變器交流輸出側三相電流波形；3號曲線中VAB、VBC與VCA表示網側線電壓波形；4號曲線中VABl、VBCI與VCAl表示逆變器輸出線電壓波形；5號曲線中IDC表示逆變器直流側電流，正方向為流向儲能電池。
[0043]V/f控制方式下，網側電壓與電流的控制達到了相關目標。考察V/f控制下的穩定下，可以采用投切負荷的方式，圖6給出了投負荷來模擬擾動，考察其動態性能，波形如下圖6所示。
[0044]圖6中，I號曲線中IA、IB與IC表示逆變器輸出三相電流；2號曲線中VAB1、VBC1與VCAl表示逆變器交流輸出側線電壓波形；3號曲線中IDC表示逆變器直流側電流，正方向為流向儲能電池；4號曲線中N1、N2與N3網側相電壓波形。
[0045]由圖6可知，V/f控制效果較好，投負荷瞬間，網側電壓波動很小，很快過渡到新的穩態。
【權利要求】
1.一種儲能變流控制器的RTDS閉環測試方法，其特征在于，所述方法利用RTDS/RSCAD仿真系統建立測試平臺，對儲能變流控制器進行閉環測試，根據RTDS輸入輸出特性，把儲能變流控制器所需要的模擬量通過功率放大器輸出，而控制器所發出的脈沖以數字量的形式輸入給RTDS，控制主電路逆變器中功率開關管的開斷，計算軟件RSCAD完成對其監控，實現對儲能變流控制器的各種性能測試；所述測試方法由儲能變流控制器閉環測試系統實現完成。
2.根據權利要求1所述的一種儲能變流控制器的RTDS閉環測試方法，其特征在于，所述儲能變流控制器閉環測試系統結構包括RSCAD仿真模型、GTAO卡、功率放大器、GTDI卡、儲能變流控制裝置和RTDS系統；GTA0卡和GTDI卡分別插入RTDS系統的相應接口上，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，輸入信號經放大器放大后的模擬量進入儲能變流控制裝置，經儲能變流控制裝置信號的模擬量變成了數字量脈沖，該脈沖通過GTDI卡接入RSCAD仿真模型逆變橋的控制端。
3.根據權利要求1所述的一種儲能變流控制器的RTDS閉環測試方法，其特征在于，所述方法可對儲能變流控制器完成以下測試: (I)恒流控制；(2)恒壓充放電；(3)電流內環控制；(4)V/f控制；(5)P/Q充放電控制。
4.根據權利要求3所述的一種儲能變流控制器的RTDS閉環測試方法，其特征在于，所述恒流控制，即外環采用直流電流PI控制，維持充放電電流的恒定，電流給定值為儲能電池允許的充放電電流，電流實際值由測量元件直接測得直流母線電流；直流電流外環調節經過限幅后，輸出量作為電流內環有功電流的給定值。
5.根據權利要求3所述的一種儲能變流控制器的RTDS閉環測試方法，其特征在于，所述恒壓充放電，即外環采用直流電壓PI調節，維持電池電壓的恒定；電壓給定值為儲能電池允許的電壓值，電壓實際值由測量元件直接測得直流母線電壓；直流電壓外環調節經過限幅后，輸出量作為電流內環有功電流的給定值。
6.根據權利要求3所述的一種儲能變流控制器的RTDS閉環測試方法，其特征在于，所述電流內環控制，即電流內環控制也采用增量式PI閉環控制，分為有功調節和無功調節；電流給定值為功率閉環調節的輸出量，電流實際值分別為dq坐標系下的d軸和q軸分量；單位功率因數下，無功電流給定值為O。
7.根據權利要求3所述的一種儲能變流控制器的RTDS閉環測試方法，其特征在于，所述V/f控制，即離網模式下，儲能系統獨立給負荷供電或儲能系統在微網中作主電源運行時，要為負荷提供電壓和頻率支撐，維持供電點電壓和頻率的穩定，采取定電壓和定頻率控制策略(V/f控制)。
8.根據權利要求3所述的一種儲能變流控制器的RTDS閉環測試方法，其特征在于，所述P/Q充放電控制，即外環采用有功功率P與無功功率Q進行PI調節，維持系統功率恒定，保證系統功率因數；功率給定值為儲能電池允許的容量值，有功功率P經PI調節后，輸出量作為電流內環有功電流的給定值，而無功功率經PI調節后，輸出量作為電流內環無功電流的給定值。
【文檔編號】G05B23/02GK103970120SQ201310713633
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年12月20日 優先權日:2013年12月20日
【發明者】趙勇, 孫軍, 周寧, 曹蓓 申請人:國家電網公司, 國網江西省電力科學研究院