一種含儲能的T型三電平光伏逆變系統及控制策略的制作方法

本發明涉及新能源發電技術領域，具體地說，是一種含儲能的t型三電平光伏逆變系統及控制策略。

背景技術：

目前，光伏發電成為當前新能源發電的重要研究方向。然而，由于外界環境的影響，光伏出力會有波動性和隨機性，這往往不能滿足上級電網功率調度的需求。為了減小光伏系統出力的波動性和隨機性對電網的沖擊，則需要引入儲能系統。儲能系統能夠對光伏出力的波動進行平抑，實現削峰填谷的功能，以滿足并網需求。

t型三電平逆變器具有器件數目少、損耗低、輸出波形好、效率高的優點，在光儲聯合運行系統中若得到運用，則會顯著提高整個系統的效率。同時，如何做好整個系統控制策略的設計，運用合理的能量管理策略，以維持并網電壓的穩定、改善電網的電能質量、滿足上級電網調度需求，這些是當前必須要解決的問題。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提出了一種含儲能的t型三電平逆變系統及控制策略，該系統分為光伏系統、儲能系統、逆變系統三大部分，并通過對整個系統控制策略的實現，維持了并網電壓的穩定，實現了逆變器在單位功率因數下的可靠運行，滿足了上級電網功率調度的需求，改善了電網的電能質量，增強了電網對新能源的吸納能力。

本發明披露的一種含儲能的t型三電平逆變系統采用的具體技術方案如下：

一種含儲能的t型三電平逆變系統及控制策略，系統整體包括三大系統：光伏系統、儲能系統、逆變系統；其中，光伏系統中，光伏板經boost電路升壓后與直流母線相連接，儲能系統中，儲能電池經雙向buck-boost變流器連接直流母線，逆變系統中，三相t型三電平并網逆變器的直流側與直流母線連接，交流側經網側lcl濾波器后與三相交流電網相連。

根據光伏系統的出力情況、儲能系統儲能電池的充電狀態、三相t型三電平并網逆變器并網點電壓的波動情況和并網功率需求，分別通過三相t型三電平并網逆變器控制策略穩定并網電壓，使得逆變器在單位功率因數下實現可靠逆變；通過儲能雙向buck-boost變流器控制策略對儲能系統進行充放電控制以維持并網功率需求。

本發明的進一步改進，光伏系統由光伏板和boost變換器組成，其中，光伏板經boost變換器升壓后與直流母線相連接；儲能系統由儲能電池和雙向buck-boost變換器組成，其中儲能電池經雙向buck-boost變換器與直流母線相連接；逆變系統由三相t型三電平逆變器和濾波器組成，其中逆變器的每一橋臂由四個igbt功率管組成t字形結構，sa1、sa2、sa3、sa4為一組橋臂，sb1、sb2、sb3、sb4為一組橋臂，sc1、sc2、sc3、sc4為一組橋臂；濾波器采用lcl濾波電路，l1、l2分別為濾波電感，cd為濾波電容，電網由三個模擬電源ega、egb、egc組成，以模擬并網過程。

本發明披露的三相t型三電平并網逆變器控制策略具體為：

由于電網可視為容量無窮大的定值交流電壓源，從而逆變器并網后的輸出電壓會被電網鉗位，因此對于本系統，三相t型三電平逆變器的并網控制策略只需要考慮電流內環。

采用一種引入電壓前饋分量的基于電網電壓定向的單電流環控制方法，其中利用了同步矢量電流pi控制技術對三相t型三電平并網逆變系統進行控制。

三相t型三電平光伏并網逆變器的控制目標是穩定并網電壓，使得逆變器在單位功率因數下實現可靠逆變，即能夠可靠穩定地將光伏系統的能量和儲能系統的能量輸送至電網，設定并網逆變系統給定的功率參考值為p^*和q^*，為了使系統單位功率因素運行，令q^*＝0，即令無功電流i^*q。由所設定的有功功率p^*計算得有功電流i^*d作為有功電流環的給定值，通過對其的控制，以實現對整個系統有功功率流動的控制。

首先對整個系統進行數學建模分析，先建立三相t型三電平逆變系統在abc三相靜止坐標系下的數學模型，再通過派克變換，建立系統在兩相同步旋轉坐標系(d-q)下的數學模型。

接著采用電網電壓前饋解耦的控制方法，其電流環引入pi調節器，即利用同步矢量電流pi控制技術，根據瞬時功率理論，使得對系統有功功率和無功功率的控制只需要控制其輸出電流的d，q軸分量，即id、iq。

然后對逆變器側的實時電壓和實時并網電流進行采樣，采樣后的電流經派克變換后變為d，q軸分量id、iq，這兩個分量即為pi控制的輸入量，再將這兩個分量id、iq與給定的有功電流i^*d和無功電流i^*q進行差值計算，所得到的誤差信號分別送入pi調節器，經pi調節后的信號再分別與耦合量ωliq、ωlid進行差值比較，最后再分別與經派克變換后的三相電網電壓egd、egq進行差值比較，隨后將得到的信號ud、uq再經派克反變換后，引入電壓前饋解耦控制，最終輸出spwm驅動信號，驅動a，b，c三相12個igbt功率管。并且利用鎖相技術(pll)，將三相電網電壓進行鎖相，使得逆變器的輸出電流相位可以和電網電壓相位保持同步。通過并網逆變器控制策略穩定并網電壓，使得逆變器在單位功率因數下實現可靠逆變。

進一步地，為了維持光伏并網功率的穩定，采用一種用于滿足上級電網功率的調度需求，可以保證光伏并網功率穩定的儲能變流器控制策略。儲能變流器的控制方式是通過控制電感電流的大小和方向，以調整儲能變流器的能流方向，完成充放電過程。設定上級調度所需求的并網功率為pset，光伏系統的實時出力為ppv，控制方法是當光伏系統出力不足以滿足并網功率需求，即當ppv<pset時，儲能變流器釋放能量至光伏并網點，維持并網功率穩定；當光伏系統出力大于并網功率需求，即當ppv>pset時，光伏系統既向并網點輸送所需功率，保證并網功率的穩定，又向儲能變流器送電，儲存多余的電能。

儲能變流器采用的控制方式為單電流環控制，其中光伏系統的實時出力ppv可通過對光伏系統的輸出電壓upv和輸出電流ipv進行實時采樣獲得。上級調度所需求的并網功率pset與光伏系統實時出力ppv進行做差，得到的功率差值即為儲能系統給定的參考功率值，即pbat＝pset－ppv，將其除以儲能電池兩端的電壓即可得電感電流的參考值il^*，將實際采樣的電感電流il與此參考電感電流il^*進行比較，得到的誤差值經過pi調節后通過限幅得到調制波信號，然后將調制波與三角載波進行比較可得到兩路pwm信號，輸送給上下橋臂的igbt功率管。通過儲能系統的控制策略，使得儲能系統能夠對光伏系統出力波動進行平抑，實現削峰填谷功能，從而維持了并網功率的穩定，滿足了上級電網的調度需求。

本發明的有益效果：在光伏系統出力易受外界環境影響的情況下，通過儲能變流器的控制策略，控制儲能電池的充放電以平抑光伏出力的波動性，保證并網功率的穩定，滿足上級電網調度需求。不僅如此，通過對三相t型三電平逆變器采用引入電壓前饋分量的電網電壓定向單電流環控制方式，可以消除耦合量和擾動量對系統控制的影響，保證并網輸出電壓的穩定性，使得逆變器能夠在單位功率因數下實現可靠逆變，即能夠可靠穩定地將光伏系統的能量和儲能系統的能量輸送至電網。

附圖說明

圖1是本發明提供的一種含儲能的t型三電平逆變系統結構示意圖。

圖2是本發明所述基于電網電壓定向控制的三相t型三電平逆變器整體控制框圖。

圖3是本發明所述儲能變流器的控制策略框圖。

具體實施方式

為了加深對本發明的理解，下面將結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細描述，該實施例僅用于解釋本發明，并不對本發明的保護范圍構成限定。

如圖1所示，一種含儲能的t型三電平逆變系統及控制策略，系統整體包括三大系統：光伏系統、儲能系統、逆變系統。其中，光伏系統中，光伏板經boost電路升壓后與直流母線相連接；儲能系統中，儲能電池經雙向buck-boost變流器連接直流母線；逆變系統中，三相t型三電平并網逆變器的直流側與直流母線連接，交流側經網側lcl濾波器后與三相交流電網相連。根據光伏系統的出力情況、儲能系統儲能電池的充電狀態、三相t型三電平并網逆變器并網點電壓的波動情況和并網功率需求，分別通過三相t型三電平并網逆變器控制策略穩定并網電壓，使得逆變器在單位功率因數下實現可靠逆變；通過儲能雙向buck-boost變流器控制策略對儲能系統進行充放電控制以維持并網功率需求。

三相t型三電平并網逆變器控制策略具體為：

如圖2所示，采用一種引入電壓前饋分量的基于電網電壓定向的單電流環控制方法，其中利用了同步矢量電流pi控制技術對三相t型三電平并網逆變系統進行控制。

三相t型三電平光伏并網逆變器的控制目標是穩定并網電壓，使得逆變器在單位功率因數下實現可靠逆變，即能夠可靠穩定地將光伏系統的能量和儲能系統的能量輸送至電網。設定并網逆變系統給定的功率參考值為p^*和q^*，為了使系統單位功率因素運行，令q^*＝0，即令無功電流i^*q。由所設定的有功功率p^*計算得有功電流i^*d作為有功電流環的給定值，通過對其的控制，以實現對整個系統有功功率流動的控制。

首先對整個系統進行數學建模分析，先建立三相t型三電平逆變系統在abc三相靜止坐標系下的數學模型，再通過派克變換，建立系統在兩相同步旋轉坐標系(d-q)下的數學模型。

三相t型三電平逆變系統在dq坐標系下的電壓方程為

接著采用電網電壓前饋解耦的控制方法，其電流環引入pi調節器，即利用同步矢量電流pi控制技術，根據瞬時功率理論，使得對系統有功功率和無功功率的控制只需要控制其輸出電流的d，q軸分量，即id、iq。

由瞬時功率理論，得到瞬時有功功率p、無功功率q分別為

然后對逆變器側的實時電壓和實時并網電流進行采樣，采樣后的電流經派克變換后變為d，q軸分量id、iq，這兩個分量即為pi控制的輸入量，再將這兩個分量id、iq與給定的有功電流i^*d和無功電流i^*q進行差值計算，所得到的誤差信號分別送入pi調節器，經pi調節后的信號再分別與耦合量ωliq、ωlid進行差值比較，最后再分別與經派克變換后的三相電網電壓egd、egq進行差值比較，隨后將得到的信號ud、uq再經派克反變換后，引入電壓前饋解耦控制，最終輸出spwm驅動信號，驅動a，b，c三相12個igbt功率管。并且利用鎖相技術(pll)，將三相電網電壓進行鎖相，使得逆變器的輸出電流相位可以和電網電壓相位保持同步。通過并網逆變器控制策略穩定并網電壓，使得逆變器在單位功率因數下實現可靠逆變。

儲能系統的控制策略具體為：如圖3所示，為了維持光伏并網功率的穩定，采用一種用于滿足上級電網功率的調度需求，可以保證光伏并網功率穩定的儲能變流器控制策略。儲能變流器的控制方式是通過控制電感電流的大小和方向，以調整儲能變流器的能流方向，完成充放電過程。設定上級調度所需求的并網功率為pset，光伏系統的實時出力為ppv，控制方法是當光伏系統出力不足以滿足并網功率需求，即當ppv<pset時，儲能變流器釋放能量至光伏并網點，維持并網功率穩定；當光伏系統出力大于并網功率需求，即當ppv>pset時，光伏系統既向并網點輸送所需功率，保證并網功率的穩定，又向儲能變流器送電，儲存多余的電能。

儲能變流器采用的控制方式為單電流環控制，其中光伏系統的實時出力ppv可通過對光伏系統的輸出電壓upv和輸出電流ipv進行實時采樣獲得。上級調度所需求的并網功率pset與光伏系統實時出力ppv進行做差，得到的功率差值即為儲能系統給定的參考功率值，即pbat＝pset－ppv，將其除以儲能電池兩端的電壓即可得電感電流的參考值il^*，將實際采樣的電感電流il與此參考電感電流il^*進行比較，得到的誤差值經過pi調節后通過限幅得到調制波信號，然后將調制波與三角載波進行比較可得到兩路pwm信號，輸送給上下橋臂的igbt功率管。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征及優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。