一種柴儲型軍用交流移動電站及其電能質量控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種移動電站，尤其涉及一種對供電品質要求較高的軍用交流移動電 站及其電能質量控制方法。
【背景技術】
[0002] 軍用交流移動電站在軍事領域具有廣泛用途，主要用以遂行雷達兵、通信兵、炮兵 等兵種裝備的電力保障任務。根據國家標準GJB235A-97《軍用交流移動電站統用規范》的 有關要求，額定功率為3~250kW的軍用交流移動電站的在空載額定電壓時畸變率應不大 于10%或5%。近年來，隨著脈沖雷達等大型軍用電氣設備的投入使用，傳統的柴油發電機 組為主的汽車電站已不能滿足通信、測控設備的高品質用電需求，主要體現在以下幾個方 面：
[0003] 首先，動態帶載能力不強。本質上看，以油機為主的軍用交流移動電站是典型的微 網絡，受負載功率波動影響較為明顯，大功率用電設備的突加、突卸易引發電網波動，波及 系統內其他負荷的運行安全，甚至導致系統失穩癱瘓。
[0004] 其次，"大馬拉小車"的問題比較突出。目前我軍測控、通信設備多位脈沖功率負 載，其瞬時功率往往在平均功率2倍以上。由于不具備緩沖環節，現有軍用交流移動電站通 常以瞬時功率作為設計依據，致使油機的體積重量大幅增加。
[0005] 再次，輸出電能品質較差。傳統軍用交流移動電站只能通過調節勵磁電流對輸出 電壓的幅值、相位進行修正，但對于負載引起的電壓不平衡、諧波畸變等典型故障則無能為 力。上述典型電網故障如不加以治理，必將對系統內敏感設備的正常工作造成嚴重干擾，甚 至導致設備損壞。
[0006] 因此，開發一種具有電能質量管理功能的新型軍用交流移動電站就顯得尤為重要 和緊迫。
【發明內容】
[0007] 本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種柴儲型軍用交流移動電站及其電 能質量控制方法，滿足軍用通信設備、測控設備對交流移動電站的高品質供電需求。
[0008] 本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種柴儲型軍用交流移動電站主要 包括以下組成部件：柴油發電機組、鋰電池、超級電容、三相可控整流器、雙向DC-DC變換器 和三相可控逆變器；上述各組成部件集成于一個軍用標準方艙之內，且各部件之間具有如 下電氣連接關系：柴油發電機組的三相交流電輸出端，連接到三相可控整流器的輸入端，三 相可控整流器的輸出端并聯到直流母線上；鋰電池的輸出端，連接到雙向DC-DC變換器的 輸入端（低壓端），雙向DC-DC變換器的輸出端（高壓端）并聯到直流母線上；超級電容直 接并聯到直流母線上；三相可控逆變器的輸入端連接到直流母線上，三相可控逆變器的輸 出端連接到用電設備（負載）。本發明的一種柴儲型軍用交流移動電站的電能質量控制方 法主要包括以下步驟：
[0009] 1.利用傳感器采集以下信號：柴油發電機組輸出的機側三相交流電壓Ugab。和機側 三相交流電流Igab。，鋰電池的輸出電流（或鋰電池的放電電流）Id。，直流母線電壓Ud。，三相 可控逆變器輸出的網側三相交流電壓unab。，直流側負載電流IWd;
[0010] 2.雙向DC-DC變換器的作用是控制鋰電池的電能充放，維持母線電壓的穩定；根 據鋰電池的荷電狀態Soc，將雙向DC-DC變換器的控制模式劃分為Boost、Buck兩種，具體 為：
[0011] 2. 1當鋰電池的荷電狀態Soc大于設定閾值5〇(：_時，雙向DC-DC變換器切換至 Boost模式；反之，當Soc小于等于設定閾值Socmin時，雙向DC-DC變換器切換至Buck模式；
[0012] 2. 2B〇〇st模式下，當直流母線電壓Ud。的幅值低于設定閾值電壓Ud。_時，直流母 線電壓指令與直流母線電壓仏。的差值AUd。送入電壓環比例積分（PI)控制器，得到下 功率管調制電壓Ud，將Ud送入PWM模塊，即可產生雙向DC-DC變換器的下功率管T2的觸發 信號Sd;反之直流母線電壓Ud。的幅值高于等于設定閾值電壓Ud。_時，下功率管T2的觸發 信號Sd設置為零；Boost模式下，雙向DC-DC變換器的上功率管T^勺觸發信號始終設置為 零，即上功率管!\處于閉鎖狀態；
[0013] 2. 3Buck模式下，鋰電池的電流指令/二與鋰電池的輸出電流Id。的差值Δ Id。送入 電流環比例積分（PI)控制器，得到上功率管調制電壓U',;將1]'d送入與步驟2.2相同 的PWM模塊，即可產生上功率管?\的觸發信號S'd;Buck模式下，下功率管T2的觸發信號 始終為零，即下功率管1處于閉鎖狀態；
[0014] 3.三相可控整流器的作用是將柴油發電機組的輸出電壓由交流轉換成直流，其控 制采用基于空間矢量調制的直接功率控制方法，具體為：
[0015] 3. 1柴油發電機組輸出的機側三相交流電壓Ugab。首先送入傳統的數字鎖相環PLL 進行鎖相，獲得機側三相交流電壓的位置角9g、角頻率cog和幅值Ug;
[0016] 3. 2柴油發電機組輸出的機側三相交流電壓Ugab。、機側三相交流電流Igab。送入功 率計算模塊，得到柴油發電機組的輸出有功功率Pg、輸出無功功率Qg;
[0017]3. 3柴油發電機組的有功功率指令/^、無功功率指令分別與其對應的輸出有 功功率Pg、輸出無功功率％作差，其差值APg、AQg分別送入功率環比例積分（PI)控制器， 得到三相可控整流器的有功電壓指令Vgd和無功電壓指$Vgq;其中，柴油發電機組的有功功 率指令if、無功功率指令:?計算方程為：
[0018]
[0019] 3. 4步驟3. 3得到的三相可控整流器的有功電壓指令Vgd、無功電壓指令Vgq分別加 上各自的補償項，得到三相可控整流器的有功控制電壓U&、無功控制電壓1^;具體計算方 程為：
[0020]
[0021] 式中：Lg為三相可控整流器的濾波電感；
[0022] 3. 5利用步驟3. 1獲得的機側三相交流電壓的位置角Θg對步驟3. 4得到的有功 控制電壓U&、無功控制電壓&進行Park反變換，得到靜止坐標系下的有功調節電壓U、 無功調節電壓;
[0023] Park反變換過程可表示為：
[0024]
[0025] 3. 6將步驟3. 5得到的靜止坐標系下的有功調節電壓U。。、無功調節電壓U#進行 空間矢量調制（SVM)，即可獲得三相可控整流器的開關信號sa、sb、s。，實現對三相可控整流 器的有效控制；
[0026] 4.三相可控逆變器的作用是將直流電轉換為負載所需的三相交流電，并對電網諧 波污染進行治理，其控制方法為：
[0027] 4. 1生成三相可控逆變器的三相電壓指令具體為：
[0028]
[0029] 式中：Μ為相電壓的幅值，且有Μ二220>/1;ω。為三相電壓的初始相位角，一般 可設置為零，即ω。= 〇 ; (ν、. 分別為的Α相、Β相、C相分量；
[0030] 4. 2參照步驟3. 1，將步驟4. 1生成的三相電壓指令》;^送入傳統的數字鎖相環 PLL，得到三相可控逆變器的輸出電壓位置角θη;
[0031] 4. 3利用步驟4. 2得到的輸出電壓位置角θη分別對三相電壓指令和網側三 相交流電壓unab。進行Park變換，得到三相可控逆變器的網側電壓指令和網側電壓矢量 Undq;
[0032] 以對三相電壓指令的Park變換為例，其矩陣方程可以表示為：
[0033]
[0034]式中：1?、分別為的d軸、q軸分量。
[0035] 4. 4將步驟4. 3得到的三相可控逆變器的網側電壓指令和網側電壓矢量undq 的差值Aundq送入電壓環比例積分-諧振（P