I-R)控制器,得到三相可控逆變器的控制電壓W其中,比例積分-諧振(PI-R)控制器在s域下的傳遞函數為:
[0036]
[0037]式中:Kp、I、&分別為PI-R控制器的比例系數、積分系數和諧振系數;ω。為諧振 控制器的截止頻率,用以增加諧振控制器的響應帶寬,降低其對諧振點頻率波動的敏感程 度;
[0038] 4. 5參照步驟3. 5,利用步驟4. 2得到的輸出電壓位置角θη將步驟4. 4得到的三 相可控逆變器的控制電壓^_作Park反變換,獲得靜止坐標系下三相可控逆變器的調制電 壓ucαp;
[0039] 4. 6參照步驟3. 6,將步驟4. 5得到的三相可控逆變器的調制電壓uca ^送入空間 矢量調制(SVM)模塊,即可產生三相可控逆變器的開關信號Sl、s2、s3,實現對三相可控逆變 器的預期控制。
[0040] 上述步驟1~4共同構成了本發明的柴儲型軍用交流移動電站的電能質量控制方 法。
[0041] 與現有技術相比,本發明具有的有益效果是:
[0042] 1)采用鋰電池、超級電容和雙向DC-DC變換器組成的復合儲能裝置,能夠有效緩 沖脈沖或階躍功率負荷對電網的沖擊,且能夠實現對鋰電池充放電電流的精確控制,延長 了設備的使用壽命;
[0043] 2)Boost模式下,雙向DC-DC變換器的控制增加了一個直流母線電壓幅值判斷環 節(或滯環控制),允許母線電壓在一定范圍內波動,該設計既發揮了超級電容的高功率密 度特性,又降低了鋰電池充放電的頻率;
[0044] 3)通過對三相可控逆變器控制方法的改進,實現了對電網諧波污染的主動治理, 提高了軍用交流移動電站的電能輸出質量。
【附圖說明】
[0045]圖1為本發明的柴儲型軍用交流移動電站的拓撲結構及信號采集圖;
[0046] 圖2為本發明的柴儲型軍用交流移動電站的雙向DC-DC變換器電路結構圖;
[0047] 圖3為本發明的柴儲型軍用交流移動電站的雙向DC-DC變換器控制原理圖;
[0048] 圖4為本發明的柴儲型軍用交流移動電站的三相可控整流器控制原理圖;
[0049] 圖5為本發明的柴儲型軍用交流移動電站的三相可控逆變器控制原理圖;
[0050] 圖6為本發明的柴儲型軍用交流移動電站接入脈沖功率負載時的仿真運行結果;
[0051] 圖7為本發明的柴儲型軍用交流移動電站接入非線性負載時的仿真運行結果;
[0052] 圖中,柴油發電機組1、鋰電池2、超級電容3、三相可控整流器4、雙向DC-DC變換 器5和三相可控逆變器6。
【具體實施方式】
[0053] 下面結合附圖和實施案例對本發明作進一步說明。
[0054] 圖1為本發明的柴儲型軍用交流移動電站拓撲結構及信號采集圖。本發明所描述 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1、鋰電池2、超級 電容3、三相可控整流器4、雙向DC-DC變換器5和三相可控逆變器6;其中,鋰電池2、超級 電容3和雙向DC-DC變換器5共同構成本發明的復合儲能裝置。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:
[0055] 柴油發電機組1的三相交流電輸出端,連接到三相可控整流器4的輸入端,三相可 控整流器4的輸出端并聯到直流母線上;鋰電池2的輸出端,連接到雙向DC-DC變換器5的 輸入端(低壓端),雙向DC-DC變換器5的輸出端(高壓端)并聯到直流母線上;超級電容 3直接并聯到直流母線上;三相可控逆變器6的輸入端連接到直流母線上,三相可控逆變器 6的輸出端連接到用電設備(負載)。
[0056] 如圖1所示,本發明所描述的一種柴儲型軍用交流移動電站及其電能質量控制方 法,需利用傳感器采集的信號有: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。
[0057] 圖2為本發明的柴儲型軍用交流移動電站的雙向DC-DC變換器電路結構圖,圖中: TJPT2S功率管(這里定義為上功率管、T2為下功率管);Li為儲能電感,起到蓄流作 用;CJPC2為支撐電容(這里定義q為高壓端支撐電容、C2為低壓端支撐電容),起到穩定 電壓的作用。雙向DC-DC變換器工作時,上、下兩個功率管1\和T2不能同時開通,鋰電池放 電模式(Boost模式)下,下功率管T2動作,上功率管1\的驅動信號閉鎖,鋰電池利用上功 率管?\的反并聯二極管Di續流向母線傳遞能量,儲能電感Li的存在確保了電流的連續輸 出,且可以通過控制T2的開通占空比,對k上流過的電流進行控制;鋰電池充電模式(Buck 模式)下,上功率管?\動作,下功率管T2可靠封鎖,利用下功率管T2的反并聯二極管D2續 流向鋰電池回饋能量(充電),且同樣可以通過控制?\的開通占空比,對Li上流過的電流 進行控制。
[0058] 圖3為本發明的柴儲型軍用交流移動電站的雙向DC-DC變換器控制原理圖;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。如圖3所示,雙向 DC-DC變換器的控制方法為:
[0059] 1.鋰電池Boost模式、Buck模式的切換受控于模式選擇開關31\的輸入項,即鋰電 池的荷電狀態Soc,具體為:當Soc大于設定閾值5〇〇_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;
[0060] 對于一般的磷酸鐵鋰電池,3〇〇_可設定為40%。
[0061] 2.Boost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,將下功率管調制電壓Ud送入PWM模塊,即可產生下功率管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;該模式下,上功率管Ti的觸發信號始終設置為零,即上功率管Ti處于閉鎖狀 態;
[0062] 該模式下,下功率管T2的觸發信號設置需同步考慮直流母線電壓幅值的原因是: 充分發揮超級電容的瞬時功率輸出特性,允許母線電壓有一定范圍的波動,且只有當直流 母線電壓低到一定程度(閾值電壓1^_)時,鋰電池才開始放電,快速維持母線電壓穩定, 該設置能夠在一定程度上減少鋰電池放電的次數,從而延長鋰電池的使用壽命。
[0063] 3.Buck模式下,鋰電池的電流指令與鋰電池的輸出電流AId。的差值送入電流 環比例積分(PI)控制器,得到上功率管調制電壓U'd;將上功率管調制電壓U' d送入與 步驟2相同的PWM模塊,即可產生上功率管?\的觸發信號S' ^該模式下,下功率管1~2的 觸發信號始終為零,即下功率管1處于閉鎖狀態;
[0064] 圖4為本發明的柴儲型軍用交流移動電站三相可控整流器的控制原理圖;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。如圖4所示,三相可控整流器的控制方法具體為:
[0065] 4.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;
[0066] 5.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;
[0067