本發(fā)明涉及新能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種含儲能的t型三電平光伏逆變系統(tǒng)及控制策略。

背景技術(shù)：

目前，光伏發(fā)電成為當(dāng)前新能源發(fā)電的重要研究方向。然而，由于外界環(huán)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(wǎng)功率調(diào)度的需求。為了減小光伏系統(tǒng)出力的波動性和隨機性對電網(wǎng)的沖擊，則需要引入儲能系統(tǒng)。儲能系統(tǒng)能夠?qū)夥隽Φ牟▌舆M行平抑，實現(xiàn)削峰填谷的功能，以滿足并網(wǎng)需求。

t型三電平逆變器具有器件數(shù)目少、損耗低、輸出波形好、效率高的優(yōu)點，在光儲聯(lián)合運行系統(tǒng)中若得到運用，則會顯著提高整個系統(tǒng)的效率。同時，如何做好整個系統(tǒng)控制策略的設(shè)計，運用合理的能量管理策略，以維持并網(wǎng)電壓的穩(wěn)定、改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量、滿足上級電網(wǎng)調(diào)度需求，這些是當(dāng)前必須要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種含儲能的t型三電平逆變系統(tǒng)及控制策略，該系統(tǒng)分為光伏系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、逆變系統(tǒng)三大部分，并通過對整個系統(tǒng)控制策略的實現(xiàn)，維持了并網(wǎng)電壓的穩(wěn)定，實現(xiàn)了逆變器在單位功率因數(shù)下的可靠運行，滿足了上級電網(wǎng)功率調(diào)度的需求，改善了電網(wǎng)的電能質(zhì)量，增強了電網(wǎng)對新能源的吸納能力。

本發(fā)明披露的一種含儲能的t型三電平逆變系統(tǒng)采用的具體技術(shù)方案如下：

一種含儲能的t型三電平逆變系統(tǒng)及控制策略，系統(tǒng)整體包括三大系統(tǒng)：光伏系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、逆變系統(tǒng)；其中，光伏系統(tǒng)中，光伏板經(jīng)boost電路升壓后與直流母線相連接，儲能系統(tǒng)中，儲能電池經(jīng)雙向buck-boost變流器連接直流母線，逆變系統(tǒng)中，三相t型三電平并網(wǎng)逆變器的直流側(cè)與直流母線連接，交流側(cè)經(jīng)網(wǎng)側(cè)lcl濾波器后與三相交流電網(wǎng)相連。

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

本發(fā)明的進一步改進，光伏系統(tǒng)由光伏板和boost變換器組成，其中，光伏板經(jīng)boost變換器升壓后與直流母線相連接；儲能系統(tǒng)由儲能電池和雙向buck-boost變換器組成，其中儲能電池經(jīng)雙向buck-boost變換器與直流母線相連接；逆變系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，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(wǎng)由三個模擬電源ega、egb、egc組成，以模擬并網(wǎng)過程。

本發(fā)明披露的三相t型三電平并網(wǎng)逆變器控制策略具體為：

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

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

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

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

接著采用電網(wǎng)電壓前饋解耦的控制方法，其電流環(huán)引入pi調(diào)節(jié)器，即利用同步矢量電流pi控制技術(shù)，根據(jù)瞬時功率理論，使得對系統(tǒng)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(cè)的實時電壓和實時并網(wǎng)電流進行采樣，采樣后的電流經(jīng)派克變換后變?yōu)閐，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(diào)節(jié)器，經(jīng)pi調(diào)節(jié)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(jīng)派克變換后的三相電網(wǎng)電壓egd、egq進行差值比較，隨后將得到的信號ud、uq再經(jīng)派克反變換后，引入電壓前饋解耦控制，最終輸出spwm驅(qū)動信號，驅(qū)動a，b，c三相12個igbt功率管。并且利用鎖相技術(shù)(pll)，將三相電網(wǎng)電壓進行鎖相，使得逆變器的輸出電流相位可以和電網(wǎng)電壓相位保持同步。通過并網(wǎng)逆變器控制策略穩(wěn)定并網(wǎng)電壓，使得逆變器在單位功率因數(shù)下實現(xiàn)可靠逆變。

進一步地，為了維持光伏并網(wǎng)功率的穩(wěn)定，采用一種用于滿足上級電網(wǎng)功率的調(diào)度需求，可以保證光伏并網(wǎng)功率穩(wěn)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(diào)整儲能變流器的能流方向，完成充放電過程。設(shè)定上級調(diào)度所需求的并網(wǎng)功率為pset，光伏系統(tǒng)的實時出力為ppv，控制方法是當(dāng)光伏系統(tǒng)出力不足以滿足并網(wǎng)功率需求，即當(dāng)ppv<pset時，儲能變流器釋放能量至光伏并網(wǎng)點，維持并網(wǎng)功率穩(wěn)定；當(dāng)光伏系統(tǒng)出力大于并網(wǎng)功率需求，即當(dāng)ppv>pset時，光伏系統(tǒng)既向并網(wǎng)點輸送所需功率，保證并網(wǎng)功率的穩(wěn)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(huán)控制，其中光伏系統(tǒng)的實時出力ppv可通過對光伏系統(tǒng)的輸出電壓upv和輸出電流ipv進行實時采樣獲得。上級調(diào)度所需求的并網(wǎng)功率pset與光伏系統(tǒng)實時出力ppv進行做差，得到的功率差值即為儲能系統(tǒng)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(jīng)過pi調(diào)節(jié)后通過限幅得到調(diào)制波信號，然后將調(diào)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(tǒng)的控制策略，使得儲能系統(tǒng)能夠?qū)夥到y(tǒng)出力波動進行平抑，實現(xiàn)削峰填谷功能，從而維持了并網(wǎng)功率的穩(wěn)定，滿足了上級電網(wǎng)的調(diào)度需求。

本發(fā)明的有益效果：在光伏系統(tǒng)出力易受外界環(huán)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(wǎng)功率的穩(wěn)定，滿足上級電網(wǎng)調(diào)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(wǎng)電壓定向單電流環(huán)控制方式，可以消除耦合量和擾動量對系統(tǒng)控制的影響，保證并網(wǎng)輸出電壓的穩(wěn)定性，使得逆變器能夠在單位功率因數(shù)下實現(xiàn)可靠逆變，即能夠可靠穩(wěn)定地將光伏系統(tǒng)的能量和儲能系統(tǒng)的能量輸送至電網(wǎng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的一種含儲能的t型三電平逆變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明所述基于電網(wǎng)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(fā)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(fā)明的理解，下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述，該實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不對本發(fā)明的保護范圍構(gòu)成限定。

如圖1所示，一種含儲能的t型三電平逆變系統(tǒng)及控制策略，系統(tǒng)整體包括三大系統(tǒng)：光伏系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、逆變系統(tǒng)。其中，光伏系統(tǒng)中，光伏板經(jīng)boost電路升壓后與直流母線相連接；儲能系統(tǒng)中，儲能電池經(jīng)雙向buck-boost變流器連接直流母線；逆變系統(tǒng)中，三相t型三電平并網(wǎng)逆變器的直流側(cè)與直流母線連接，交流側(cè)經(jīng)網(wǎng)側(cè)lcl濾波器后與三相交流電網(wǎng)相連。根據(jù)光伏系統(tǒng)的出力情況、儲能系統(tǒng)儲能電池的充電狀態(tài)、三相t型三電平并網(wǎng)逆變器并網(wǎng)點電壓的波動情況和并網(wǎng)功率需求，分別通過三相t型三電平并網(wǎng)逆變器控制策略穩(wěn)定并網(wǎng)電壓，使得逆變器在單位功率因數(shù)下實現(xiàn)可靠逆變；通過儲能雙向buck-boost變流器控制策略對儲能系統(tǒng)進行充放電控制以維持并網(wǎng)功率需求。

三相t型三電平并網(wǎng)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(wǎng)電壓定向的單電流環(huán)控制方法，其中利用了同步矢量電流pi控制技術(shù)對三相t型三電平并網(wǎng)逆變系統(tǒng)進行控制。

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

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

三相t型三電平逆變系統(tǒng)在dq坐標系下的電壓方程為

接著采用電網(wǎng)電壓前饋解耦的控制方法，其電流環(huán)引入pi調(diào)節(jié)器，即利用同步矢量電流pi控制技術(shù)，根據(jù)瞬時功率理論，使得對系統(tǒng)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(cè)的實時電壓和實時并網(wǎng)電流進行采樣，采樣后的電流經(jīng)派克變換后變?yōu)閐，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(diào)節(jié)器，經(jīng)pi調(diào)節(jié)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(jīng)派克變換后的三相電網(wǎng)電壓egd、egq進行差值比較，隨后將得到的信號ud、uq再經(jīng)派克反變換后，引入電壓前饋解耦控制，最終輸出spwm驅(qū)動信號，驅(qū)動a，b，c三相12個igbt功率管。并且利用鎖相技術(shù)(pll)，將三相電網(wǎng)電壓進行鎖相，使得逆變器的輸出電流相位可以和電網(wǎng)電壓相位保持同步。通過并網(wǎng)逆變器控制策略穩(wěn)定并網(wǎng)電壓，使得逆變器在單位功率因數(shù)下實現(xiàn)可靠逆變。

儲能系統(tǒng)的控制策略具體為：如圖3所示，為了維持光伏并網(wǎng)功率的穩(wěn)定，采用一種用于滿足上級電網(wǎng)功率的調(diào)度需求，可以保證光伏并網(wǎng)功率穩(wěn)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(diào)整儲能變流器的能流方向，完成充放電過程。設(shè)定上級調(diào)度所需求的并網(wǎng)功率為pset，光伏系統(tǒng)的實時出力為ppv，控制方法是當(dāng)光伏系統(tǒng)出力不足以滿足并網(wǎng)功率需求，即當(dāng)ppv<pset時，儲能變流器釋放能量至光伏并網(wǎng)點，維持并網(wǎng)功率穩(wěn)定；當(dāng)光伏系統(tǒng)出力大于并網(wǎng)功率需求，即當(dāng)ppv>pset時，光伏系統(tǒng)既向并網(wǎng)點輸送所需功率，保證并網(wǎng)功率的穩(wěn)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(huán)控制，其中光伏系統(tǒng)的實時出力ppv可通過對光伏系統(tǒng)的輸出電壓upv和輸出電流ipv進行實時采樣獲得。上級調(diào)度所需求的并網(wǎng)功率pset與光伏系統(tǒng)實時出力ppv進行做差，得到的功率差值即為儲能系統(tǒng)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(jīng)過pi調(diào)節(jié)后通過限幅得到調(diào)制波信號，然后將調(diào)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(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)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(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)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(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。