SMES/BESS储能变流器在微电网中的控制策略研究-第2页-北极星储能网

投稿

我要投稿

3 微网中储能变流器的控制策略

3.1 外环控制策略

当微电网并网运行时,各储能装置的并网变流器均运行在P/Q控制模式;当微电网孤岛运行时,BESS作为主电源其储能变流器采用U/f控制,建立微电网的电压和频率参考,负荷功率变化由主电源跟随,以实现微电网的稳定运行。P/Q或U/f的外环控制均是为内环控制提供电流的参考指令。

3.1.1 P/Q外环控制

引入计算模块,通过下式将有功、无功功率指令转换为有功、无功电流指令：

式中：i_d*、i_q*分别是变流器的有功、无功电流参考值;P*、Q*分别为电网的有功、无功功率参考指令。U_gd、U_gq分别为d轴、q轴的电网电压。

3.1.2 U/f外环控制

当微电网处于孤岛运行方式时,主电源BESS的储能变流器由P/Q控制切换至U/f控制。U/f控制需要额外考虑微电网中频率和母线电压的稳定,具体的控制框图如图4所示。其中,式(14)中的Ugd、Ugq的物理意义需分别修正为d轴、q轴的母线电压。

图4 U/f外环控制原理

U/f外环中的PI参数设计不当会导致控制器的调节时间短但超调较大或幅值变化缓慢但调节时间长两种情况。因此,PI参数选择在一定程度上影响微电网运行的稳定性,本文中取Kp=1.2,Ki=4。

微电网的频率偏差是由负载和发电单元之间的不平衡功率造成的。在微电网孤岛运行时,其功率平衡方程可以写为

式中：H表示微电网等效的惯性常数,与系统的转动惯量、额定转速以及容量有关;f_N表示系统的额定频率;ΔP表示微电网中存在的功率缺额。

在不考虑主电源的情况下,将式(16)进一步展开,可以得到

通过式(19)可知,在引入BESS储能变流器及其外环U/f控制后,微电网的阻尼系数进一步增加。当微电网出现频率偏差Δf时,控制器根据有功和频率的线性关系调整系统的有功出力。因为微电网的阻尼系数有所增大,所以频率偏差Δf可以进一步减小。综上,通过BESS储能变流器的外环U/f控制,可以更有效地维持微电网的安全稳定运行。

为了实现微电网运行模式的无缝切换,需要锁定切换瞬间的相位角。在微电网并网运行时,控制策略中的相位都是取自电网的相位θgrid;在微电网由并网转孤岛运行的时刻,为了避免电压和频率发生跳变,这时控制策略中的相位应取自微电网切换前的相位角θref,并根据额定运行频率fref进行变化。具体的相位控制如图5所示。