一种光储协同直流母线稳压单元、直流母线稳压控制方法及电能质量调节器

1.本发明涉及电能调节技术领域，具体涉及一种光储协同直流母线稳压单元、直流母线稳压控制方法及电能质量调节器。


背景技术：

2.集负荷、电源及其调节手段为一体的微电网是新型电力系统除主网外最重要的新能源网架形式之一。在接入微电网的可再生能源中，光伏发电和风力发电发展最快。由多组光伏、风能组成的微电网，从电能质量角度来看，相对于传统配电网，由于分布式电源的复杂性和不确定性将导致含微网的配电网容易产生电能质量问题。目前，在电网接纳能力不足的情况下，伴随着大比例或大功率分布式可再生能源的接入，对现有配电网的电能质量造成一些影响。由于可再生能源如光伏、风能等发电易受天气影响，容易引起电压的波动，导致并网电压随机波动较大、可调节性差。此外，微电网并网时会产生较大的冲击电流，导致电网频率发生偏差，还会引起电网电压波动与闪变，引起馈线中的潮流发生变化，影响到稳态电压分布和无功特性，使电网的不可控性和调峰容量余度变大，同时微电网中大量单相分布式电源的存在，也增加了配电网的三相不平衡性。
3.目前国内外巳经被广泛使用的应用于传统配网的电能质量治理技术主要包括：(1)动态无功补偿技术，如静止无功补偿器(svc)；(2)有源电力滤波技术，如有源电力滤波器(apf)；(3)动态电压恢复技术，如动态电压恢复器(dvr)。svc可以解决系统无功不足所带来的电压跌落和三相不平衡等问题，apf可以解决电流谐波和三相不平衡等问题，dvr可以解决电压暂升暂降和电压谐波等问题。目前大多数电能治理设备往往注重于某一项特定的指标，在配电网稳定情况下，基本都可以满足电能治理要求。但是对于含有微电网的配网的电能质量治理，单一或多个电能质量治理装置松散合并的方式已经难以满足要求。
4.基于上述情况，本发明提出了一种光储协同直流母线稳压单元、直流母线稳压控制方法及电能质量调节器，可有效解决以上问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种光储协同直流母线稳压单元、直流母线稳压控制方法及电能质量调节器。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种光储协同直流母线稳压单元，包括pv光伏阵列和锂电池组；在所述pv光伏阵列和锂电池组之间连接有boost升压模块；所述boost升压模块的两端均设有电压电流采集模块，且在两个所述电压电流采集模块之间还连接有能量控制模块；所述能量控制模块还通过驱动模块连接至boost升压模块。
8.优选的，所述boost升压模块内包括变压器t，所述变压器t的一侧连接有低压电路，所述变压器t的另一侧连接有高压电路。
9.优选的，所述低压电路包括低压电源u
l
，低压电源u
l
的正极通过第一电感li和升压漏感ls连接到变压器t一次侧的输入端，变压器t一次侧的输出端通过第二电容c2连接至低压电源u
l
的负极；第一电感li的一端通过第一mos管v
t1
和第一电容c1连接至第二电容c2的一端；第一电感li的同一端通过第二mos管v
t2
连接至第二电容c2的另一端；第一mos管v
t1
上并联有并联的第一二极管v
d1
和第一滤波电容c
r1
；第二mos管v
t2
上并联有并联的第二二极管v
d2
和第二滤波电容c
r2
。
10.优选的，所述高压电路包括高压电源uh，高压电源uh的正极通过第三mos管v
t3
连接到变压器t二次侧的输入端；高压电源uh的负极通过第四电容c4连接到变压器t二次侧的输出端；高压电源uh的正极还通过第三电容c3连接到变压器t二次侧的输出端；高压电源uh的负极还通过第四mos管v
t4
连接到变压器t二次侧的输入端；高压电源uh上并联有整流电容co；第三mos管v
t3
上并联有并联的第三二极管v
d3
和第三滤波电容c
r3
；第四mos管v
t4
上并联有并联的第四二极管v
d4
和第四滤波电容c
r4
。
11.优选的，所述能量控制模块包括运算放大器、模拟线性隔离芯片、a/d转换芯片、dsp芯片和d/a转换芯片；所述dsp芯片还与sram内存连接。
12.一种直流母线稳压控制方法，包括以下内容：
13.光伏发电：通过pv光伏阵列吸收光照所释放的能量并转换为直流电能；
14.锂电池组充电：通过连接在pv光伏阵列输出端的boost升压模块，提高输出电压为锂电池组充电；
15.电压电流采集：通过连接在boost升压模块两端的电压电流采集模块对在boost升压模块两端的电流和电压进行采集，并将采集到的电流和电压输送至能量控制模块；
16.电能分配：通过电压电流采集模块实时采集的电压电流和功率，借助电源电路和外围电路，利用恒压控制算法并对boost升压模块进行电压补偿。
17.优选的，锂电池组充电时，在boost升压模块中变压器的一侧为低压侧，另一侧为高压侧，低压侧向高压侧传输功率p0，表示为式(1)，
[0018][0019]
其中，u1为低压侧输入电压，ω为开关角频率，ls为升压变压器漏感，θ为低压侧和高压侧内的半桥导通角之间的相位差。
[0020]
优选的，电能分配中，选用gpc算法实现mppt功能，并且在gpc算法中加入了一个受控自回归积分滑动平均模型作为预测模型，将所辨识的模型参数和信息实时提供给gpc算法，从而触发三角载波使驱动模块输出最大功率。
[0021]
优选的，电能分配中，还包括以下内容：
[0022]
将稳定输出的电压，釆用电压外环、电流内环的双环控制策略，得到式(2)所示的传递函数，
[0023][0024]
其中，k
dcl
为直流母线电压pi调节器的积分常数。
[0025]
一种电能质量调节器，包括串联型有源滤波器、并联型有源滤波器和上述的光储协同直流母线稳压单元。
[0026]
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
[0027]
本发明的光储协同直流母线稳压单元、直流母线稳压控制方法及电能质量调节器通过pv光伏阵列和锂电池组，利用pv光伏阵列的持续充电确保锂电池组功率的有效输出，可以有效降低电流谐波补偿时由于交流电源暂降引起的直流母线不稳定问题，大大提高电流谐波治理的有效性和稳定性；通过pv光伏阵列提供直流电源，并在boost升压模块对pv光伏阵列输出直流电源的电压进行提高，确保达到锂电池组的充电电压，由锂电池组提供稳定电压给直流电容充电，从而保证直流母线电容具有稳定的补偿电压；并且通过能量控制模块，根据电压电流采集模块对boost升压模块两端所采集的数据，对boost升压模块的输出电压进行补偿，确保boost升压模块输出的电压恒定在设定值，实现对直流母线的稳压控制。
附图说明
[0028]
图1为本发明实施例1的结构示意图；
[0029]
图2为本发明所述boost升压模块的电路图；
[0030]
图3为本发明所述能量控制模块的硬件框图；
[0031]
图4为本发明实施例2中的直流母线恒压控制逻辑图；
[0032]
图5为本发明实施例2中的直流母线恒压控制传递函数图；
[0033]
图6为本发明实施例3的结构示意图。
具体实施方式
[0034]
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
[0035]
实施例1：
[0036]
如图1至3所示，一种光储协同直流母线稳压单元，包括pv光伏阵列和锂电池组；在所述pv光伏阵列和锂电池组之间连接有boost升压模块；所述boost升压模块的两端均设有电压电流采集模块，且在两个所述电压电流采集模块之间还连接有能量控制模块；所述能量控制模块还通过驱动模块连接至boost升压模块。
[0037]
本发明通过pv光伏阵列和锂电池组，利用pv光伏阵列的持续充电确保锂电池组功率的有效输出，可以有效降低电流谐波补偿时由于交流电源暂降引起的直流母线不稳定问题，大大提高电流谐波治理的有效性和稳定性；通过pv光伏阵列提供直流电源，并在boost升压模块对pv光伏阵列输出直流电源的电压进行提高，确保达到锂电池组的充电电压，由锂电池组提供稳定电压给直流电容充电，从而保证直流母线电容具有稳定的补偿电压；并且通过能量控制模块，根据电压电流采集模块对boost升压模块两端所采集的数据，对boost升压模块的输出电压进行补偿，确保boost升压模块输出的电压恒定在设定值，实现对直流母线的稳压控制。
[0038]
进一步地，在另一个实施例中，所述boost升压模块内包括变压器t，所述变压器t
的一侧连接有低压电路，所述变压器t的另一侧连接有高压电路。
[0039]
通过变压器t实现电压的升高或降低。
[0040]
进一步地，在另一个实施例中，所述低压电路包括低压电源u
l
，低压电源u
l
的正极通过第一电感li和升压漏感ls连接到变压器t一次侧的输入端，变压器t一次侧的输出端通过第二电容c2连接至低压电源u
l
的负极；第一电感li的一端通过第一mos管v
t1
和第一电容c1连接至第二电容c2的一端；第一电感li的同一端通过第二mos管v
t2
连接至第二电容c2的另一端；第一mos管v
t1
上并联有并联的第一二极管v
d1
和第一滤波电容c
r1
；第二mos管v
t2
上并联有并联的第二二极管v
d2
和第二滤波电容c
r2
。
[0041]
通过所述第一滤波电容c
r1
和第二滤波电容c
r2
，对波动的电压进行过滤，保证待经过变压的电压差距较小，确保所述boost升压模块输出的电压比较稳定。
[0042]
进一步地，在另一个实施例中，所述高压电路包括高压电源uh，高压电源uh的正极通过第三mos管v
t3
连接到变压器t二次侧的输入端；高压电源uh的负极通过第四电容c4连接到变压器t二次侧的输出端；高压电源uh的正极还通过第三电容c3连接到变压器t二次侧的输出端；高压电源uh的负极还通过第四mos管v
t4
连接到变压器t二次侧的输入端；高压电源uh上并联有整流电容co；第三mos管v
t3
上并联有并联的第三二极管v
d3
和第三滤波电容c
r3
；第四mos管v
t4
上并联有并联的第四二极管v
d4
和第四滤波电容c
r4
。
[0043]
通过所述第三滤波电容c
r3
和第四滤波电容c
r4
，对波动的电压进行过滤，减少升压后电压的波动幅度，确保所述boost升压模块输出的电压比较稳定。
[0044]
进一步地，在另一个实施例中，所述能量控制模块包括运算放大器、模拟线性隔离芯片、a/d转换芯片、dsp芯片和d/a转换芯片；所述dsp芯片还与sram内存连接。
[0045]
运算放大器的型号为lm358，dsp芯片的型号为tms320c2802。
[0046]
实施例2：
[0047]
如图1至5所示，一种直流母线稳压控制方法，包括以下内容：
[0048]
光伏发电：通过pv光伏阵列吸收光照所释放的能量并转换为直流电能；
[0049]
锂电池组充电：通过连接在pv光伏阵列输出端的boost升压模块，提高输出电压为锂电池组充电；
[0050]
电压电流采集：通过连接在boost升压模块两端的电压电流采集模块对在boost升压模块两端的电流和电压进行采集，并将采集到的电流和电压输送至能量控制模块；
[0051]
电能分配：通过电压电流采集模块实时采集的电压电流和功率，借助电源电路和外围电路，利用恒压控制算法并对boost升压模块进行电压补偿。
[0052]
通过对boost升压模块两端的电压电流进行采集，并计算出功率，再通过能量控制模块的分析，借助电源电路和外围电路对boost升压模块进行电压补偿，确保boost升压模块输出的电压值稳定在电压的设定值，实现对直流母线的稳压控制。
[0053]
进一步地，在另一个实施例中，锂电池组充电时，在boost升压模块中变压器的一侧为低压侧，另一侧为高压侧，低压侧向高压侧传输功率p0，表示为式(1)，
[0054][0055]
其中，u1为低压侧输入电压，ω为开关角频率，ls为升压变压器漏感，θ为低压侧和高压侧内的半桥导通角之间的相位差。
[0056]
从式(1)可以看出，通过调节低压侧和高压侧内的半桥导通角之间的相位差，即可调节变压器功率的流向和大小；本技术的boost升压模块连接锂电池组和光伏面板后，可以利用其高变比建立锂电池组直流侧高压，同时调节低压侧和高压侧内的半桥导通角之间的相位差，在pv光伏阵列输出波动时，使有功功率在锂电池组和光伏面板电池之间双向交换。
[0057]
进一步地，在另一个实施例中，电能分配中，选用gpc算法实现mppt功能，并且在gpc算法中加入了一个受控自回归积分滑动平均模型作为预测模型，将所辨识的模型参数和信息实时提供给gpc算法，从而触发三角载波使驱动模块输出最大功率。
[0058]
在传统的gpc法中加入了一个受控自回归积分滑动平均模型作为预测模型，构成一种优化后的gpc算法，称为改进型广义预测控制算法，即p-gpc控制算法；在boost升压模块中，根据pv光伏阵列输出的电压和电流，采用p-gpc控制算法实现mppt控制逻辑，设定光伏电池工作点的参考电压值,与光伏电池实际输出电压相比产生误差值，经过p-gpc算法调节后和高频三角载波进行比较，大于0则开通s,反之则关断s,从而使得光伏阵列电压稳定工作，运用p-gpc算法控制其输出功率达到最大值，p-gpc融合了预测控制和自适应控制的优点，实现mppt的最优控制。
[0059]
进一步地，在另一个实施例中，电能分配中，还包括以下内容：
[0060]
将稳定输出的电压，釆用电压外环、电流内环的双环控制策略，得到式(2)所示的传递函数，
[0061][0062]
其中，k
dcl
为直流母线电压pi调节器的积分常数。
[0063]
如图4中，釆用电压外环、电流内环的双环控制策略，通过电压pi外环控制保证输出直流电压稳定在u
dc
，直流母线参考电压u
dcref
＝u
dc
,且u
dcref
为boost电路升压后的输出电压，i
dc
是升压后的输出电流，u
dcref
和u
dc
形成电压外环，构成直流电压pi控制回路，产生的电流i
dr
电流i
dc
依次通过内环pi控制器，pwm信号生成和igbt驱动器生成直流母线电压u
dc
。
[0064]
对于直流母线电压pi调节器，把电流环用一阶惯性环节近似代替如式(3)所示：
[0065][0066]
tv为等效惯性时间常数，则直流母线电压控制的传递函数如图5所示。
[0067]
图5中τ
dc
为直流母线电压釆样延时时间常数,k
dcp
为直流母线电压pi调节器的比例常数，k
dcl
为直流母线电压pi调节器的积分常数，控制系统的开环前向传递函数如式(4)：
[0068][0069]
式(2)中由于τ
dc
，tv都很小，τ
dc
＝0.000is,tv＝0.0005s。
[0070]
根据小惯性环节合并原理，式(4)简化为式(5):
[0071][0072]
式(5)中设置k
pwm
＝2,并令k
dcp
/k
dcl
＝t
pwm
实现零极点对消，则得到式(2)：
[0073][0074]
实施例3：
[0075]
如图6所示，一种电能质量调节器，包括串联型有源滤波器、并联型有源滤波器和上述的光储协同直流母线稳压单元。
[0076]
加入了光储协同直流母线稳压控制单元来对直流母线稳压电容两端的电压进行控制，保证得到较好的稳压控制效果。
[0077]
依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的光储协同直流母线稳压单元、直流母线稳压控制方法及电能质量调节器，并且能够产生本发明所记载的积极效果。
[0078]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。