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隨著儲能介入，我們覺得對離網(wǎng)下的VSG功能，提高穩(wěn)定性，同樣需要附加虛擬同步及的功能，我們這里面介紹20千瓦的怎么做離網(wǎng)的，離裝的VSG一個是單機(jī)的離網(wǎng)VSG還有多機(jī)并聯(lián)，離網(wǎng)主要是空間慣性、穩(wěn)定性，基于有功—頻率環(huán)控制，虛擬同步及的有功調(diào)頻方程，可以得到有功的方程。

 

— —北方工業(yè)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院教授 中國可再生能源學(xué)會儲能專委會副主任委員周京華

 

8月8日，由華北電力大學(xué)、中國可再生能源學(xué)會主辦的“第一屆中國儲能學(xué)術(shù)論壇暨風(fēng)光儲創(chuàng)新技術(shù)大會”分論壇在北京召開，北極星儲能網(wǎng)將對論壇進(jìn)行全程直播。在8日“電化學(xué)儲能”分論壇上，北方工業(yè)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院教授 中國可再生能源學(xué)會儲能專委會副主任委員周京華作“儲能功率變流器關(guān)鍵控制技術(shù)”報告。

 

 

北方工業(yè)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院教授 中國可再生能源學(xué)會儲能專委會副主任委員周京華

 

 

北方工業(yè)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院教授 中國可再生能源學(xué)會儲能專委會副主任委員周京華：大家好！這個演講主要是圍繞著我們和企業(yè)研發(fā)的幾款產(chǎn)品、我們具體的實現(xiàn)方式和一些感受做一個匯報。主要從以下幾個方面：

 

第一，為什么要建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)呢，儲能變流器最重要得到客戶的認(rèn)可，要做鑒定，比方我們現(xiàn)在做的20千瓦儲能變流器的建衡，做的CEC認(rèn)證，實際上CEC認(rèn)證執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)是兩個，一個是國標(biāo)34210國標(biāo)34133這兩個標(biāo)準(zhǔn)，有很多標(biāo)準(zhǔn)，我介紹的是建衡現(xiàn)在執(zhí)行的這兩個標(biāo)準(zhǔn)。國標(biāo)34120《電化學(xué)儲能系統(tǒng)儲能變流器技術(shù)規(guī)范》，規(guī)定了PCS的功能是什么，我們要做PCS要滿足什么功能，一定要對著標(biāo)準(zhǔn)來做。這里面規(guī)定了相關(guān)數(shù)據(jù)定義以及技術(shù)要求等等，標(biāo)準(zhǔn)適用于電化學(xué)電池作為儲能載體的低壓三相變流器，直流電壓最高不超過100V，如果超級電容也照此標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，這是技術(shù)規(guī)范。技術(shù)規(guī)范制定技術(shù)參數(shù)，就是說所做的儲能變流器所具有的功能以及各種指標(biāo)，圍繞這個指標(biāo)在國標(biāo)34120給出了詳細(xì)的功能需求，以及國標(biāo)34133給出了檢測規(guī)范，就是說變流器最終測什么、怎么測、怎么接線，他給出了詳細(xì)的測試規(guī)程。我們介紹的標(biāo)準(zhǔn)主要就是說，這兩個標(biāo)準(zhǔn)就要對標(biāo)做。PCS具備什么功能呢，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)我們整理了功能，但同樣我覺得PCS除了標(biāo)準(zhǔn)里面的功能，我們叫基本功能，同時他現(xiàn)在針對不同的具體的需求實際上還附加了很多拓展功能。

 

我簡單說一下，從功率變流器來說，主體功能分并網(wǎng)和離網(wǎng)，同時要具備并離網(wǎng)切換，同時并網(wǎng)里面分充電和放電兩種模式，在充電里邊有恒流、恒壓，放電是PQ控制，同時目前的應(yīng)用場景需求還要求具備負(fù)載低次諧波電流補(bǔ)償以及電流不平衡抑制，這個在標(biāo)準(zhǔn)里邊沒有的，但是現(xiàn)在從應(yīng)用場景的擴(kuò)展，實際上對這個功能也進(jìn)行了約束。同時要有充放電切換，這個標(biāo)準(zhǔn)里面有時間小于100毫米，離網(wǎng)里邊一般采用V/f控制，同時附加功能采用輸出電壓不平衡抑制和輸出電壓諧波抑制。這都是根據(jù)不同場景參照標(biāo)準(zhǔn)的基本功能，還有具體應(yīng)用場景的擴(kuò)展功能。

 

這是一個控制邏輯，圍繞這個功能我下面闡述一下我們在研制過程中如何去實現(xiàn)的。

 

拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)，以兩電平衡位例，當(dāng)然這里面有三電連橫，我后面做功能示范應(yīng)用的時候有三電平衡，雙極、單極而言對于逆變側(cè)的要求是一致的、功能也是一致的。這里面有電網(wǎng)開關(guān)，是做切換用的，PCS一般的，因為具有離網(wǎng)的功能，電壓源、電流源。

 

為了更好的說明控制，我把這里面所有的電流，我把電量都做了標(biāo)注，比方說做一些變換，這些變量都和后面的控制框是一一對應(yīng)的，大家實際上想深入了解的話是能對應(yīng)得上的，這是基于數(shù)學(xué)模型后邊用到的，基于數(shù)學(xué)模型建立的控制策略。

 

控制策略我就一一介紹一下，這些策略我后面會有應(yīng)用，這些策略是完全應(yīng)用在小的PCS，大的PCS都是這些。所以我覺得，PCS從現(xiàn)在控制來說，我覺知基本成熟了，沒有什么太多的東西。因為PCS要做定向、鎖向，為什么它同步，我們用的就是雙二階鎖相環(huán)。

 

并網(wǎng)分恒流充電和恒壓充電，先社恒流，保證充電電流恒定，紅色的框圖是恒流充電，恒流完是恒壓，這是20千瓦的實驗結(jié)果，剛才說目前認(rèn)證的是20千瓦，所以我所有的實驗結(jié)果都是20千瓦的實驗結(jié)果。包括恒壓充電就是下面這個，恒流充電完，隨著充電進(jìn)行，恒壓充電采用雙環(huán)做恒壓充電，這是實驗結(jié)果。

 

放電就是PQ控制功率，采用基于這個功率得到功率值，我這上面標(biāo)的正的是正序的給定值，標(biāo)負(fù)號的是負(fù)序，這些是三相電流的PQ變化，在前面是對應(yīng)的?；ㄘ?fù)序，因為在電網(wǎng)電壓平衡的時候負(fù)序，采用了VPI控制器來解決三相不平衡問題，對電流進(jìn)行抑制，通過VPI控制得到給定指，最后得出綜合的給定指。同時在放電過程中，因為PCS的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)決定了需要多功能、多目標(biāo)，如果用非線性負(fù)載還需要在剩余容量允許的情況下承擔(dān)一部分諧波的電流抑制，這個電流抑制大家要注意，我們采用的，前面的控制在DQ同步旋轉(zhuǎn)的問題，但是在這個抑制里面是在靜止坐標(biāo)系來做，能夠很好的解決諧波不平衡的問題，這個是在整個裝置里邊的控制中用了兩套坐標(biāo)系，一個是DQ一個是ARA的。

 

這是放電過程中對低次諧波的抑制。整個圖總結(jié)了在并網(wǎng)控制下的控制模式，0、1、2、3分別代表不同的模式，這里面有不同的開關(guān)，負(fù)載諧波，抑制等等，都進(jìn)行了疊加，這里面開關(guān)等于選擇這個，因為在實際當(dāng)中，這里邊全部是模塊化了，非常好的值。

 

在標(biāo)準(zhǔn)里面，對并網(wǎng)充放電切換給出了要求，小于100毫秒，你這個充放電怎么來說，這是一個充放電框圖，切換時間主要是受調(diào)節(jié)步長delt和PI控制器的響應(yīng)速度決定的。這個實驗，放電和充電，加起來（80+90）÷2。

 

下面我介紹一下離網(wǎng)控制，主要考慮，如果負(fù)載不平衡會造成輸出電壓不平衡，我怎么解決這個問題呢？采用一種基于正序旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的PI+VPI控制策略，抑制猶豫不平衡負(fù)荷造成的輸出電壓不平衡。具體的測試結(jié)果，這是切出C相負(fù)荷，一相負(fù)荷切除掉的實驗結(jié)果，明顯看出來這個是三相電壓是平衡的，這個是切到兩相負(fù)荷，完全切到兩相負(fù)荷以后，輸出的離網(wǎng)電壓是平衡的。

 

另外，由于你是離網(wǎng)控制，是低壓運行的，如果帶負(fù)荷是非線性負(fù)載的話，會造成輸出電壓的畸變問題，但是又不能完全承擔(dān)APF的功能，因為是濾波器，沒有辦法整個諧波電壓全部補(bǔ)償。這個控制方法里面設(shè)置的是3次、5次、7次進(jìn)行分頻補(bǔ)償，這是一個補(bǔ)償?shù)目刂品椒?。具體的結(jié)果，三次補(bǔ)償，補(bǔ)償5次、7次可以看到這個效果非常明顯，這是5次、7次補(bǔ)償?shù)闹C波基本補(bǔ)償效果還是不錯的，實際上也是離網(wǎng)供電的時候要保證電能質(zhì)量，要具備一定的諧波抑制問題。

 

這也是離網(wǎng)總結(jié)的復(fù)合多環(huán)控制，輸出電壓不平衡+輸出電壓畸變控制。這個圖就是考慮并網(wǎng)、離網(wǎng)完整的控制方法，這里邊所有的變量前面我都給出來了，都是統(tǒng)一的，大家如果看PPT，我覺得也有助于去理解和消化。

 

現(xiàn)在單機(jī)而言需要具備的，隨著儲能介入，我們覺得對離網(wǎng)下的VSG功能，提高穩(wěn)定性，同樣需要附加虛擬同步及的功能，我們這里面介紹20千瓦的怎么做離網(wǎng)的，離裝的VSG一個是單機(jī)的離網(wǎng)VSG還有多機(jī)并聯(lián)，離網(wǎng)主要是空間慣性、穩(wěn)定性，基于有功—頻率環(huán)控制，虛擬同步及的有功調(diào)頻方程，可以得到有功的方程?；谔摂M同步及的無功控制方程可以得到無功的控制方程?；谶@個做了單臺離網(wǎng)VSG的檢測，20千瓦的，這個就是加入虛擬同步機(jī)以后，這個是負(fù)載跳變以后，紅顏色的就是電網(wǎng)頻率，它沒有發(fā)生立刻變化，而緩慢發(fā)生變化，可有效增加系統(tǒng)慣性。這個每一個都是人為的制造擾動，但是它的頻率變化基本上沒有什么變化，所以單臺的離網(wǎng)VSG功能，有效的提高了抗擾動能力，我們在一些PCS招標(biāo)中已經(jīng)明確提出來具有VSG功能，但是這個并沒有寫到標(biāo)準(zhǔn)里面去，但是可見VSG已經(jīng)作為一個PCS屬性是要去把它做出來的。

 

并離網(wǎng)結(jié)合，因為在一些應(yīng)用場景里邊，比如說電壓載相出問題，這個切換首先這只是這么實現(xiàn)的，鎖相環(huán)得到的電網(wǎng)相位賦值，這是基本的邏輯關(guān)系。實驗是這樣，切換，預(yù)同步完成以后有一個短暫的功率波動，這是過程，最后是完成了并網(wǎng)到離網(wǎng)的切換。同時也有一個離網(wǎng)到并網(wǎng)的切換，這里面也有不同的運行過程，通過一個功率的波動過程最后實現(xiàn)離網(wǎng)到并網(wǎng)的轉(zhuǎn)換，這也是20千瓦下的實驗波形、測試波形。

 

我上面介紹這個其實在我介紹的，一個是20千瓦的PCS里面是這套東西，后來我們在做500千瓦的也是上面這套東西，所以我覺得從控制策略來說，我覺得我們基本上趨近成熟了，這是我們具體實際上用在500千萬、20千瓦都得到了很好的應(yīng)用，這些程序都是模塊化的，很容易復(fù)制，更多是搭積分，做出來很快，從實踐角度來說很快。另外做了一個，在張北的數(shù)據(jù)港柔性變電站，從2017年開始做，到2018年一個新聞?wù)f已經(jīng)商業(yè)化運行了，這個也是用的基本上這套東西，2.5兆瓦的DC/AC，和全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院完成世界首個柔性變電站示范，這是剛并網(wǎng)成功的一個報道，它給服務(wù)器供電。

 

介紹這些，通過這個報告能夠給大家從事PCS研制、開發(fā)提供一些參考，因為我所介紹的這些工作從大的到小的，幾十千瓦到兆瓦級的，都得到了有效的應(yīng)用，希望能對大家從事研究有所幫助。