本發(fā)明屬于基于虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)的電動汽車友好并網(wǎng)領(lǐng)域,具體涉及一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)算法的電動汽車電網(wǎng)電壓補(bǔ)償方法。
背景技術(shù):
::新能源電動汽車能夠有效減少溫室氣體排放,減輕環(huán)境污染,是現(xiàn)階段交通低碳化發(fā)展的重要實現(xiàn)途徑之一。為應(yīng)對電動汽車的發(fā)展與大規(guī)模普及,研究電動汽車友好并網(wǎng),利用高滲透率的電動汽車充放電容量為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提供支撐作用具有重大意義。新能源電動汽車作為一種移動式的分布式的儲能系統(tǒng),一般采用電力電子裝置作為并網(wǎng)接口,其潛在輔助服務(wù)必須被充分挖掘,新能源電動汽車必須向電網(wǎng)提供必要的輔助服務(wù)。應(yīng)用虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)的電動汽車充放電控制方法是近年來提出的一種電動汽車友好并網(wǎng)的解決方案。虛擬同步發(fā)電機(jī)算法通過模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的外特性,控制電動汽車并網(wǎng)接口像傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)一樣向電網(wǎng)提供慣性和阻尼,降低電動汽車并網(wǎng)接口對電網(wǎng)的影響,提升電網(wǎng)對大規(guī)模電動汽車接入的適應(yīng)性。虛擬同步發(fā)電機(jī)是通過下垂控制和充放電功率指令實現(xiàn)對電動汽車有功功率和無功功率的控制,當(dāng)公共連接點電網(wǎng)電壓發(fā)生對稱跌落時,電動汽車并網(wǎng)接口會產(chǎn)生一個瞬時沖擊電流,威脅著電動汽車充放電裝置的安全可靠運行,電網(wǎng)電壓跌落越嚴(yán)重沖擊電流越大對電動汽車充放電裝置造成的影響越嚴(yán)重?,F(xiàn)有的應(yīng)用虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)的電動汽車充放電控制方法多是針對電網(wǎng)電壓正常的工況,鮮有文獻(xiàn)提及應(yīng)用虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)的電動汽車充放電在電網(wǎng)電壓跌落或低電壓下的運行問題。技術(shù)實現(xiàn)要素::本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有基于虛擬同步發(fā)電機(jī)技術(shù)的電動汽車友好并網(wǎng)方案存在不能根據(jù)電網(wǎng)的電壓跌落狀況改變充放電功率自適應(yīng)的為電網(wǎng)提供電壓補(bǔ)償?shù)娜毕?,提供了一種基于虛擬同步發(fā)電機(jī)算法的電動汽車電網(wǎng)電壓補(bǔ)償方法。為達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:基于虛擬同步發(fā)電機(jī)算法的電動汽車電網(wǎng)電壓補(bǔ)償方法,包括以下步驟:1)電動汽車充放電裝置的并網(wǎng)接口LC濾波的三相PWM變換器采用虛擬同步發(fā)電機(jī)算法,該算法基于P-f、Q-V的下垂控制形成功率外環(huán),由充放電的有功功率指令Pref、無功功率指令Qref和并網(wǎng)接口輸出頻率w、輸出無功功率q反饋得到并網(wǎng)接口的機(jī)械功率Pm、電壓環(huán)指令E;2)模擬轉(zhuǎn)子機(jī)械方程部分,根據(jù)虛擬同步發(fā)電機(jī)功率外環(huán)的輸出機(jī)械功率Pm與實際輸出有功功率Pe的差值經(jīng)過計算得到虛擬同步發(fā)電機(jī)的輸出頻率w,并將其求積分獲得并網(wǎng)接口的輸出相角θ;3)電氣方程部分,采用基于dq坐標(biāo)系的電壓和電流雙閉環(huán)控制策略,經(jīng)過采樣得到虛擬同步發(fā)電機(jī)的實際三相輸出電流、并網(wǎng)接口側(cè)電感電流和輸出電壓,將其進(jìn)行坐標(biāo)變換得到輸出電流的dq分量id、iq和電感電流的dq分量ild、ilq以及輸出電壓的dq分量vod、voq;4)在步驟1)和步驟3)的基礎(chǔ)上增加dq坐標(biāo)系下的虛擬阻抗控制,經(jīng)步驟3)采樣得到的輸出電流id、iq流過虛擬阻抗Rv、Xv產(chǎn)生虛擬壓降vvd、vvq,由步驟1)得到的電壓環(huán)指令E作為dq坐標(biāo)系下的電壓環(huán)d軸指令ed,dq坐標(biāo)系下的電壓環(huán)q軸指令eq等于0,ed、eq分別與虛擬壓降vvd、vvq作差得到電壓環(huán)輸出電壓指令5)由步驟3)電流環(huán)的輸出得到并網(wǎng)接口的dq軸調(diào)制信號經(jīng)過坐標(biāo)變換得到三相靜止坐標(biāo)系下的調(diào)制信號,坐標(biāo)變換的相角是由步驟2)得到的并網(wǎng)接口輸出相角θ,再經(jīng)過PWM調(diào)制后得到變流器開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)控制信號,進(jìn)而用于驅(qū)動開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,步驟1)中,引入一個系數(shù)Kdelta,充放電的有功功率指令Pref與引入的系數(shù)Kdelta相乘得到新的Pref1,Pref1作為P-f下垂控制的有功指令。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,步驟2)中,輸出頻率w和輸出相角θ的計算公式如下:2Hwbdδwdt=Pm-PeSb-kdamperwbδw]]>δw=w-wgrid式中,H為機(jī)械時間常數(shù)H,kdamper為阻尼系數(shù),wgrid為電網(wǎng)頻率,wb為基準(zhǔn)頻率和,Sb是額定功率。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,步驟3)中,經(jīng)采樣和坐標(biāo)變換得到的輸出電流id、iq增加一條通道,讓id、iq經(jīng)過高通濾波器得到濾波后的id_H、iq_H,具體公式如下:id_H=id*ss+wc_hiq_H=iq*ss+wc_h]]>式中:wc_h為高通濾波器截止頻率,s為積分算子。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,步驟3)中,利用采樣和坐標(biāo)變換得到的輸出電流id、iq和輸出電壓vod、voq,計算電動汽車輸出的有功功率Pe、無功功率qo,然后分別經(jīng)過低通濾波器得到濾波后的有功p無功q,利用p和q進(jìn)行計算和判斷得到步驟1)中引入的系數(shù)Kdelta,具體公式如下:Pe=1.5(vod*id+voq*iq)qo=1.5(-vod*iq+voq*id)]]>p=Pe*wc_1wc_1+sq=qo*wc_1wc_1+s]]>式中:wc_l為低通濾波器截止頻率。本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于,步驟4)中,虛擬阻抗控制將虛擬阻抗分成兩部分恒定虛擬阻抗Rcv、Xcv和暫態(tài)虛擬電阻ΔRv,虛擬壓降分為兩部分恒定虛擬壓降vcvd、vcvq和暫態(tài)虛擬壓降Δvvd、Δvvq,具體公式如下:vcvd=Rcv*id-Xcv*iqvcvq=Rcv*iq+Xcv*id]]>Δvvd=ΔRv*id_HΔvvq=ΔRv*iq_H]]>vvd=vcvd+Δvvdvvq=vcvq+Δvvq.]]>與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明基于虛擬同步發(fā)電機(jī)算法的電動汽車電網(wǎng)電壓補(bǔ)償方法的優(yōu)點體現(xiàn)在:當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生跌落時,電動汽車并網(wǎng)接口輸出有功無功都有一個長時間的超調(diào)振蕩,導(dǎo)致電動汽車并網(wǎng)接口超過容量并且達(dá)到穩(wěn)態(tài)時系統(tǒng)輸出也超過了容量。進(jìn)一步的,在P-f下垂控制的有功指令前引入一個系數(shù)Kdelta,當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時,有功指令可以根據(jù)電網(wǎng)電壓跌落幅度自適應(yīng)調(diào)整,這樣可以最大化利用電動汽車充放電容量補(bǔ)償電網(wǎng)電壓對稱跌落,提高了電網(wǎng)電壓質(zhì)量,減少有功輸出避免系統(tǒng)超過容量。進(jìn)一步的,經(jīng)采樣和坐標(biāo)變換得到的輸出電流id、iq增加一條通道,讓id、iq經(jīng)過高通濾波器得到濾波后的id_H、iq_H,這樣可以得到電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落時電動汽車并網(wǎng)接口的輸出電流的非周期分量即振蕩電流,為系統(tǒng)抑制沖擊電流提供了通道和信息。進(jìn)一步的,利用電壓電流采樣信號計算電動汽車輸出的有功功率Pe、無功功率qo,然后分別經(jīng)過低通濾波器得到濾波后的有功p無功q,這樣做可以得到電網(wǎng)正常電壓和電壓跌落時并網(wǎng)接口輸出有功無功的穩(wěn)態(tài)值,根據(jù)有功無功的穩(wěn)態(tài)值計算系數(shù)Kdelta,實時計算有功無功的穩(wěn)態(tài)值可以監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài),避免系統(tǒng)在電網(wǎng)正常電壓和電壓跌落時超過容量。進(jìn)一步的,增加暫態(tài)虛擬電阻ΔRv,能夠抑制電網(wǎng)電壓跌落時沖擊電流的周期分量和非周期分量,減小了非周期分量的時間常數(shù),抑制沖擊電流對并網(wǎng)接口硬件電路的沖擊提高其工作壽命。附圖說明:圖1為虛擬同步發(fā)電機(jī)P-f下垂控制和轉(zhuǎn)子機(jī)械方程模擬控制框圖;圖2為Q-V下垂控制框圖;圖3為虛擬阻抗控制框圖;圖4為系數(shù)Kdelta計算框圖以及流程圖,圖4(a)為p、q計算框圖,圖4(b)為系數(shù)Kdelta計算流程圖;圖5電壓電流雙閉環(huán)控制框圖;圖6為實施例電網(wǎng)電壓對稱跌落時有功、無功功率波形;其中,圖6(a)為應(yīng)用本發(fā)明所提方法有功、無功功率波形,圖6(b)為未加入本發(fā)明所提解耦方法的有功、無功功率響應(yīng)波形;圖7為實施例系數(shù)Kdelta計算結(jié)果;圖8為實施例中由暫態(tài)虛擬電阻產(chǎn)生的暫態(tài)虛擬壓降。具體實施方式:下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明基于虛擬同步發(fā)電機(jī)算法的電動汽車電網(wǎng)電壓補(bǔ)償方法,包括以下步驟:1)有功下垂控制和模擬轉(zhuǎn)子機(jī)械方程部分,根據(jù)電動汽車的輸出有功功率的參考指令Pref與系數(shù)Kdelta相乘得到實際輸出有功功率的參考指令Pref1,根據(jù)實際電動汽車輸出頻率w與指令頻率wref的差值,與下垂系數(shù)mp相乘得到Δp,Pref1減去Δp得到機(jī)械功率Pm,這是P-f下垂控制,模擬了傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的一次調(diào)頻功能,如圖1左側(cè)所示,具體公式如下:Pm=Pref*Kdelta-mp(w-wref)(1)模擬轉(zhuǎn)子機(jī)械方程部分如圖1右側(cè)所示,通過機(jī)械時間常數(shù)H模擬傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量,阻尼系數(shù)kdamper模擬阻尼繞組,得到電動汽車并網(wǎng)接口的輸出頻率w,積分后得到輸出相位θ,具體公式如下:2Hwbdδwdt=Pm-PeSb-kdamperwbδw---(2)]]>δw=w-wgrid(3)式中wgrid為電網(wǎng)頻率,wb為基準(zhǔn)頻率和,Sb是額定功率;2)無功下垂控制,如圖2所示,Q-V下垂模擬的是傳統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的自動調(diào)壓器AVR,無功反饋q是實際輸出無功功率經(jīng)過低通濾波后的值,具體公式如下:E=Vref+nq(Qref-q)(4)3)虛擬阻抗控制如圖3所示,dq坐標(biāo)系下的虛擬阻抗作用是虛擬一個電動汽車并網(wǎng)接口電壓源的內(nèi)阻,本發(fā)明的虛擬阻抗包括兩部分,首先輸出電流流過恒定虛擬阻抗Rcv、Xcv產(chǎn)生恒定虛擬壓降vcvd、vcvq,該部分虛擬壓降系統(tǒng)無論暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)都有值,利用這部分虛擬阻抗可以改善系統(tǒng)阻抗比促進(jìn)有功無功解耦,但是其中虛擬電阻如果太小的話容易導(dǎo)致系統(tǒng)阻尼不足系統(tǒng)不穩(wěn)定,所以本發(fā)明加入暫態(tài)虛擬電阻ΔRv,首先電動汽車輸出電流經(jīng)過高通濾波后流過暫態(tài)虛擬電阻產(chǎn)生暫態(tài)虛擬壓降Δvvd、Δvvq,該部分壓降在暫態(tài)時有值穩(wěn)態(tài)時為0,暫態(tài)虛擬電阻能夠抑制因電網(wǎng)電壓跌落產(chǎn)生的沖擊電流;兩部分虛擬壓降之和為vvd、vvq,ed、eq分別與虛擬壓降vvd、vvq作差得到電壓環(huán)輸出電壓指令具體公式如下:vo,d*=ed-vvdvo,q*=eq-vvq---(5)]]>4)系數(shù)Kdelta的計算,經(jīng)過采樣得到輸出電壓vod、voq和輸出電流id、iq,經(jīng)過計算得到系數(shù)Kdelta,具體計算流程圖如圖4所示,首先利用輸出電壓和電流計算實際輸出有功Pe和無功功率qo,然后經(jīng)過低通濾波器得到濾波后的有功p和無功q,再進(jìn)行如圖4(b)所示的流程進(jìn)行計算得到系數(shù)Kdelta;然后進(jìn)行步驟1)P-f下垂控制;5)dq坐標(biāo)系電壓電流雙閉環(huán)控制,如圖5所示,由步驟3)得到的電壓環(huán)輸出指令作為電壓環(huán)的輸入,電壓環(huán)的反饋量是電動汽車輸出電壓即LC濾波器電容上的輸出電壓,電壓環(huán)的輸出作為內(nèi)環(huán)電流環(huán)的指令,電流環(huán)的反饋量是LC濾波器上的電感電流,由電流環(huán)的輸出得到并網(wǎng)接口的dq軸調(diào)制信號經(jīng)過坐標(biāo)變換得到三相靜止坐標(biāo)系下的調(diào)制信號,坐標(biāo)變換的相角是由步驟1)得到的并網(wǎng)接口輸出相角θ,再經(jīng)過PWM調(diào)制后得到變流器開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)控制信號,進(jìn)而用于驅(qū)動開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。實施例:從1s時電網(wǎng)電壓對稱跌落32.14%,2s后恢復(fù)到正常電壓,對比加入本發(fā)明所提虛擬阻抗設(shè)計和功率指令自適應(yīng)控制方法與不加本發(fā)明所提控制方法的電動汽車充放電功率控制效果。1s時刻電網(wǎng)電壓對稱跌落32.14%,2s后恢復(fù)到正常電壓,該工況下電動汽車并網(wǎng)接口輸出有功功率變化、無功功率波形如圖6所示。加入本發(fā)明所提虛擬阻抗設(shè)計和功率指令自適應(yīng)控制方法的電動汽車有功無功波形如圖6(a)所示,在0~1s期間電網(wǎng)電壓為正常值,電動汽車工作在電網(wǎng)有序充放電調(diào)度指令模式下輸出有功5000w無功0Var,在1s時刻電網(wǎng)電壓對稱跌落32.14%,此時有功無功都有一個瞬時的沖擊,然后經(jīng)過有功到達(dá)穩(wěn)態(tài)輸出3500w無功到達(dá)穩(wěn)態(tài)輸出9350Var,在2s時刻電網(wǎng)電壓又恢復(fù)到正常值,此時有功無功都有一個瞬時的沖擊,然后有功到達(dá)穩(wěn)態(tài)輸出5000w無功到達(dá)穩(wěn)態(tài)輸出0Var,電動汽車恢復(fù)到電壓對稱跌落前電網(wǎng)調(diào)度的指令輸出;圖6(b)所示為不加入本發(fā)明所提方法的有功、無功響應(yīng)波形,由圖中可以看出當(dāng)發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落時,有功無功都有一個長時間的超調(diào)振蕩,導(dǎo)致電動汽車并網(wǎng)接口超過容量并且達(dá)到穩(wěn)態(tài)時系統(tǒng)輸出也超過了容量。因此本發(fā)明所提電網(wǎng)電壓補(bǔ)償控制策略,能夠有效補(bǔ)償電網(wǎng)電壓跌落并且大大減小了沖擊電流對并網(wǎng)接口的影響。圖7所示為系數(shù)Kdelta的輸出值,從圖中可以看出在電網(wǎng)電壓對稱跌落前Kdelta等于1,在電網(wǎng)電壓恢復(fù)后Kdelta也等于1,只在電網(wǎng)電壓對稱跌落2~3s期間Kdelta不等于1,根據(jù)電動汽車充放電的容量Kdelta的值經(jīng)過0.376s的波動達(dá)到穩(wěn)態(tài)值0.7;因此本發(fā)明所提功率自適應(yīng)方法并不影響電網(wǎng)電壓正常時的電動汽車工作狀態(tài),該策略只在電網(wǎng)電壓發(fā)生對稱跌落時起作用,使電動汽車的充放電功率指令自適應(yīng)變化,當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落時系統(tǒng)以支撐電網(wǎng)電壓為主,剩余容量輸出有功功率指令。圖8所示為由暫態(tài)虛擬電阻產(chǎn)生的dq坐標(biāo)系下的虛擬壓降,由圖中可以看出vvd、vvq只在發(fā)生電網(wǎng)電壓波動的暫態(tài)過程中有值,在穩(wěn)態(tài)時以及電網(wǎng)電壓正常時其值均為0;由此可以看出本發(fā)明所提虛擬阻抗設(shè)計方法在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時以及電網(wǎng)電壓正常時并不產(chǎn)生虛擬壓降影響功率分配和功率解耦,只在暫態(tài)時抑制沖擊電流對電動汽車并網(wǎng)接口的損害。綜上,該實施例證明了本發(fā)明所提基于虛擬同步發(fā)電機(jī)算法的電動汽車補(bǔ)償電網(wǎng)電壓控制策略的有效性。實施例的具體參數(shù)設(shè)置參見表1:表1實施例參數(shù)當(dāng)前第1頁1 2 3