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【摘 要】随着风电场容量的不断增加，风电对接入电网的影响不可忽视。在风力发电中引入储能电站，利用储能电站平滑风电波动，从而改善并网电能质量。本文以储能电站的控制策略为研究对象，在两相同步旋转坐标系数学模型上，建立双向变流器的模型，并对其进行前馈解耦，设计基于PI调节器的储能系统动态特性实时功率跟踪控制策略。最后通过数字仿真验证了所研究的实时功率控制策略的正确性和可行性。
【关键词】储能电站；双向变流器；前馈解耦；两相旋转坐标系
新疆高技术支撑计划项目，编号：201132116
【中图分类号】TV743【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0390-02
0 引言
风电作为一种洁净能源，近些年在国家政策和相关组织的推动下得到迅速发展[1]。风电场一般处于偏远地区，此处电网架构比较薄弱，承受冲击能力较差，风电场的功率波动往往给系统带来不利影响，从而限制风电并网功率[2]。
储能电站具有快速的电能存储、释放能力，因此在风电系统中引入储能系统[3]，可以减少风电场输出波动的对电网的影响。
本文从储能系统功率调节的双向变流器的时域数学模型出发，在两相同步旋转坐标系数学模型上，建立双向变流器的模型，并对其进行前馈解耦，设计基于PI调节器的储能系统动态特性实时功率跟踪控制策略。最后通过数字仿真验证了所研究的实时功率控制策略的正确性和可行性。
1 储能电站的工作原理及其建模（见图1）
储能电站一般是由四部分组成的：储能装置，双向变流器，控制系统和变压器。当储能装置的直流电压稳定时，在正确的脉宽调制技术控制下，双向相变流器看做一个输出基波电压幅值和相位可调的三相电压源。
双向变流器建模
图2为电压型双向变流器的拓扑结构。图中ea、eb、ec分别为三相电网电动势，ia、ib、ic分别为双向变流器交流的三相电流，idc为直流侧母线电流，V dc为直流侧母线电压，Sk为三相桥臂的逻辑开关函数，其值为1是代表上桥臂导通、下桥臂关断。（见图2）
假设三相系统平衡并忽略开关器件的损耗，则根据基尔霍夫电压定理可以得到电压型双向变流器的时域数学模型如式（1）所示[4]。
式中：ed、eq为三相电网电动势矢量的d、q分量；vd、vq为双向变流器输出端基波电压矢量的d、q分量；id、iq为三相电流矢量的d、q分量。
2 双向变流器运行分析与控制
在三相平衡系统中，变流器的有功功率和无功功率在dq坐标下表示为：制信号。
3 控制器设计
3.1 前馈解耦
由式（3）可以看出，经过坐标变换参量虽都为直流量d、q轴电流仍然相互耦合，不仅受到控制电压Vd、Vq的控制。因此，采用前馈解耦控制策略[5]，并且电流调节器采用PI调节，则V d、Vq的控制方程变为：
4 仿真及分析
应用PSCAD，搭建整个整个系统的仿真模型，进行仿真。图5为系统具有快速的输出相应，在指令发生改变后大约0.2s就能很好的跟随，就有良好的动态稳定性。图6为直流侧电压波形图，直流侧电压在输出发生改变时，就有一定幅度的波动（-80—20伏），经过一段时间的波动，基本能稳定在700v。图7、图8为系统电压电流在9s时的局部放大图，在整个运行过程电压基本为正弦波没发生畸变，电流波形在输出发生改变时，经过几个周期的调整就能达到系统输出要求的电流值。
5 结论
在两相同步旋转坐标系数学模型上，建立双向变流器的模型，通过对系统功率方向的分析，得出电压调节器的输出控制d轴给定电流，经前馈解耦环节，d轴电流调节器的输出控制双向变流器输入端基波电流的d轴分量给定值，q轴电流给定为零。这样不仅可以实现单位功率因数运行，而且可以维持直流母线电压稳定。仿真实验验证了分析的正确性，以及控制策略的有效性。
参考文献
[1] 戴慧珠，陈默子，王伟胜，等。中国风电发展现状及有关技术服务[J].中国电力，2005，38（1）：80-84.
[2] VAS P.Sensor-less vector and direct torque control[M].England Oxford Press，1998
[3] 吴俊玲，吴畏，周双喜.超导体改善并网风电场稳定性的研究[J].电工电能新技术，2004，24（3）：59-63.
[4] 马奎安.超级电容器储能系统中双向DC/DC变换器设计[D].杭州：浙江大学电气工程学院，2010.
[5] 邓卫华，张波，丘东元，等.三相电压型PWM整流器状态反馈精确先行化解耦控制研究[J].中国电机工程学报，2004，32（6）：10-17
[6] Bin Zhang，Alex Q.Haung，Bin Chen.A govel IGBT gate driver to eliminate the dead-time effect[J].IEEE.2005，6：813-817
[7] 汪浩洋.基于DSPDE 5KVA变频电源研制[D].硕士学位论文，太原理工大学，2008
【关键词】储能电站；双向变流器；前馈解耦；两相旋转坐标系
新疆高技术支撑计划项目，编号：201132116
【中图分类号】TV743【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0390-02
0 引言
风电作为一种洁净能源，近些年在国家政策和相关组织的推动下得到迅速发展[1]。风电场一般处于偏远地区，此处电网架构比较薄弱，承受冲击能力较差，风电场的功率波动往往给系统带来不利影响，从而限制风电并网功率[2]。
储能电站具有快速的电能存储、释放能力，因此在风电系统中引入储能系统[3]，可以减少风电场输出波动的对电网的影响。
本文从储能系统功率调节的双向变流器的时域数学模型出发，在两相同步旋转坐标系数学模型上，建立双向变流器的模型，并对其进行前馈解耦，设计基于PI调节器的储能系统动态特性实时功率跟踪控制策略。最后通过数字仿真验证了所研究的实时功率控制策略的正确性和可行性。
1 储能电站的工作原理及其建模（见图1）
储能电站一般是由四部分组成的：储能装置，双向变流器，控制系统和变压器。当储能装置的直流电压稳定时，在正确的脉宽调制技术控制下，双向相变流器看做一个输出基波电压幅值和相位可调的三相电压源。
双向变流器建模
图2为电压型双向变流器的拓扑结构。图中ea、eb、ec分别为三相电网电动势，ia、ib、ic分别为双向变流器交流的三相电流，idc为直流侧母线电流，V dc为直流侧母线电压，Sk为三相桥臂的逻辑开关函数，其值为1是代表上桥臂导通、下桥臂关断。（见图2）
假设三相系统平衡并忽略开关器件的损耗，则根据基尔霍夫电压定理可以得到电压型双向变流器的时域数学模型如式（1）所示[4]。
式中：ed、eq为三相电网电动势矢量的d、q分量；vd、vq为双向变流器输出端基波电压矢量的d、q分量；id、iq为三相电流矢量的d、q分量。
2 双向变流器运行分析与控制
在三相平衡系统中，变流器的有功功率和无功功率在dq坐标下表示为：制信号。
3 控制器设计
3.1 前馈解耦
由式（3）可以看出，经过坐标变换参量虽都为直流量d、q轴电流仍然相互耦合，不仅受到控制电压Vd、Vq的控制。因此，采用前馈解耦控制策略[5]，并且电流调节器采用PI调节，则V d、Vq的控制方程变为：
4 仿真及分析
应用PSCAD，搭建整个整个系统的仿真模型，进行仿真。图5为系统具有快速的输出相应，在指令发生改变后大约0.2s就能很好的跟随，就有良好的动态稳定性。图6为直流侧电压波形图，直流侧电压在输出发生改变时，就有一定幅度的波动（-80—20伏），经过一段时间的波动，基本能稳定在700v。图7、图8为系统电压电流在9s时的局部放大图，在整个运行过程电压基本为正弦波没发生畸变，电流波形在输出发生改变时，经过几个周期的调整就能达到系统输出要求的电流值。
5 结论
在两相同步旋转坐标系数学模型上，建立双向变流器的模型，通过对系统功率方向的分析，得出电压调节器的输出控制d轴给定电流，经前馈解耦环节，d轴电流调节器的输出控制双向变流器输入端基波电流的d轴分量给定值，q轴电流给定为零。这样不仅可以实现单位功率因数运行，而且可以维持直流母线电压稳定。仿真实验验证了分析的正确性，以及控制策略的有效性。
参考文献
[1] 戴慧珠，陈默子，王伟胜，等。中国风电发展现状及有关技术服务[J].中国电力，2005，38（1）：80-84.
[2] VAS P.Sensor-less vector and direct torque control[M].England Oxford Press，1998
[3] 吴俊玲，吴畏，周双喜.超导体改善并网风电场稳定性的研究[J].电工电能新技术，2004，24（3）：59-63.
[4] 马奎安.超级电容器储能系统中双向DC/DC变换器设计[D].杭州：浙江大学电气工程学院，2010.
[5] 邓卫华，张波，丘东元，等.三相电压型PWM整流器状态反馈精确先行化解耦控制研究[J].中国电机工程学报，2004，32（6）：10-17
[6] Bin Zhang，Alex Q.Haung，Bin Chen.A govel IGBT gate driver to eliminate the dead-time effect[J].IEEE.2005，6：813-817
[7] 汪浩洋.基于DSPDE 5KVA变频电源研制[D].硕士学位论文，太原理工大学，2008