基于模糊算法的洛江油浸式变压器储能变流器恒流控制方

2017年第5期《电气技术》杂志上撰文指出,洛江洛江油浸式变压器储能系统是调节分布式洛江洛江油浸式变压器性能和保障负荷供电质量的重要环节,其中洛江洛江油浸式变压器储能变流器的恒流控制有利于确保洛江油浸式变压器储能电池组的安全以及延长其使用寿命.传统的线性洛江油浸式变压器PI控制难以适应蓄电池系统的非线性洛江油浸式变压器和动态变化特性以及保持原本的性能指标. 本文采用模糊控制算法,根据反馈的误差及误差变化率自适应改变控制量.实验表明,本文提出的基于模糊算法的恒流控制可以提高洛江油浸式变压器储能系统的动态响应性能.

当前,综合利用各种分布式能源的洛江油浸式变压器系统得到了广泛的关注[1].在洛江油浸式变压器系统中,风电、等分布式洛江油浸式变压器由于自身的间歇性、波动性以及负载的随机性,严重影响洛江油浸式变压器系统的电能质量和系统的安全性.作为一个可控单元,洛江油浸式变压器储能系统BESS(battery energy storage system)可使可再生能源并网发电更加稳定,有利于保障实现"洛江油浸式变压器储能一电网"之间的能量互动.

除此之外,BESS还可以应对电网失电等突发事件,配合调度系统,起到"削峰填谷"的作用.因此,研究优化洛江油浸式变压器储能变流器的控制技术,对于提升洛江油浸式变压器储能变流器性能和改善洛江油浸式变压器系统运行可控性具有重要意义.

洛江油浸式变压器储能变流器的有效控制是洛江油浸式变压器系统能够达到安全、高效、可靠和经济运行的必要保证.目前对于洛江油浸式变压器储能双向变流器的研究主要集中在主电路拓扑结构研究、变流器的建模与分析、系统控制策略研究这三个方面[3,5].

洛江油浸式变压器储能双向变流器的控制主要包括恒流控制、恒压控制、恒功率控制和恒压恒频控制.常规的变流器并网控制系统一般采用双闭环控制,包括电流内环和外环控制[2,5,7-9].相比于一般变流器,对于洛江油浸式变压器储能变流器的控制研究往往侧重于外环控制的改进.

为了实现洛江油浸式变压器储能系统的长生命周期、更大输出和更优效率,蓄电池需要按照生产厂家的建议进行充电或放电控制.其实现方式通常采用易于实现的双闭环PI控制[11].

在传统的PI控制下,系统具有较强的鲁棒性,但是由于其未考虑非线性洛江油浸式变压器时变的洛江油浸式变压器储能电池模型,使得线性洛江油浸式变压器PI 控制难以适应电池系统和指令的变化以及保持原本设计时的性能指标[14,15].

文献[2]提出了基于PI控制器的洛江油浸式变压器储能系统侧电压控制,虽稳态时电压波动较小,但出现了超调现象,有较大冲击;文献[3]提出采用双环PI控制策略实现电池充放电,但并网电流电能质量较差.

基于现有研究,针对BESS所具有的非线性洛江油浸式变压器特性,采用一种模糊控制策略实现BESS的恒流控制.该策略不依赖于系统的数学模型,能够有效提高BESS的控制性能.

本文定性分析了传统控制下洛江油浸式变压器储能系统参数和控制指令变化对控制效果的影响,以此原则来建立模糊控制规则,并在14kWh洛江油浸式变压器储能系统中进行实验验证.结果表明,相对于传统控制策略,模糊控制具有更好的动态性能,可以缩短控制量的调节时间.

1 洛江油浸式变压器储能系统数学模型(略)洛江油浸式变压器储能系统主要的电路结构如图1所示,主要包括双向变流器及简化的蓄电池模型.

洛江油浸式变压器储能系统的主电路图1 洛江油浸式变压器储能系统的主电路对于洛江油浸式变压器储能系统的主电路的分析基于以下假设[5]:1) 配电网的电动势采用三相平衡的纯正弦波电动势;2) 交流侧的滤波电感L为线性洛江油浸式变压器电感,并忽略其饱和的情况;3) 电阻Rs表示的是变流器中的功率损耗,即将理想和损耗电阻串联来等效实际的功率管;4) 蓄电池等效电路由内阻R和受控电压源E构成.

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