蓄电池并网放电系统关键技术研究

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蓄电池放电试验是检测蓄电池容量、处理极板活性物质凝结以及防止蓄电池早期失效的一种必要手段,目前主要的放电方法有:电阻耗能式放电和并网放电。由于并网放电方式既能实现蓄电池的恒流放电,又能将释放出的电能“无污染”地回馈电网,因此得到了广泛应用。并网逆变器作为蓄电池并网放电系统与电网的接口,其控制性能直接影响放电系统输出的电能质量。为此本文以两级式三相并网放电系统的后级并网逆变器为研究对象,对其电流控制技术进行了从理论到实践、从仿真到实验的全面、系统深入的研究。数字控制以其诸多优点正逐步取代模拟控制,然而模拟控制方法在数字化实现时的控制效果却不如模拟控制,限制了并网逆变器控制性能的提高。为此,在建立三相电压型并网逆变器数学模型的基础上,定量分析采样环节、零阶保持环节和滞后一拍控制的依次加入对电流环稳定性和动态性能的影响。结果表明采样环节不影响电流环的稳定性;加入零阶保持环节使电流环产生相位滞后,导致电流环稳定性明显降低;加入滞后一拍控制虽能解决控制延时带来的逆变器最大占空比受限问题,却导致电流环特征方程阶数升高,加深了电流环的相位滞后,使其稳定性大幅降低。在相同控制参数情况下,只加入采样环节时电流环的动态性能最好,随着零阶保持环节和滞后一拍控制的加入,电流环阶跃响应的超调量和调整时间都增大,致使其动态性能变差。预测电流控制因其具有超前一拍控制特性,可用于消除离散化过程中控制延时造成的不利影响,但这种方法是一种基于被控对象精确数学模型的控制算法,对并网逆变器电感参数失配比较敏感。当传统预测电流控制算法的电流误差控制目标不同时,利用劳斯稳定判据确定闭环脉冲传递函数中电感参数失配度与线性预测系数之间的关系,揭示传统预测电流控制算法对电感参数失配比较敏感的原因。通过对电流误差控制目标的修改和对逆变器理想输出电压的线性预测,提出一种改进型预测电流控制算法,即使在电感参数发生较大变化时,仍能保持系统稳定,使输出电流跟随给定。通过仿真与实验对所提算法的有效性进行了验证。为了减小死区效应造成的不利影响,需要对死区效应进行有效补偿。在分析逆变器死区效应及其对输出电压影响的基础上,提出一种基于扰动观测器(Disturbance Observer,DOB)的死区效应补偿方法。该方法无需检测电流极性,把扰动观测器嵌入到两相同步旋转(dq)坐标系下的电流环中,将死区时间、开关管通断时间和通态压降等因素引起的死区电压误差视为系统扰动,利用扰动观测器对其进行在线估算,然后将估算值作为补偿信号反馈到输入端进行电压误差补偿。这种方法能够有效降低输出电流的低次谐波含量和总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion,THD),且对各种扰动的稳态误差小,明显改善了并网电流质量。同时,该方法可利用DSP实现在线补偿,增强了该方法的工程实用性和可靠性。针对三相电压型并网逆变器dq坐标系下存在电流耦合问题,提出一种基于扰动观测器的偏差解耦控制(Deviation Decoupling Control,DDC)方法。将系统参数变化和电流耦合引起的电压误差视为系统扰动,利用扰动观测器对其进行观测。借助扰动观测器的频率特性调整电流环的中低频段幅相频响应,即便系统参数有变化也能使电流环的输入输出关系表现为标称模型时的响应。该方法不仅有效实现了dq轴间的电流解耦,还对干扰起到抑制作用,在保证系统具有较强鲁棒性的同时,提高系统的动态性能。通过与传统解耦方法跟随性能、解耦能力和鲁棒性的仿真对比与实验分析,证明了所提方法能够获得较理想的动态解耦效果。
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