一種基于儲(chǔ)能裝置的發(fā)電機(jī)功率振蕩阻尼控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于儲(chǔ)能裝置的發(fā)電機(jī)功率振蕩阻尼控制器，包括兩個(gè)微處理器MCU1和MCU2，微處理器MCU1用于執(zhí)行輸入狀態(tài)采集，微處理器MCU2用于阻尼控制，包括根據(jù)微處理器MCU1采集所得發(fā)電機(jī)的輸出功率，微處理器MCU2得到儲(chǔ)能裝置功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定有功調(diào)節(jié)信號(hào)并輸出。該控制器利用非線性比例-積分-微分控制器產(chǎn)生用于抑制發(fā)電機(jī)功率振蕩的功率調(diào)節(jié)指令，控制策略具有控制策略實(shí)現(xiàn)簡單，控制器魯棒特性好等特點(diǎn)；通過雙CPU的協(xié)同工作配合，有效提高了控制器的實(shí)時(shí)性，大大縮小復(fù)雜控制算法的執(zhí)行周期；還可以通過修改控制策略實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置在電力系統(tǒng)的其它應(yīng)用，具有結(jié)構(gòu)簡單，工程上易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。
【專利說明】—種基于儲(chǔ)能裝置的發(fā)電機(jī)功率振蕩阻尼控制器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)功率振蕩阻尼控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種利用儲(chǔ)能裝置的動(dòng)態(tài)不平衡功率補(bǔ)償，為電力系統(tǒng)提供振蕩阻尼，以抑制發(fā)電機(jī)功率振蕩的控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)的形勢下，長距離、重負(fù)荷的輸電線或地區(qū)電網(wǎng)之間聯(lián)絡(luò)線上發(fā)生低頻功率振蕩的可能性將會(huì)大大增加。電力系統(tǒng)發(fā)生低頻功率振蕩時(shí)，發(fā)電機(jī)的功率和功角會(huì)以0.2~2.5Hz的頻率進(jìn)行長時(shí)間持續(xù)振蕩，并且由于參與振蕩的機(jī)組轉(zhuǎn)子會(huì)進(jìn)行相對(duì)擺動(dòng)，輸電線路功率來回傳輸，特別當(dāng)振蕩較嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)使系統(tǒng)不能維持同步運(yùn)行，發(fā)生振蕩失步，因此它的出現(xiàn)會(huì)嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。如何提高發(fā)電機(jī)的阻尼，使其在系統(tǒng)擾動(dòng)后，能夠快速恢復(fù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，是提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定特性的一個(gè)重要途徑。儲(chǔ)能裝置由于能夠快速與電力系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)有功功率交換，改變系統(tǒng)的電氣阻尼，在電力系統(tǒng)中表現(xiàn)出可控變阻尼特性，因此用它來解決功率振蕩問題將是一種有效的措施。同目前廣泛應(yīng)用的PSS (電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)相比，儲(chǔ)能裝置具有裝設(shè)地點(diǎn)不受限制，對(duì)于發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并且易于解決多模振蕩的抑制問題。與其它柔性交流輸電裝置，如TCSC(可控串補(bǔ))、STATC0M(靜止無功補(bǔ)償)等比較，儲(chǔ)能裝置具有不影響系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，對(duì)節(jié)點(diǎn)負(fù)載的工作干擾小等特點(diǎn)。
[0003]實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置在電力系統(tǒng)應(yīng)用的控制一般具有外環(huán)控制和內(nèi)環(huán)控制兩個(gè)層次，其中外環(huán)控制器是儲(chǔ)能裝置的主控制器，用于根據(jù)系統(tǒng)的需求，向儲(chǔ)能裝置的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)控制器提供所 需要的有功和無功功率調(diào)節(jié)指令值，而內(nèi)環(huán)控制器則通過對(duì)功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的變流器開關(guān)元件進(jìn)行相應(yīng)觸發(fā)控制，按照外環(huán)控制的要求，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行有功和無功功率的四象限獨(dú)立調(diào)節(jié)。因此，儲(chǔ)能裝置雖然具備多種電力系統(tǒng)應(yīng)用，但它的正常工作和有效利用是需要相應(yīng)的外環(huán)控制器來保證的。
[0004]隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，以及近代數(shù)學(xué)的發(fā)展，控制理論也經(jīng)歷了從古典控制理論到現(xiàn)代控制理論的發(fā)展過程，并不斷推陳出新，從而為滿足在越來越復(fù)雜的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)越來越高控制目標(biāo)的需要提供了有力的保證。近年來，已先后有多種基于經(jīng)典控制理論或現(xiàn)代控制理論的方法用于儲(chǔ)能裝置外環(huán)控制器的設(shè)計(jì)，而且由于儲(chǔ)能裝置控制器是針對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)被控對(duì)象的控制目標(biāo)而設(shè)計(jì)的，因此對(duì)于儲(chǔ)能裝置在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，其控制器的研究主要是圍繞改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性和提高電壓穩(wěn)定性兩個(gè)方面展開。但目前尚未出現(xiàn)具有實(shí)用意義的技術(shù)方案。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是從改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性和提高電壓穩(wěn)定性這兩個(gè)角度出發(fā)，提供一種基于儲(chǔ)能裝置的發(fā)電機(jī)功率振蕩阻尼控制器。
[0006]本發(fā)明技術(shù)方案提供一種基于儲(chǔ)能裝置的發(fā)電機(jī)功率振蕩阻尼控制器，包括兩個(gè)微處理器MCUl和MCU2，[0007]微處理器MCUl用于執(zhí)行輸入狀態(tài)采集，
[0008]微處理器MCU2用于阻尼控制，包括根據(jù)微處理器MCUl采集所得發(fā)電機(jī)的輸出功率Pe，微處理器MCU2得到儲(chǔ)能裝置功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定有功調(diào)節(jié)信號(hào)Pref并輸出。
[0009]而且，設(shè)置有存儲(chǔ)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)通信器、異步串行通信器，微處理器MCUl和MCU2、存儲(chǔ)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)通信器、異步串行通信器分別通過總線連接，異步串行通信器和儲(chǔ)能裝置的的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣發(fā)電機(jī)機(jī)端的輸入狀態(tài)。
[0010]而且，通過異步串行通信器，向儲(chǔ)能裝置功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送四種工作模式調(diào)整命令，包括儲(chǔ)能模式命令、功率跟蹤模式命令、非功率跟蹤模式命令和釋能命令，相應(yīng)處理如下，
[0011]當(dāng)儲(chǔ)能裝置上電或復(fù)位時(shí)，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作于默認(rèn)的功率跟蹤模式；
[0012]當(dāng)通過異步串行通信器向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出儲(chǔ)能模式命令后，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)隨即切換至儲(chǔ)能控制方式，通過調(diào)節(jié)最終使儲(chǔ)能裝置按設(shè)定值儲(chǔ)能；
[0013]當(dāng)通過異步串行通信器向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出功率跟蹤工作模式命令后，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)隨即轉(zhuǎn)入功率跟蹤控制模式；并按周期根據(jù)采集所得發(fā)電機(jī)的輸出功率Pe執(zhí)行阻尼控制以確定儲(chǔ)能裝置交換功率的參考值，此時(shí)參考值為給定有功調(diào)節(jié)信號(hào)PMf，然后將此參考值通過異步串行通信器發(fā)送給功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)；
[0014]當(dāng)準(zhǔn)備發(fā)出非功率跟蹤工作模式命令時(shí)，先向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送有功調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)等于零的功率參考值，接著再向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送非功率跟蹤工作模式命令，使功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)返回到上電或復(fù)位初始工作狀態(tài)，同時(shí)不再向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出交換功率的參考值；
[0015]當(dāng)準(zhǔn)備發(fā)出釋能命令時(shí)，先向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送有功調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)等于零的功率參考值，接著再向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送釋能命令，對(duì)儲(chǔ)能裝置的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)執(zhí)行釋能工作模式的運(yùn)行控制。
[0016]而且，
[0017]微處理器MCUl控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器以預(yù)設(shè)采樣周期進(jìn)行發(fā)電機(jī)機(jī)端的輸入狀態(tài)采集，包括每進(jìn)行16次采樣后，利用自身的10_pin控制引腳向微處理器MCU2的INTO引腳發(fā)出外部中斷使能信號(hào)，然后利用各相電壓和電流信號(hào)的最近N個(gè)采樣值，按式(4)-式(8)獲取發(fā)電機(jī)輸出有功功率的實(shí)際值Pe，然后存入DPRAM相應(yīng)單元，并利用計(jì)算實(shí)際值Pe后的剩余時(shí)間進(jìn)行一次DM9000a的存儲(chǔ)器掃描，以檢查是否存在來自上位機(jī)對(duì)儲(chǔ)能裝置的工作模式調(diào)整命令，若存在工作模式調(diào)整命令，則將該模式控制命令存入DPRAM單元，否則繼續(xù)進(jìn)行輸入狀態(tài)采集；
[0018]微處理器MCU2經(jīng)INTO引腳收到外部中斷使能信號(hào)時(shí)，首先檢查INTl引腳是否接到來自儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)能元件工作異常中斷觸發(fā)信號(hào)，若是則立刻對(duì)儲(chǔ)能裝置的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)執(zhí)行釋能命令相應(yīng)處理，若否則通過DPRAM實(shí)時(shí)獲取微處理器MCUl存入的發(fā)電機(jī)5ms前發(fā)電機(jī)輸出有功功率的實(shí)際值Pe，然后根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)值M進(jìn)行處理，
[0019]若當(dāng)前INTO外部中斷次數(shù)累積沒有達(dá)到預(yù)設(shè)的M次時(shí)，則接著檢查DPRAM中是否存在工作模式調(diào)整命令，若存在，則從DPRAM中讀取得到更新的工作模式調(diào)整命令，返回等待下一個(gè)INTO外部中斷到來；
[0020]若當(dāng)前INTO外部中斷次數(shù)累積達(dá)到M次時(shí)，則根據(jù)5ms前發(fā)電機(jī)輸出有功功率的實(shí)際值Pe獲取儲(chǔ)能裝置功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定有功調(diào)節(jié)信號(hào)Pm，然后判斷是否處于功率跟蹤模式，
[0021]當(dāng)INTO外部中斷次數(shù)累積達(dá)到M次且處于功率跟蹤模式時(shí)，則將當(dāng)前所得PMf傳送給功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，然后檢查DPRAM中是否存在工作模式調(diào)整命令，若存在，則從DPRAM中讀取得到更新的工作模式調(diào)整命令，然后返回等待下一個(gè)INTO外部中斷到來；
[0022]當(dāng)INTO外部中斷次數(shù)累積達(dá)到M次且不處于功率跟蹤模式時(shí)，則忽略當(dāng)前所得Pref并進(jìn)行相應(yīng)處理，返回等待下一個(gè)INTO外部中斷到來。
[0023]而且，微處理器MCU2采用式(I)所述控制方程實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)功率振蕩的阻尼控制，
【權(quán)利要求】
1.一種基于儲(chǔ)能裝置的發(fā)電機(jī)功率振蕩阻尼控制器，其特征在于:包括兩個(gè)微處理器MCUl 和 MCU2， 微處理器MCUl用于執(zhí)行輸入狀態(tài)米集， 微處理器MCU2用于阻尼控制，包括根據(jù)微處理器MCUl采集所得發(fā)電機(jī)的輸出功率Pe，微處理器MCU2得到儲(chǔ)能裝置功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定有功調(diào)節(jié)信號(hào)Pref并輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于儲(chǔ)能裝置的發(fā)電機(jī)功率振蕩阻尼控制器，其特征在于:設(shè)置有存儲(chǔ)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)通信器、異步串行通信器，微處理器MCUl和MCU2、存儲(chǔ)器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)通信器、異步串行通信器分別通過總線連接，異步串行通信器和儲(chǔ)能裝置的的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣發(fā)電機(jī)機(jī)端的輸入狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于儲(chǔ)能裝置的發(fā)電機(jī)功率振蕩阻尼控制器，其特征在于:通過異步串行通信器，向儲(chǔ)能裝置功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送四種工作模式調(diào)整命令，包括儲(chǔ)能模式命令、功率跟蹤模式命令、非功率跟蹤模式命令和釋能命令，相應(yīng)處理如下， 當(dāng)儲(chǔ)能裝置上電或復(fù)位時(shí)，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作于默認(rèn)的功率跟蹤模式； 當(dāng)通過異步串行通信器向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出儲(chǔ)能模式命令后，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)隨即切換至儲(chǔ)能控制方式，通過調(diào)節(jié)最終使儲(chǔ)能裝置按設(shè)定值儲(chǔ)能； 當(dāng)通過異步串行通信器向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)出功率跟蹤工作模式命令后，功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)隨即轉(zhuǎn)入功率跟蹤控制模式；并按周期根據(jù)采集所得發(fā)電機(jī)的輸出功率Pe執(zhí)行阻尼控制以確定儲(chǔ)能裝置交換功 率的參考值，此時(shí)參考值為給定有功調(diào)節(jié)信號(hào)PMf，然后將此參考值通過異步串行通信器發(fā)送給功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)； 當(dāng)準(zhǔn)備發(fā)出非功率跟蹤工作模式命令時(shí)，先向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送有功調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)等于零的功率參考值，接著再向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送非功率跟蹤工作模式命令，使功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)返回到上電或復(fù)位初始工作狀態(tài)，同時(shí)不再向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出交換功率的參考值； 當(dāng)準(zhǔn)備發(fā)出釋能命令時(shí)，先向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送有功調(diào)節(jié)和無功調(diào)節(jié)等于零的功率參考值，接著再向功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)送釋能命令，對(duì)儲(chǔ)能裝置的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)執(zhí)行釋能工作模式的運(yùn)行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于儲(chǔ)能裝置的發(fā)電機(jī)功率振蕩阻尼控制器，其特征在于: 微處理器MCUl控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器以預(yù)設(shè)采樣周期進(jìn)行發(fā)電機(jī)機(jī)端的輸入狀態(tài)采集，包括每進(jìn)行16次采樣后，利用自身的1_pin控制引腳向微處理器MCU2的INTO引腳發(fā)出外部中斷使能信號(hào)，然后利用各相電壓和電流信號(hào)的最近N個(gè)采樣值，按式(4)-式(8)獲取發(fā)電機(jī)輸出有功功率的實(shí)際值Pe，然后存入DPRAM相應(yīng)單元，并利用計(jì)算實(shí)際值Pe后的剩余時(shí)間進(jìn)行一次DM9000a的存儲(chǔ)器掃描，以檢查是否存在來自上位機(jī)對(duì)儲(chǔ)能裝置的工作模式調(diào)整命令，若存在工作模式調(diào)整命令，則將該模式控制命令存入DPRAM單元，否則繼續(xù)進(jìn)行輸入狀態(tài)采集； 微處理器MCU2經(jīng)INTO引腳收到外部中斷使能信號(hào)時(shí)，首先檢查INTl引腳是否接到來自儲(chǔ)能裝置的儲(chǔ)能元件工作異常中斷觸發(fā)信號(hào)，若是則立刻對(duì)儲(chǔ)能裝置的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)執(zhí)行釋能命令相應(yīng)處理，若否則通過DPRAM實(shí)時(shí)獲取微處理器MCUl存入的發(fā)電機(jī)5ms前發(fā)電機(jī)輸出有功功率的實(shí)際值Pe，然后根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)值M進(jìn)行處理， 若當(dāng)前INTO外部中斷次數(shù)累積沒有達(dá)到預(yù)設(shè)的M次時(shí)，則接著檢查DPRAM中是否存在工作模式調(diào)整命令，若存在，則從DPRAM中讀取得到更新的工作模式調(diào)整命令，返回等待下一個(gè)INTO外部中斷到來； 若當(dāng)前INTO外部中斷次數(shù)累積達(dá)到M次時(shí)，則根據(jù)5ms前發(fā)電機(jī)輸出有功功率的實(shí)際值Pe獲取儲(chǔ)能裝置功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的給定有功調(diào)節(jié)信號(hào)PMf，然后判斷是否處于功率跟蹤模式， 當(dāng)INTO外部中斷次數(shù)累積達(dá)到M次且處于功率跟蹤模式時(shí)，則將當(dāng)前所得PMf傳送給功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，然后檢查DPRAM中是否存在工作模式調(diào)整命令，若存在，則從DPRAM中讀取得到更新的工作模式調(diào)整命令，然后返回等待下一個(gè)INTO外部中斷到來； 當(dāng)INTO外部中斷次數(shù)累積達(dá)到M次且不處于功率跟蹤模式時(shí)，則忽略當(dāng)前所得PMf并進(jìn)行相應(yīng)處理，返回等待下一個(gè)INTO外部中斷到來。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述基于儲(chǔ)能裝置的發(fā)電機(jī)功率振蕩阻尼控制器，其特征在于:微處理器MCU2采用式(I)所述控制方程實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)功率振蕩的阻尼控制，
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述基于儲(chǔ)能裝置的發(fā)電機(jī)功率振蕩阻尼控制器，其特征在于:微處理器MCUl按式(4)-式(8)，計(jì)算各相機(jī)端電壓和電流信號(hào)的有效值Uph、Iph，以及各相有功功率Pph，進(jìn)而求出發(fā)電機(jī)輸出有功功率的實(shí)際值Pe =Σ Pph,
【文檔編號(hào)】H02J3/24GK104037789SQ201410288602
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】宋萌, 彭曉濤, 王達(dá)達(dá), 胡南南, 周勇, 周歧林, 張彬, 谷志華 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)