[发明专利]一种基于STATCOM-ESS的光伏低电压穿越装置及控制方法

权利要求书

1.一种基于STATCOM-ESS的光伏低电压穿越装置的控制方法，其特征在于：所述方法在基于STATCOM-ESS的光伏低电压穿越装置上进行：

光伏阵列(1)通过DC/AC光伏并网逆变器(2)向电网(3)供电，光伏低电压穿越装置加装在逆变器(2)交流侧并与负载相连接；

光伏低电压穿越装置包括静止同步补偿器STATCOM(5)和储能系统ESS(6)；静止同步补偿器STATCOM(5)由6个开关管Q构成的逆变器和直流侧电容C组成，通过电感L并联到电网；储能系统ESS(6)由DAB双向直流变换器(11)和超级电容SC组成，超级电容SC作为储能装置；

静止同步补偿器STATCOM和储能系统装置ESS之间通过DAB双向直流变换器(11)连接；DAB双向直流变换器的前级连接STATCOM直流侧电容C，电容C两端电压为V_dc，后级并联储能系统ESS的超级电容SC，超级电容端口电压为U_C，电流为I_C；

所述静止同步补偿器STATCOM的逆变器由6个开关管Q构成，静止同步补偿器STATCOM在其电网侧的电压及电流在abc坐标系下分布为U_abc和I_abc，电容C两端的电压为V_dc；

所述DAB双向直流变换器(11)主电路由左右两个桥式直流变换器和隔离变压器T构成隔离变压器T的变比为n：1，隔离变压器T的输入端设有电感L，L为漏感和外接电感之和；

所述DC/AC光伏并网逆变器由6个相同的开关管Q组成；逆变器直流侧接入光伏阵列，输入直流电压V_PV；交流侧通过电感L与电网的abc三相接连，电网交流电压为V_abc，电流为I_abc；

所述储能系统ESS采用超级电容SC作为储能装置，其超级电容由活性炭多孔电极和电解质组成双电层结构；超级电容包括一个正极(7)，一个负极(8)及这两个电极之间的隔膜(9)，电解液(10)填补由这两个电极和隔膜分离出来的两个电层；

所述DAB双向直流变换器主电路的左右两个桥式直流变换器，左侧桥式变换器的开关管为Q₁、Q₂、Q₃和Q₄，右侧桥式变换器的开关管为Q₅、Q₆、Q₇和Q₈，左侧的开关管Q₁、Q₄和Q₂、Q₃轮流导通，各导通180°电角，同一桥臂的开关管间有死区时间以防直通；右侧的开关管Q₅、Q₈和Q₆、Q₇的导通规律、开关频率和左侧相同；

利用静止同步补偿器STATCOM-ESS装置来实现光伏并网系统的低电压穿越，当电网侧电压发生电压暂降时，利用STATCOM进行无功补偿，迅速抬升并网点电压；如果光伏阵列的有功输入不改变，则利用ESS吸收多余的有功功率，平衡输入与消耗的功率，缓解逆变器输出电流的压力；待故障清除后，储能系统通过DAB双向直流变换器实现能量返送电网；

对DC/AC光伏并网逆变器的控制采用双环控制，对DAB双向直流变换器功率采用双重控制；

控制方法包括如下环节：

A、针对DC/AC光伏并网逆变器的控制：采取双环控制，即对电压外环和电流内环进行控制；

B、针对无功补偿单元静止同步补偿器STATCOM控制：控制的输入量为并网点三相电压U_abc、三相电流I_abc以及逆变器直流侧电容电压V_dc；经三相静止abc坐标系到两相同步旋转dq坐标的转换，通过比例积分调节器PI调节控制，得到有功指令电流I_{d_cmd}和无功指令电流I_{q_cmd}后，生成控制逆变器的脉冲宽度调制PWM波形；

C、针对DAB双向直流变换器功率流动的控制：采用双重移相控制来完成DAB双向直流变换器功率的流动；通过控制两个全桥变换器的驱动脉冲，在变压器的原边和副边产生具有相移的脉冲信号，从而改变移相比来调节功率的大小和方向；

D、针对DAB双有源桥双向直流变换器两端电压不匹配的时候的控制：引入优化控制器，采用改进的移相控制方法进行控制；优化控制器即是根据输入量U_C和I_C快速计算DAB双向直流变换器的传输功率以及两端电压之比，经过逻辑判断，最终得到优化的内移相比D₁；

改进的移相控制输入控制量为超级电容的电压U_C和电流I_C，U_ref为超级电容两端电压的参考值；得到的内移相比D₁、外移相比D₂送入PWM模块后生成控制DAB双向直流变换器的PWM波形。