本发明属于储能逆变器领域，具体是涉及到储能逆变器的控制装置及其控制方法。
背景技术：
近年来，在很多厂矿企业中，由于各种电力设备的使用，造成了电网出现了功率因数低、谐波含量大及负载不平衡等问题。因此，电力部门要求厂矿企业添置有源滤波器(apf)等装置来进行无功补偿、谐波治理及三相不平衡补偿。
并且，由于厂矿企业的特殊性，其电力设备的使用造成了电网出现了功率因数低、谐波含量大及负载不平衡等问题并不是一直存在的，而是间歇性的。这样，有源滤波器的治理工作也是间歇性的，这样造成有源滤波器的综合使用率并不高。
有源滤波器实质上是一个逆变器，如市场上应用最广的100kvar有源滤波器其硬件拓扑通常采用三相三电平逆变器。而储能逆变器即可以将交流电转换为直流电，也可以将直流电转换为交流电，即可以实现削峰填谷的功能。
目前，电力部门采用了分时梯度的电价方案，并且分时电价相差较大，如我国某地峰电单价为0.5583元/度，谷电是0.3583元/度。另外，储能电池的价格越来越低，使得在电费低时将交流电转换为直流电储存在电池中，电费高时将电池中的直流电逆变为交流电回馈到电网中变得有利可图。
鉴于上面所述，将储能逆变器和有源滤波器结合起来，是很有价值的。并且，通常厂矿企业通常有很大的空间，可以用来安置由储能逆变器和储能电池组成的储能电站。
技术实现要素：
本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种新型储能逆变器控制装置及控制方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种新型储能逆变器控制装置，所述控制装置由检测组件、决策和计算组件、通讯和ui组件和发波驱动组件组成；
所述检测组件检测三相负载电流iload、交流电网的三相电网电压us、逆变器的三相电流is和正负母线电压之和vbus信息，并传递给决策和计算组件；
所述通讯和ui组件获取实时电价信息和储能电池电量信息传递给决策和计算组件；决策和计算组件将储能逆变器的工作模式配置为整流模式或者逆变模式；
所述决策和计算组件发出pwm波经过发波驱动组件进行放大驱动储能逆变器工作，实现功率变换。所述决策和计算组件具体包括：锁相环角度计算模块、负载电流无功分量及谐波分量提取模块、中点平衡计算模块、电流环参考计算模块、电流环计算模块、逆变器发波控制模块；
所述锁相环角度计算模块根据三相电网电压us通过abc/dq坐标变换转换为旋转坐标系，然后采用锁相环的方法得到三相电网电压的瞬时角度值；
所述负载电流无功分量及谐波分量提取模块将三相负载电流iload利用锁相环获得的三相电网电压瞬时角度通过坐标变换转换为旋转坐标系，并提取出三相负载电流的无功分量及谐波分量，得到用于抵消负载电流无功分量及谐波分量的电流参考，记为电流参考1(iref1)；
所述中点平衡计算模块是根据正负母线电压的偏差，经过pi调节，得到零序电流参考，记为电流参考0(iref0)；
所述电流环参考计算模块用于将电流参考0(iref0)、电流参考1(iref1)以及储能逆变器用于削峰填谷的电流参考2(iref2)叠加在一起；所述电流环计算模块将电流环参考计算模块的结果与逆变器的三相电流is相比较，输入到pi控制器，输出结果为电压信号，与三相电压us的前馈分量相叠加，再除以实时正负母线电压之和vbus；最终结果转换为储能逆变器的pwm信号；
所述逆变器发波控制模块将电流环计算的pwm波信号发出，然后经过控制电路的发波驱动组件进行放大驱动储能逆变器。
进一步地，所述储能逆变器的电路中包括三相三电平逆变器及双向dc/dc模块，均与控制装置相连接，实现削峰填谷、无功补偿、谐波治理及三相不平衡补偿的功能。
进一步地，所述决策和计算组件还包括双向dc/dc环路计算模块和双向dc/dc的发波控制模块，所述双向dc/dc的发波控制模块发出pwm波来驱动双向dc/dc开关器件实现能量双向流动；所述双向dc/dc环路计算模块根据能量的流动方向分别实现存储储能逆变器整流的能量及为储能逆变器逆变提供能量。
进一步地，储能逆变器实现的削峰填谷、无功补偿、谐波治理及三相不平衡补偿的功能，用户可以根据需求调整电流参考1(iref1)和电流参考2(iref2)的值，实现几种功能的自由组合。
一种新型储能逆变器控制装置的控制方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
(1)将检测组件检测的数据以及通讯和ui组件获取的相关数据传递至决策和计算组件；决策和计算组件将储能逆变器的工作模式配置为整流模式或者逆变模式；
(2)通过决策和计算组件中锁相环角度计算模块根据三相电网电压us通过abc/dq坐标变换转换为旋转坐标系，然后采用锁相环的方法得到三相电网电压的瞬时角度值；
(3)通过决策和计算组件中负载电流无功分量及谐波分量提取模块将三相负载电流iload利用锁相环获得的三相电网电压瞬时角度通过坐标变换转换为旋转坐标系，并提取出三相负载电流的无功分量及谐波分量，得到用于抵消负载电流无功分量及谐波分量的电流参考，记为电流参考1(iref1)；
(4)通过决策和计算组件中的中点平衡计算模块，根据正负母线电压的偏差，经过pi调节，得到零序电流参考，记为电流参考0(iref0)；
(5)通过决策和计算组件中的电流环参考计算模块将电流参考0(iref0)、电流参考1(iref1)以及储能逆变器用于削峰填谷的电流参考2(iref2)叠加；结果输入到电流环计算模块；
(6)决策和计算组件中的电流环计算模块将电流环参考计算模块的结果与逆变器的三相电流is相比较，输入到pi控制器，输出与三相电压us的前馈分量相叠加，再除以实时正负母线电压之和vbus；最终结果转换为储能逆变器的pwm信号；输入到逆变器发波控制模块；
(7)决策和计算组件中的逆变器发波控制模块将pwm波信号发出，经过控制电路的发波驱动组件进行放大驱动储能逆变器。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种新型的控制装置和控制算法，使得储能逆变器能够实现电网的削峰填谷和通过无功补偿、谐波治理和三相不平衡补偿来达到提高电网电能质量的功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的新型光伏储能装置结构图；
图2为本发明中的控制装置结构图；
图3为本发明中储能逆变器环路控制方法结构图；
图4为本发明实施例一中用于储能部分电流环参考结构图；
图5为本发明实施例一中双向dc-dc用于充电功能的环路结构图。
图6为本发明实施例二中双向dc-dc用于放电功能的环路结构图。
图7为本发明实施例三中储能逆变器功能组合及优先级流程图。
具体实施方式
本发明就是提供一种新型储能逆变器控制装置及其控制方法，将储能逆变器的削峰填谷功能和有源滤波器无功补偿、谐波治理功能结合起来，使其产生最大的价值。
本发明的功率部分硬件为三相三电平逆变器、双向dc/dc变换器和储能电池三部分，如图1所示。但是，上述所选电路只是本发明的典型电路。如逆变器可以为两电平逆变器或者多电平逆变器，或者其它可以实现交流——直流双向变换的拓扑；储能模块也可以为超级电容或者飞轮储能模块等；双向dc/dc变换器的作用是使储能逆变器获得稳定的直流母线电压，并实现储能电池的充放电，它可以为升压电路、降压电路或者升降压电路，甚至根据实际情况还可以去掉，即逆变器的输出直接与电池相连接。
为达到上述目的，本发明的控制装置按其功能可以分为检测组件、决策和计算组件、通讯和ui组件以及发波驱动组件，如图2所示。
检测组件检测三相本地负载的负载电流iload、交流电网的三相电压us、逆变器的三相电流is、正负母线电压之和vbus、电池电流ibat、电池电压vbat等信息，并送给决策和计算组件。
决策和计算组件优选的核心芯片为dsp(数字信号处理器)，但也可以是arm或者fpga等微处理器。
通讯和ui组件的功能是获取实时电价信息，并对储能逆变器的工作模式进行配置，即储能逆变器是工作在整流模式还是逆变模式，然后将相关数据传递给决策和计算组件(或者决策和计算组件根据获取的实时电价信息和电池电量等信息，然后自动配置储能逆变器的工作模式)；同时决策和计算组件将相关信息在上位机上显示。
决策和计算组件发出pwm波经过发波驱动组件进行放大可以驱动三相三电平逆变器和双向dc/dc变换器的工作，实现功率变换的功能。
决策和计算组件包括：锁相环角度计算模块、负载电流无功分量及谐波分量提取模块、中点平衡计算模块、电流环参考计算模块、电流环计算模块、逆变器发波控制模块、双向dc/dc环路计算模块、双向dc/dc发波控制模块，如图3所示。
锁相环角度计算模块根据三相电网电压us通过abc/dq坐标变换转换为旋转坐标系，然后采用锁相环的方法得到三相电网电压的瞬时角度值。
负载电流无功分量及谐波分量提取模块将三相负载电流iload利用锁相环获得的三相电网电压的瞬时角度通过坐标变换转换为旋转坐标系，进而将负载电流的基波有功分量、无功分量和谐波分量分离开来，并提取出负载电流的无功分量及谐波分量。
中点平衡计算模块是根据正负bus的偏差，经过pi调节，得到零序电流，叠加在电流环的参考上。
电流环参考计算模块由三部分组成，即由中点平衡计算模块得到的零序电流参考(电流参考0iref0)、由负载电流的无功分量及谐波分量提取出用来抵消负载电流无功分量及谐波分量的电流参考(电流参考1iref1)以及储能逆变器用于削峰填谷的电流参考(电流参考2iref2)组成。其中电流参考0iref0相比电流参考1iref1和电流参考2iref2非常小，在实际应用中，在实现无功补偿、谐波治理和三相不平衡补偿功能时可以忽略不计。
在电流环计算模块中，电流环参考计算模块的结果与逆变器的三相电流is相比较，经过一个pi控制器，pi控制器输出结果为电压信号；该电压信号与三相电压us的前馈分量相叠加；其叠加和除以实时正负母线电压之和vbus；最终结果转换为储能逆变器的pwm信号。
逆变器发波控制模块将上面电流环计算的pwm波信号通过dsp相应引脚发出，然后经过控制电路的发波驱动分组件进行放大用来驱动储能逆变器。本发明根据能量的流动方向可以分为能量存储和能量释放两种方式。双向dc/dc环路计算模块根据能量的流动方向分别实现存储储能逆变器整流后的能量及为储能逆变器逆变提供能量的算法。双向dc/dc的发波控制模块发出pwm波来驱动双向dc/dc开关器件实现能量双向流动的功能。
本发明还提供一种新型储能逆变器控制装置的控制方法，该方法具体步骤如下：
(1)将检测组件检测的数据以及通讯和ui组件获取的相关数据传递至决策和计算组件；决策和计算组件将储能逆变器的工作模式配置为整流模式或者逆变模式；
(2)通过决策和计算组件中锁相环角度计算模块根据三相电网电压us通过abc/dq坐标变换转换为旋转坐标系，然后采用锁相环的方法得到三相电网电压的瞬时角度值；
(3)通过决策和计算组件中负载电流无功分量及谐波分量提取模块将三相负载电流iload利用锁相环获得的三相电网电压瞬时角度通过坐标变换转换为旋转坐标系，并提取出三相负载电流的无功分量及谐波分量，得到用于抵消负载电流无功分量及谐波分量的电流参考，记为电流参考1(iref1)；
(4)通过决策和计算组件中的中点平衡计算模块，根据正负母线电压的偏差，经过pi调节，得到零序电流参考，记为电流参考0(iref0)；
(5)通过决策和计算组件中的电流环参考计算模块将电流参考0(iref0)、电流参考1(iref1)以及储能逆变器用于削峰填谷的电流参考2(iref2)叠加；结果输入到电流环计算模块；
(6)决策和计算组件中的电流环计算模块将电流环参考计算模块的结果与逆变器的三相电流is相比较，输入到pi控制器，输出与三相电压us的前馈分量相叠加，再除以实时正负母线电压之和vbus；最终结果转换为储能逆变器的pwm信号；输入到逆变器发波控制模块；
(7)决策和计算组件中的逆变器发波控制模块将pwm波信号发出，经过控制电路的发波驱动组件进行放大驱动储能逆变器。
下面以三个实施例进一步阐述一下本发明的内容。
实施例一
假定电网电价处于低价格区间，并且蓄电池上的电量处于较低的状态时，储能逆变器处于整流的状态，会将电网的交流电转化为直流电存储在储能电池中，同时还实现有源滤波器的功能。储能逆变器控制算法中实现整流功能的电流参考为上面所述的电流参考2(iref2)；储能逆变器控制算法中实现有源滤波器功能的电流参考为上面所述的电流参考1(iref1)，如图3所示。
其中，电流参考2(iref2)通过控制算法中的逆变器电压环计算模块得到，如图4所示。在电压环计算模块中，储能逆变器bus电压参考(vref)减去正负bus电压之和vbus，误差值经过一个pi控制器，结果即为电流参考2(iref2)。逆变器电压环的输出会被限幅，限幅由逆变器的额定功率以及逆变器已经被作为有源滤波器消耗掉的负荷决定。通常，限幅值为储能逆变器最大额定电流(ilimit)和电流参考1(iref1)的向量差。
在本实施例中，双向dc-dc为电流源，其作用是给储能电池充电，如图5所示。双向dc-dc的环路结构为双环结构，外环为功率环，内环为电流环。
外环的参考为上面所述的电流参考2(iref2)与三相交流电压us通过计算获得的功率参考1(pref1)，功率参考1(pref1)与双向dc-dc的输出功率相比较求差，误差经过一个pi比较器，结果为双向dc-dc内环电流环参考1(idcref1)。双向dc-dc的输出功率由储能电池的充电电流ibat和电池电压vbat乘积得到。
电流环参考1(idcref1)与根据储能电池温度计算获得的电流环参考2(idcref2)相比较取小作为电流环的最终参考。电流环的最终参考与储能电池的充电电流ibat相比较求得误差，经过一个pi调节器后，输出pwm波来驱动双向dc-dc的相应开关管的动作，最终实现双向dc-dc为储能电池充电的功能。
实施例二
假定电网电价处于高价格区间，并且储能电池上的电量已经处于较满的状态时，这时储能逆变器工作在逆变模式，将储能电池里面存储的直流电转换为交流电回馈到电网，同时储能逆变器还实现有源滤波器的功能。储能逆变器控制算法中实现逆变功能的电流参考为上面所述的电流参考2(iref2)；储能逆变器控制算法中实现有源滤波器功能的电流参考为上面所述的电流参考1(iref1)。实施例二中，由于储能逆变器在削峰填谷中实现的功能与实施例一不同，故图3中电流参考2(iref2)的方向与实施例一中相反。
本实施例中，电流参考2(iref2)为逆变器最大额定电流(ilimit)和电流参考1(iref1)的向量差以及双向dc-dc的输出功率转换成的对应逆变器最大输出电流值比较取小得到。
在本实施例中，双向dc-dc为电压源，其功能是为储能逆变器提供一个稳定的直流电压源。双向dc-dc为双环结构，一个为电压环，另一个为电流环，两个环路结构为并联结构，如图6所示。
电压环的参考为逆变器bus设定电压vref，反馈为逆变器的正负bus电压之和vbus，两者的误差经过一个pi调节器，结果为双向dc-dc的控制量1(icontrol1)。
电流环的参考由双向dc-dc的额定功率及储能电池允许的放电电流决定，两者比较取小作为双向dc-dc电流环的参考idcref。电流环的反馈为检测到的电池放电电流ibat，电流环参考idcref与反馈ibat求得误差，然后经过一个pi调节器，结果为双向dc-dc的控制量2(icontrol2)。
双向dc-dc的控制量1(icontrol1)和双向dc-dc的控制量2(icontrol2)比较取小，其结果转换为pwm信号，来驱动双向dc-dc的开关管，从而实现双向dc-dc为储能逆变器提供稳定的直流电压源的功能。
实施例三
储能逆变器的削峰填谷、无功补偿、谐波治理及三相不平衡补偿的功能可以自由组合，不仅局限于实施例一和实施例二所示。
如用户只需要储能逆变器具有削峰填谷的功能，那么实施例一和实施例二中的电流参考1(iref1)即为零；如用户只需要储能逆变器具有无功补偿、谐波治理及三相不平衡补偿的功能，那么实施例一和实施例二中的电流参考2(iref2)即为零。
假如用户对于储能逆变器的有源滤波器功能只需要实现谐波治理，而不需要实现无功补偿和三相不平衡补偿的功能，那么电流参考1(iref1)只需通过提取负载电流的谐波分量来得到，无需提取负载电流的无功分量和不平衡分量。
另外，用户可以配置储能逆变器工作的优先级。
如用户配置储能逆变器有源滤波器功能的优先级比削峰填谷功能的优先级要高(这种方式为储能逆变器的默认方式，实施例一和实施例二均为这种方式)。那么当储能逆变器控制算法中实现有源滤波器功能的电流参考1(iref1)和削峰填谷功能的电流参考2(iref2)向量和已经超过储能逆变器的最大额定电流(ilimit)时，实际用于削峰填谷功能的电流参考2(iref2)为最大额定电流(ilimit)与有源滤波器功能的电流参考1(iref1)向量差。当有源滤波器功能的电流参考1(iref1)大于等于储能逆变器的最大额定电流(ilimit)，储能逆变器只具有有源滤波器的功能。
如用户配置储能逆变器削峰填谷功能的优先级比有源滤波器功能的优先级要高。那么当储能逆变器控制算法中实现有源滤波器功能的电流参考1(iref1)和削峰填谷功能的电流参考2(iref2)向量和已经超过储能逆变器的最大额定电流(ilimit)时，实际用于有源滤波器功能的电流参考1(iref1)为最大额定电流(ilimit)与用于削峰填谷功能的电流参考2(iref2)向量差。当用于削峰填谷功能的电流参考2(iref2)大于等于储能逆变器的最大额定电流(ilimit)，储能逆变器只具有削峰填谷的功能。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
1.一种新型储能逆变器控制装置，其特征在于，所述控制装置由检测组件、决策和计算组件、通讯和ui组件和发波驱动组件组成；
所述检测组件检测三相负载电流iload、交流电网的三相电网电压us、逆变器的三相电流is和正负母线电压之和vbus信息，并传递给决策和计算组件；
所述通讯和ui组件获取实时电价信息和储能电池电量传递给决策和计算组件；决策和计算组件将储能逆变器的工作模式配置为整流模式或者逆变模式；
所述决策和计算组件发出pwm波经过发波驱动组件进行放大驱动储能逆变器工作，实现功率变换。所述决策和计算组件具体包括：锁相环角度计算模块、负载电流无功分量及谐波分量提取模块、中点平衡计算模块、电流环参考计算模块、电流环计算模块、逆变器发波控制模块；
所述锁相环角度计算模块根据三相电网电压us通过abc/dq坐标变换转换为旋转坐标系，然后采用锁相环的方法得到三相电网电压的瞬时角度值；
所述负载电流无功分量及谐波分量提取模块将三相负载电流iload利用锁相环获得的三相电网电压瞬时角度通过坐标变换转换为旋转坐标系，并提取出三相负载电流的无功分量及谐波分量，得到用于抵消负载电流无功分量及谐波分量的电流参考，记为电流参考1(iref1)；
所述中点平衡计算模块是根据正负母线电压的偏差，经过pi调节，得到零序电流参考，记为电流参考0(iref0)；
所述电流环参考计算模块用于将电流参考0(iref0)、电流参考1(iref1)以及储能逆变器用于削峰填谷的电流参考2(iref2)叠加在一起；所述电流环计算模块将电流环参考计算模块的结果与逆变器的三相电流is相比较，输入到pi控制器，输出结果为电压信号，与三相电压us的前馈分量相叠加，再除以实时正负母线电压之和vbus；最终结果转换为储能逆变器的pwm信号；
所述逆变器发波控制模块将电流环计算的pwm波信号发出，然后经过控制电路的发波驱动组件进行放大驱动储能逆变器。
2.根据权利要求1所述的一种新型储能逆变器控制装置，其特征在于，所述储能逆变器的电路中包括三相三电平逆变器及双向dc/dc模块，均与控制装置相连接，实现削峰填谷、无功补偿、谐波治理及三相不平衡补偿的功能。
3.根据权利要求1所述的一种新型储能逆变器控制装置，其特征在于，所述决策和计算组件还包括双向dc/dc环路计算模块和双向dc/dc的发波控制模块，所述双向dc/dc的发波控制模块发出pwm波来驱动双向dc/dc开关器件实现能量双向流动；所述双向dc/dc环路计算模块根据能量的流动方向分别实现存储储能逆变器整流的能量及为储能逆变器逆变提供能量。
4.根据权利要求2所述的一种新型储能逆变器控制装置，其特征在于，储能逆变器实现的削峰填谷、无功补偿、谐波治理及三相不平衡补偿的功能，用户可以根据需求调整电流参考1(iref1)和电流参考2(iref2)的值，实现几种功能的自由组合。
5.一种基于权利要求1所述的新型储能逆变器控制装置的控制方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：
(1)将检测组件检测的数据以及通讯和ui组件获取的相关数据传递至决策和计算组件；决策和计算组件将储能逆变器的工作模式配置为整流模式或者逆变模式；
(2)通过决策和计算组件中锁相环角度计算模块根据三相电网电压us通过abc/dq坐标变换转换为旋转坐标系，然后采用锁相环的方法得到三相电网电压的瞬时角度值；
(3)通过决策和计算组件中负载电流无功分量及谐波分量提取模块将三相负载电流iload利用锁相环获得的三相电网电压瞬时角度通过坐标变换转换为旋转坐标系，并提取出三相负载电流的无功分量及谐波分量，得到用于抵消负载电流无功分量及谐波分量的电流参考，记为电流参考1(iref1)；
(4)通过决策和计算组件中的中点平衡计算模块，根据正负母线电压的偏差，经过pi调节，得到零序电流参考，记为电流参考0(iref0)；
(5)通过决策和计算组件中的电流环参考计算模块将电流参考0(iref0)、电流参考1(iref1)以及储能逆变器用于削峰填谷的电流参考2(iref2)叠加；结果输入到电流环计算模块；
(6)决策和计算组件中的电流环计算模块将电流环参考计算模块的结果与逆变器的三相电流is相比较，输入到pi控制器，输出与三相电压us的前馈分量相叠加，再除以实时正负母线电压之和vbus；最终结果转换为储能逆变器的pwm信号；输入到逆变器发波控制模块；
(7)决策和计算组件中的逆变器发波控制模块将pwm波信号发出，经过控制电路的发波驱动组件进行放大驱动储能逆变器。
技术总结