[发明专利]基于飞轮储能的非线性负载电流补偿控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于飞轮储能的非线性负载电流补偿控制方法及装置，控制方法通过飞轮储能装置的充电和放电过程实现电能与机械能之间的转换；在能量转换过程中利用PWM驱动控制主电路开关管，对装置电流进行控制，补偿谐波电流，向电网注入或吸收一定幅值的基波有功电流；补偿后的电流即为与负载基波有功电流同相的正弦电流，幅值小于或者大于负载基波有功电流。实现对非线性负载电流的实时、动态补偿，可动态消除各次谐波，改善电流波形；且具有较宽的电压、功率适应范围，并避免主电路在逆变器与整流器之间频繁切换，解决现有方法谐波补偿能力局限性强、电压和功率适应范围小，主电路开关管整体寿命低的难题。

技术领域

本发明涉及一种基于飞轮储能的非线性负载电流补偿控制方法及装置，属于储能技术应用技术领域。

背景技术

在工商业用户中存在大量非线性负荷，比如轧钢机、电焊机、电梯、电力机车，此类负荷在运行时产生大量谐波，从而对电网造成污染，增加电能损耗，降低供电可靠性，严重影响电网及设备的正常和安全运行。

现有的谐波抑制方法多采用LC滤波器或有源电力滤波器(APF)来实现。LC滤波器既可以抑制谐波，又可以补偿无功功率，但是其补偿特性易受电网阻抗与运行状态的影响，容易与系统产生并联谐振，进而造成谐波放大，容易导致LC调谐滤波器过载，甚至烧坏。此外，LC滤波器仅能补偿固定频率的谐波且补偿效果不甚理想。由于LC调谐滤波器的结构简单、成本较低、设置容易，仍然被广泛应用。

有源电力滤波器(APF)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波进行补偿，动态消除各次谐波，并且不会产生谐振。但是其在高压、高频、大功率的场合不适用，通带范围受有源器件的带宽限制，直流侧电容受耐压限制，难以做到较高电容值，从而限制直流侧电压幅值Uc大小，影响Uc变化幅度和能量交换大小，难以实现对大幅值谐波电流的补偿，影响有源电力滤波器补偿能力和电压、功率的适应范围。此外，补偿谐波电流时APF直流侧与电网之间有能量交换，因此主电路需要不停的在逆变器和整流器两种工作模式之间进行高速切换，从而降低开关管的寿命，增加系统损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于飞轮储能的非线性负载电流补偿控制方法及装置，实现对非线性负载电流的实时、动态补偿，可动态消除各次谐波，改善电流波形；且具有较宽的电压、功率适应范围，并避免主电路在逆变器与整流器之间频繁切换，解决现有方法谐波补偿能力局限性强、电压和功率适应范围小，主电路开关管整体寿命低的难题。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种基于飞轮储能的非线性负载电流补偿控制方法，通过飞轮储能装置的充电和放电过程实现电能与机械能之间的转换；在能量转换过程中控制器利用PWM驱动控制主电路开关管，从而对装置电流进行控制，将与谐波电流幅值相等、方向相反的电流叠加至充电或放电电流中，在补偿了谐波电流的同时，向电网注入或吸收一定幅值的基波有功电流；补偿后的电流即为与负载基波有功电流同相的正弦电流，幅值小于或者大于负载基波有功电流。

控制方法的进一步改进，具体控制方法步骤如下：

步骤S1，初始化系统参数，预设补偿装置工作模式为充电模式，主控制器向双向DC/DC变换器和双向逆变器发出同步进入充电模式信号；

步骤S2，采集飞轮储能装置荷电状态值SOC_now；

步骤S3，判断飞轮储能装置荷电状态SOC_now是否大于最低限值SOCL_limit，若SOC_now小于SOCL_limit，则返回步骤S2；