3.2 直流环流调节器设计
根据直流环流控制框图,容易得到直流环流控制的等效数学模型如图5所示。
其系统直流环流闭环传递函数为
图5 直流环流控制等效数学模型
Fig. 5 Equivalent mathematic model of DC current control
式中：Rm表示桥臂等效电阻;kp、ki分别表示直流环流调节器比例系数和积分系数。
以直流环流PI环节kp为变量,通过对闭环传递函数的推导计算,可得到变量kp从0变为无穷时的根轨迹图,如图6所示。
图6 直流环流PI环节kp变化的影响
Fig. 6 Influence of kp variation on DC current control
以直流环流PI环节ki为变量,通过对闭环传递函数的推导计算,可得到变量ki从0变为无穷时的根轨迹图,如图7所示。
图7 直流环流PI环节ki变化的影响
Fig. 7 Influence of ki variation on DC current control
可见,当PI调节器参数逐渐变化时,系统特征根实部均始终保持为负,证明系统始终保持稳定状态。在实际系统中,由于SOC变化相对较慢,PI调节器参数改变引起的储能电池充放电电流动态变化,不会引起系统的不稳定,可适当修改参数使系统获得更好的动态响应。
3.3 电压跌落与直流环流指令分析
上述控制策略会导致桥臂电流发生不同程度的偏移,因此不能按照稳态下额定功率设计桥臂电感和子模块限流参数,必须参考发生环流偏置后的桥臂电流。
在网压发生跌落的MMC-ESS中,由于系统是三相三线制拓扑结构,因此不需要考虑零序电压。假设c相电压跌落度最小且uc=u,三相网压可以分别表示为
式中：ua、ub、uc分别表示交流相电压有效值;a、b分别表示a相、b相相对于c相的电压跌落度,且0≤a≤100%,0≤b≤100%。
设MMC-ESS系统额定功率为P,当直流侧功率为P时,交流功率等于直流功率,此时桥臂电流处于最大,对系统考验最严酷;在对称工况下,桥臂电流有效值可以表示为
式中m表示c相电压调制比,m=u/(0.5×Udc)。系统正常运行时,由于交流电压的要求既不能过高,也不能过低,因此选取m=0.8进行下一步分析。分别以a、b相电压跌落度为变量,绘制出三相环流比例的三维图,见图8。
