專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法。
背景技術(shù)：
電池儲(chǔ)能動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可以平滑功率波動(dòng)，增強(qiáng)系統(tǒng)可調(diào)度性，改善電網(wǎng)靜、動(dòng)態(tài)特性。此外，由于儲(chǔ)能系統(tǒng)還能夠運(yùn)行在STATC0M模式，可以在必要時(shí)給電網(wǎng)提供無(wú)功功率支持。鏈?zhǔn)酵負(fù)渥鳛閮?chǔ)能變流器，可以直接接入高壓電網(wǎng)。鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器作為儲(chǔ)能變流器有多種具體拓?fù)鋬?chǔ)能蓄電池組直接接入鏈?zhǔn)阶兞髌鞲鱄橋直流側(cè)，其拓?fù)淙鐖DI所 示，這種拓?fù)涫沟脙?chǔ)能蓄電池需要直接承受鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器各相與電網(wǎng)交換的IOOHz波動(dòng)功率，即電池的充放電電流為IOOHz脈動(dòng)電流；如圖2所示，從而對(duì)儲(chǔ)能蓄電池的壽命造成負(fù)面影響。而若想要平滑電池所承受的波動(dòng)功率，則需要增大直流側(cè)電容C，且效果并不理
本巨
ο一種雙級(jí)鏈?zhǔn)诫姵貎?chǔ)能變流器，其拓?fù)淙鐖D3所示，其主要特征即在儲(chǔ)能電池組及H橋模塊中間加入了一個(gè)雙向DC/DC變流器。在普通的控制策略下，將通過(guò)調(diào)整占空比來(lái)控制直流側(cè)電容C的電壓為恒定值，其功能僅將電池的低壓轉(zhuǎn)換為恒定的高壓，此時(shí)電池側(cè)的充放電電流依然為IOOHz的脈動(dòng)電流，則此時(shí)雙級(jí)鏈?zhǔn)诫姵貎?chǔ)能變流器并不能改善電池的充放電特性。經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，金一丁等人在《電力自動(dòng)化設(shè)備》2011年3月底31卷第3期發(fā)表的文章“大容量鏈?zhǔn)诫姵貎?chǔ)能系統(tǒng)及其充放電均衡控制” 一文中，為實(shí)現(xiàn)高母線(xiàn)電壓、大容量的城網(wǎng)儲(chǔ)能.結(jié)合鏈?zhǔn)紻C/AC變流器拓?fù)浼岸嘀鼗p向DC/DC變流技術(shù)，提出一種適合于大容量、多儲(chǔ)能模塊的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，該儲(chǔ)能系統(tǒng)可以不通過(guò)升壓變壓器直接接入IOkV以上電壓等級(jí)母線(xiàn)，并可在較低開(kāi)關(guān)頻率下達(dá)到良好的輸出諧波特性；系統(tǒng)中每個(gè)串聯(lián)單元的直流電壓可在電池組端電壓的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高，并允許多組電池并聯(lián)接入，針對(duì)三角接鏈?zhǔn)较到y(tǒng)提出了三級(jí)電池充放電均衡策略。該文章中用此拓?fù)涞哪康?，一是減小電池側(cè)的電壓，一是可以并聯(lián)多組電池，從而提高整體的容量。其控制策略為上面所述的普通控制策略，并不能改善電池的充放電特性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法，該方法通過(guò)控制雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器中間直流電容C的電壓紋波來(lái)緩沖儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)交換的波動(dòng)功率，達(dá)到緩沖電池儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率的目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案本發(fā)明提供一種雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法，所述雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器電路拓?fù)浒▋?chǔ)能電池組、雙向DC/DC變流器、中間直流電容C、鏈?zhǔn)阶兞髌骱吐?lián)網(wǎng)濾波電抗器Ls。其中儲(chǔ)能電池組經(jīng)雙向DC/DC變流器接入鏈?zhǔn)阶兞髌鞲鱄橋的中間直流電容C，鏈?zhǔn)阶兞髌鹘?jīng)聯(lián)網(wǎng)濾波電抗器Ls接入高壓電網(wǎng)；所述雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法通過(guò)所述雙向DC/DC變流器控制中間直流電容C的電壓紋波來(lái)緩沖儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)交換的波動(dòng)功率，在不影響鏈?zhǔn)阶兞髌髡９ぷ鞯那疤嵯拢试S直流電容C在設(shè)定范圍內(nèi)按給定指令進(jìn)行波動(dòng)，從而避免儲(chǔ)能電池功率的波動(dòng)，同時(shí)維持中間直流電容C電壓平均值恒定。優(yōu)選地，所述DC/DC變流器采用雙環(huán)控制，采用電感電流反饋內(nèi)環(huán)控制和中間直流電壓反饋外環(huán)控制，在儲(chǔ)能系統(tǒng)充電、放電時(shí)控制中間電容電壓平均值恒定；鏈?zhǔn)阶兞髌鞲鶕?jù)電網(wǎng)調(diào)度命令采用電流解耦控制，按調(diào)度命令向吸收、發(fā)出相應(yīng)的有功功率、無(wú)功功率。優(yōu)選地，所述雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法中，允許中間直流電容C的電壓有IOOHz波動(dòng)。優(yōu)選地，所述中間直流電容C的電壓由所述雙向DC/DC變流器來(lái)直接控制，通過(guò)控 制所述中間直流電容C的電壓，使所述中間直流電容C電壓產(chǎn)生IOOHz的波動(dòng)，從而使得所述雙向DC/DC變流器所連接的電池承受的波動(dòng)功率變小，同時(shí)維持所述中間直流電容C的電壓平均值恒定。優(yōu)選地，所述DC/DC變流器采用雙環(huán)控制，采用電感電流反饋內(nèi)環(huán)控制和中間直流電壓反饋外環(huán)控制，在儲(chǔ)能系統(tǒng)充電、放電時(shí)控制所述中間直流電容C電壓平均值恒定；鏈?zhǔn)阶兞髌鞲鶕?jù)電網(wǎng)調(diào)度命令采用電流解耦控制，按調(diào)度命令向吸收、發(fā)出相應(yīng)的有功功率、無(wú)功功率°更優(yōu)選地，所述雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器中的前級(jí)DC/DC變流器外環(huán)電壓反饋采用低通濾波器得到中間電容電壓的平均值，外環(huán)電壓控制器給出的內(nèi)環(huán)電流給定為IOOHz紋波，所述DC/DC變流器將控制電感電流無(wú)IOOHz紋波，即電池電流無(wú)IOOHz紋波，此時(shí)所述鏈?zhǔn)阶兞髌髋c電網(wǎng)交換的功率為二次脈動(dòng)的，即所述中間直流電容C所儲(chǔ)存的能量有IOOHz波動(dòng)，反映為所述中間直流電容C電壓的IOOHz波動(dòng)。更優(yōu)選地，所述雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器的前級(jí)DC/DC變流器外環(huán)電壓反饋采用直接反饋，設(shè)計(jì)外環(huán)電壓控制器的截止頻率小于100Hz，即不對(duì)中間直流電容C電壓的IOOHz電壓紋波進(jìn)行控制，外環(huán)電壓控制器給出的內(nèi)環(huán)電流給定為IOOHz紋波，則所述DC/DC變流器將控制電感電流無(wú)IOOHz紋波，即電池電流無(wú)IOOHz紋波，由于所述鏈?zhǔn)阶兞髌髋c電網(wǎng)交換的功率為二次脈動(dòng)的，即所述中間直流電容C所儲(chǔ)存的能量有IOOHz波動(dòng)，反映為所述中間直流電容C的電壓的IOOHz波動(dòng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果本發(fā)明提出的一種雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法，能夠在不影響鏈?zhǔn)阶兞髌髡９ぷ鞯那疤嵯?，允許直流電容C在一定范圍內(nèi)按給定指令進(jìn)行波動(dòng)，從而避免儲(chǔ)能電池功率的波動(dòng)，達(dá)到緩沖電池儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率的目的。


通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯圖I為現(xiàn)有的鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器電路拓?fù)洌?br> 圖2為穩(wěn)態(tài)時(shí)各H橋逆變器的工作波形；圖3為雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器電路拓?fù)洌粓D4為帶雙向buck/boost的雙級(jí)鏈?zhǔn)阶兞髌?；圖5為第一種控制方法框圖；圖6為第二種控制方法框圖；圖7為穩(wěn)態(tài)時(shí)雙向buck/boost變流器的工作波形。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。參照?qǐng)D3，一種雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器電路拓?fù)?，該電路拓?fù)浒▋?chǔ)能電池組、雙向DC/DC變流器、中間直流電容C、鏈?zhǔn)阶兞髌骱吐?lián)網(wǎng)濾波電抗器Ls。其中所述儲(chǔ)能電池組經(jīng)所述雙向DC/DC變流器接入所述鏈?zhǔn)阶兞髌鞲鱄橋的所述中間直流電容C，所述鏈?zhǔn)阶兞髌鹘?jīng)所述聯(lián)網(wǎng)濾波電抗器Ls接入高壓電網(wǎng)(3. 3kV，6. 6kV，10kV)。所述雙向DC/DC變流器采用雙環(huán)控制，采用電感電流反饋內(nèi)環(huán)控制和中間直流電壓反饋外環(huán)控制，在儲(chǔ)能系統(tǒng)充電、放電時(shí)控制中間電容電壓平均值恒定；鏈?zhǔn)阶兞髌鞲鶕?jù)電網(wǎng)調(diào)度命令采用電流解耦控制，按調(diào)度命令向吸收、發(fā)出相應(yīng)的有功功率、無(wú)功功率。所述雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法通過(guò)控制中間直流電容C的電壓紋波來(lái)緩沖鏈?zhǔn)阶兞髌髋c電網(wǎng)交換的IOOHz波動(dòng)功率，避免儲(chǔ)能電池功率的波動(dòng)，同時(shí)維持中間直流電容C電壓平均值恒定。所述雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法的具體實(shí)現(xiàn)有兩種方法，如圖4以雙向buck/boost電路和鏈?zhǔn)阶兞髌鹘M成的雙級(jí)式鏈?zhǔn)阶兞髌鞯目刂茷槔M(jìn)行說(shuō)明。如圖5所示是第一種控制方法雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器中的前級(jí)DC/DC變流器外環(huán)電壓反饋U。經(jīng)過(guò)低通濾波器得到中間電容電壓的平均值&，直流電壓參考值與 之差經(jīng)過(guò)外環(huán)電壓控制器，給出的內(nèi)環(huán)電流參考值。此后電流參考值與電池電流ibat再經(jīng)過(guò)電流環(huán)產(chǎn)生點(diǎn)空比。由于電流參考值已無(wú)IOOHz紋波，因此DC/DC變流器將控制電感電流恒定，即電池電流無(wú)IOOHz紋波。此時(shí)由于鏈?zhǔn)阶兞髌髋c電網(wǎng)交換的功率為二次脈動(dòng)的，即中間直流電容所儲(chǔ)存的能量有IOOHz波動(dòng)，反映為中間電容電壓的IOOHz波動(dòng)。如圖6所示是第二種控制方法雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器的前級(jí)DC/DC變流器外環(huán)電壓反饋采用直接反饋，直流電壓參考值與U。之差經(jīng)過(guò)外環(huán)電壓控制器，給出的內(nèi)環(huán)電流參考值。此時(shí)設(shè)計(jì)外環(huán)電壓控制器的截止頻率小于100Hz，即不對(duì)中間電容電壓的IOOHz電壓紋波進(jìn)行控制，外環(huán)電壓控制器給出的內(nèi)環(huán)電流參考無(wú)IOOHz紋波。此后電流參考值與電池電流ibat再經(jīng)過(guò)電流環(huán)產(chǎn)生點(diǎn)空比。由于電流參考值已無(wú)IOOHz紋波，因此DC/DC變流器將控制電感電流無(wú)IOOHz紋波，即電池電流無(wú)IOOHz紋波。此時(shí)由于鏈?zhǔn)阶兞髌髋c電網(wǎng)交換的功率為二次脈動(dòng)，即中間直流電容C所儲(chǔ)存的能量有IOOHz波動(dòng)，反映為中間電容電壓的IOOHz波動(dòng)。參照?qǐng)D7，電池放電時(shí)雙向DC/DC變流器的工作波形，流過(guò)電池的電流ibat為恒定值，雙向DC/DC變流器輸出電容電壓V2有IOOHz的電壓紋波，從H橋的中間直流電容C流向電網(wǎng)電流的低頻分量id。為IOOHz的正弦平方的形式。本發(fā)明與傳統(tǒng)鏈?zhǔn)阶兞髌鞯目刂撇呗砸约皥D3所示拓?fù)涞钠胀刂撇呗韵啾龋軌蛟诓挥绊戞準(zhǔn)阶兞髌髡９ぷ鞯那疤嵯?，允許直流電容C在一定范圍內(nèi)按給定指令進(jìn)行波動(dòng)，從而達(dá)到緩沖電池儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電功率的目的。如上述實(shí)施例允許中間直流側(cè)電容的電壓有IOOHz波動(dòng)，從而避免儲(chǔ)能電池功率的波動(dòng)。鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器用做儲(chǔ)能電池組與電網(wǎng)的接口，實(shí)現(xiàn)高壓直接并網(wǎng)，并完成功率調(diào)度。本發(fā)明所述的雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法針對(duì)所述的雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器拓?fù)?，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制目標(biāo)明確，能夠明顯改善電池的充放電功率，增加電池的壽命，提高鏈?zhǔn)絻?chǔ)能系統(tǒng)的可靠性。 以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法，所述雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器電路拓?fù)浒▋?chǔ)能電池組、雙向DC/DC變流器、中間直流電容(C)、鏈?zhǔn)阶兞髌骱吐?lián)網(wǎng)濾波電抗器(Ls)，其中所述儲(chǔ)能電池組經(jīng)所述雙向DC/DC變流器接入鏈?zhǔn)阶兞髌鞲鱄橋的所述中間直流電容(C)，所述鏈?zhǔn)阶兞髌鹘?jīng)所述聯(lián)網(wǎng)濾波電抗器(Ls)接入高壓電網(wǎng)；其特征在于，通過(guò)所述雙向DC/DC變流器控制中間直流電容(C)的電壓紋波來(lái)緩沖儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)交換的波動(dòng)功率，在不影響鏈?zhǔn)阶兞髌髡９ぷ鞯那疤嵯?，允許直流電容(C)在設(shè)定范圍內(nèi)按給定指令進(jìn)行波動(dòng)，從而避免儲(chǔ)能電池功率的波動(dòng)，同時(shí)維持中間直流電容(C)電壓平均值恒定。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法，其特征在于，所述方法中允許中間直流電容(C)的電壓有IOOHz波動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法，其特征在于，所述中間直流電容(C)的電壓由所述雙向DC/DC變流器來(lái)直接控制，通過(guò)控制所述中間直流電容(C)的電壓，使所述中間直流電容(C)電壓產(chǎn)生IOOHz的波動(dòng)，從而使得所述雙向DC/DC變流器所連接的電池承受的波動(dòng)功率變小，同時(shí)維持所述中間直流電容(C)的電壓平均值恒定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法，其特征在于，所述DC/DC變流器采用雙環(huán)控制，采用電感電流反饋內(nèi)環(huán)控制或中間直流電壓反饋外環(huán)控制，在儲(chǔ)能系統(tǒng)充電、放電時(shí)控制所述中間直流電容(C)電壓平均值恒定；鏈?zhǔn)阶兞髌鞲鶕?jù)電網(wǎng)調(diào)度命令采用電流解耦控制，按調(diào)度命令向吸收、發(fā)出相應(yīng)的有功功率、無(wú)功功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法，其特征在于，所述雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器中的前級(jí)DC/DC變流器外環(huán)電壓反饋采用低通濾波器得到中間電容電壓的平均值，外環(huán)電壓控制器給出的內(nèi)環(huán)電流給定為IOOHz紋波，所述DC/DC變流器將控制電感電流無(wú)IOOHz紋波，即電池電流無(wú)IOOHz紋波，此時(shí)所述鏈?zhǔn)阶兞髌髋c電網(wǎng)交換的功率為二次脈動(dòng)的，即所述中間直流電容(C)所儲(chǔ)存的能量有IOOHz波動(dòng)，反映為所述中間直流電容(C)電壓的IOOHz波動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法，其特征在于，所述雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器的前級(jí)DC/DC變流器外環(huán)電壓反饋采用直接反饋，設(shè)計(jì)外環(huán)電壓控制器的截止頻率小于100Hz，即不對(duì)中間直流電容(C)電壓的IOOHz電壓紋波進(jìn)行控制，外環(huán)電壓控制器給出的內(nèi)環(huán)電流給定為IOOHz紋波，則所述DC/DC變流器將控制電感電流無(wú)IOOHz紋波，即電池電流無(wú)IOOHz紋波，由于所述鏈?zhǔn)阶兞髌髋c電網(wǎng)交換的功率為二次脈動(dòng)的，即所述中間直流電容(C)所儲(chǔ)存的能量有IOOHz波動(dòng)，反映為所述中間直流電容(C)的電壓的IOOHz波動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器控制方法，該方法通過(guò)控制雙級(jí)鏈?zhǔn)阶兞髌髦虚g直流電容C的電壓紋波來(lái)緩沖儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)交換的100Hz波動(dòng)功率，同時(shí)維持電容C電壓平均值恒定；前級(jí)雙向DC/DC變流器通過(guò)控制直流電容C的電壓，來(lái)平滑電池電流的二次脈動(dòng)，從而平滑電池的充放電功率；而鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器用做儲(chǔ)能電池組與電網(wǎng)的接口，實(shí)現(xiàn)高壓直接并網(wǎng)，并完成功率調(diào)度。本發(fā)明所述的控制方法針對(duì)所述的雙級(jí)鏈?zhǔn)絻?chǔ)能變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制目標(biāo)明確，能夠明顯改善電池的充放電功率，增加電池的壽命，提高鏈?zhǔn)絻?chǔ)能系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號(hào)H02J3/32GK102969730SQ20121046222
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者李睿, 陳強(qiáng), 蔡旭 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)