專利名稱：一種減小儲能系統(tǒng)雙向變流器直流母線串聯(lián)電容電壓不平衡性的控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于儲能系統(tǒng)技術領域，尤屬儲能系統(tǒng)雙向變流器控制技術領域。
背景技術：
當前儲能系統(tǒng)雙向變流器的直流母線廣泛采用電解電容。儲能系統(tǒng)主流的兩電平雙向變流器中采用的電解電容的耐壓等級一般為450V，而380V交流電網(wǎng)三相全橋不控整流輸出電壓至少是540V，故雙向變流器的直流母線一般是兩組電解電容串聯(lián)，并通過一定的高精度、高阻值均壓電阻保持串聯(lián)電解電容電壓的平衡。然而雙向變流器在長期運行中，由于電解電容容量的差異及電解電容內部等效串聯(lián)電阻的影響，僅通過并聯(lián)均壓電阻的方式，不可避免的會出現(xiàn)兩組串聯(lián)電解電容電壓不平衡，進一步加劇兩組串聯(lián)電解電容容量不同程度的衰減，降低電解電容的使用壽命，并造成雙向變流器的輸出諧波增大，電壓、電流控制性能下降，甚至減小雙向變流器的使用年限。傳統(tǒng)的儲能系統(tǒng)雙向變流器，如圖3所示，包括直流母線電壓控制模塊、三相交流電流控制模塊、PWM逆變器模塊，只能實現(xiàn)并網(wǎng)三相電流幅值和相位的控制。且只在串聯(lián)電容兩端并聯(lián)均壓電阻，對串聯(lián)電容電壓的均衡缺乏有效的控制，電容電壓均衡效果不佳，在變流器長期運行時會減小串聯(lián)電容的壽命。

發(fā)明內容
儲能系統(tǒng)雙向變流器在長期運行中，僅依靠并聯(lián)均壓電阻的方式，并不能有效減小直流母線串聯(lián)電容電壓不均衡。直流母線串聯(lián)電容電壓不平衡問題日趨凸顯，造成串聯(lián)電容容量的不同程度的衰減，影響電容的壽命，降低變流器的控制性能，進而影響變流器的可靠性和免維護性。為解決現(xiàn)有技術中存在的上述問題，本發(fā)明公開了一種減小儲能系統(tǒng)雙向變流器直流母線串聯(lián)電容電壓不平衡的控制系統(tǒng)。本發(fā)明考慮到儲能系統(tǒng)兩電平雙向變流器的結構特點，將串聯(lián)電容中點接地，增加兩組串聯(lián)電容電壓的硬件電路和檢測元件，通過檢測上下兩組電容兩端的電壓，進行相應的電壓均衡補償控制，現(xiàn)場應用效果良好。本發(fā)明結合考慮儲能系統(tǒng)兩電平雙向變流器的原有控制模塊和本身硬件結構特點，具體采用以下技術方案—種減小儲能系統(tǒng)雙向變流器直流母線串聯(lián)電容電壓不平衡性的控制系統(tǒng)，所述儲能系統(tǒng)雙向變流器包括三相半橋整流電路，第一組直流母線電容和第二組直流母線電容串聯(lián)接入所述三相半橋整流電路的直流母線，所述第一組直流母線電容和第二組直流母線電容分別并聯(lián)連接第一組直流母線電容均壓電阻和第二組直流母線電容均壓電阻，其特征在于在所述控制系統(tǒng)中增加一電壓均衡控制模塊，采集第一組直流母線電容和第二組直流母線電容兩端的電壓輸入至所述電壓均衡控制模塊，所述電壓均衡控制模塊計算根據(jù)輸入的第一組直流母線電容兩端電壓與第二組直流母線電容兩端電壓，得到電壓均衡補償電流1。_，在控制系統(tǒng)的三相交流電流的指令中疊加該電壓均衡補償電流1。_。本發(fā)明優(yōu)選以下技術方案所述儲能系統(tǒng)雙向變流器第一組直流母線電容與第二組直流母線電容連接點與地相連；設置第一組直流母線電容電壓檢測電路、第二組直流母線電容電壓檢測電路，分別檢測第一組直流母線電容、第二組直流母線電容兩端電壓；三相半橋全控整流電路的直流母線電壓設定值和直流母線電壓的反饋值輸入至所述直流母線電壓控制模塊，所述直流母線電壓控制模塊計算得到需要設定的三相半橋全控整流電路三相電流的瞬時指令并輸入至三相交流電流控制模塊；所述第一組直流母線電容兩端電壓與第二組直流母線電容兩端電壓分別輸入至所述電壓均衡控制模塊的輸入端，所述電壓均衡控制模塊將檢測輸入的第一組直流母線電容兩端電壓與第二組直流母線電容兩端電壓相減，并乘以設定的正值系數(shù)得到電壓均衡補償電流1。。_，輸出電壓均衡補償電流1。。_至三相交流電流控制模塊的輸入端；所述三相交流電流控制模塊將電壓均衡補償電流1。_與所述三相電流的瞬時指令中每一相電流相加到修正后的各相電流的瞬時指令值，再與三相半橋全控整流電路反饋的三相電網(wǎng)電流瞬時值進行比較，輸出三相逆變電路的功率器件的開關信號至PWM逆變器模塊的輸入，通過PWM逆變器模塊實現(xiàn)并網(wǎng)三相電流的控制。本發(fā)明的儲能雙向變流器直流母線串聯(lián)電容電壓均衡控制策略即通過上、下兩組電容電壓的相減，并乘以一定的正值系數(shù)，得到均衡補償控制電流的幅值，疊加入儲能雙向變流器直流母線電壓控制模塊的輸出(即三相交流電流瞬時設定值)，從而在滿足控制雙向變流器直流母線電壓的同時，兼顧控制上、下兩組電容的的電壓均衡，延長直流母線電容的使用壽命，提高儲能雙向變流器的可靠性和免維護性。


圖1為常規(guī)的儲能系統(tǒng)雙向變流器的結構示意圖；圖2為本發(fā)明提出的具備串聯(lián)電容均衡控制的儲能系統(tǒng)雙向變流器的結構示意圖；圖3為不含有直流母線串聯(lián)電容電壓均衡控制模塊的儲能系統(tǒng)雙向變流器電壓均衡控制系統(tǒng)框圖；_圖4為本發(fā)明提出的減少儲能系統(tǒng)雙向變流器直流母線串聯(lián)電容電壓不平衡性的控制系統(tǒng)框圖。
具體實施例方式下面根據(jù)說明書附圖，對本發(fā)明的技術方案進一步詳細說明。附圖1所示的為常規(guī)變流器的結構，主體為三相半橋全控整流電路，直流側接入兩組串聯(lián)的電容，分別為C1和C2，其中點一般不接地，串聯(lián)的兩組電容兩端分別并聯(lián)有高精度、高阻值均壓電阻R1和R2,整流電路交流輸出通過三相交流電感U、L2和L3接入三相交流電網(wǎng)。
應用本發(fā)明的儲能系統(tǒng)雙向變流器的結構見附圖2，除了常規(guī)的變流器模塊外，增加了第一組電容的電壓檢測電路、第二組電容電壓檢測電路，并將串聯(lián)電容仏和C2的中點接地，變流器正常運行時，C1兩端電壓U+恒為正值，C2兩端電壓1恒為負值。其中設定從三相整流電路橋臂去往電網(wǎng)的電流方向為正方向。如圖3表示的是不含有直流母線串聯(lián)電容電壓均衡補償控制模塊的儲能雙向變流器控制系統(tǒng)框圖，該控制系統(tǒng)包括直流母線電壓控制模塊，三相交流電流控制模塊，PWM逆變器模塊，控制變流器運行，進行并網(wǎng)三相電流的幅值和相位控制，但缺乏對串聯(lián)電容電壓的均衡控制。如圖4表示的本發(fā)明提出的減少儲能系統(tǒng)雙向變流器直流母線串聯(lián)電容電壓不平衡性的控制系統(tǒng)框圖，包括直流母線電壓控制模塊、三相交流電流控制模塊、PWM逆變器模塊和電壓均衡控制模塊。直流母線電壓控制模塊、三相交流電流控制模塊、PWM逆變器模塊三個模塊為已有的技術。其中，直流母線電壓控制模塊的輸入端為設定的直流母線電壓控制值與檢測反饋電壓值，計算得到三相電流的瞬時設定值，所述直流母線電壓控制模塊輸出至三相交流電流控制模塊的輸入端，三相交流電流控制模塊通過比較輸入端的電流瞬時指令與反饋的三相電流瞬時值進行比較，輸出三相逆變電路功率器件的開關信號至PWM逆變器模塊的輸入，通過PWM逆變器模塊實現(xiàn)并網(wǎng)三相電流的控制。第一組直流母線電容電壓與第二組直流母線電容電壓分別輸入至所述電壓均衡控制模塊的輸入端，所述電壓均衡控制模塊將檢測輸入的第一組直流母線電容電壓與第二組直流母線電容電壓相減，并乘以設定的正值系數(shù)，輸出電壓均衡補償電流1。_。電壓均衡模塊輸出的電壓均衡補償電流1。。_，分別于與直流母線電壓控制模塊的輸出，即三相交流電流的瞬時設定值相加，得到各相電流的瞬時指令值，再與三相半橋全控整流電路反饋的三相電網(wǎng)電流瞬時值進行比較，輸出三相逆變電路的功率器件的開關信號至PWM逆變器模塊的輸入，通過PWM逆變器模塊實現(xiàn)并網(wǎng)三相電流的控制。電壓均衡模塊輸出的電壓均衡補償電流1。_，相當于在三相交流電流的指令中疊加了直流偏移量，從而改進了已有技術對直流母線串聯(lián)電容電壓缺乏均衡控制的缺陷，在控制三相并網(wǎng)電流的同時，兼顧控制的直流母線串聯(lián)電容電壓的均衡。其均衡補償電流1。_的給定可通過以下公式給定:Icomp=P* (U+-UJ其基本思路是若第一組直流母線電容C1電壓U.(即上橋臂電容電壓絕對值)大于第二組直流母線電容C2電壓U_ (S卩下橋臂電容電壓絕對值)，均衡補償控制模塊輸出正值電流1。_，控制三相橋上橋臂電容(相對于下橋臂電容)多向電網(wǎng)放電；若第一組電容C1電壓U.(即上橋臂電容電壓絕對值)小于第二組電容C2電壓u_ (即下橋臂電容電壓絕對值)，電壓均衡控制模塊輸出負值電流1。_，控制三相橋上橋臂電容(相對于下橋臂電容)少向電網(wǎng)放電。所述均衡補償電流計 算公式中的參數(shù)P為正值，其大小可以在儲能雙向變流器實際運行中調試得到。
權利要求
1.一種減小儲能系統(tǒng)雙向變流器直流母線串聯(lián)電容電壓不平衡性的控制系統(tǒng)， 所述儲能系統(tǒng)雙向變流器包括三相半橋整流電路，第一組直流母線電容和第二組直流母線電容串聯(lián)接入所述三相半橋整流電路的直流母線，所述第一組直流母線電容和第二組直流母線電容分別并聯(lián)連接第一組直流母線電容均壓電阻和第二組直流母線電容均壓電阻，其特征在于: 在所述控制系統(tǒng)中增加一電壓均衡控制模塊，采集第一組直流母線電容和第二組直流母線電容兩端的電壓輸入至所述電壓均衡控制模塊，所述電壓均衡控制模塊計算根據(jù)輸入的第一組直流母線電容兩端電壓與第二組直流母線電容兩端電壓，得到電壓均衡補償電流I comp，在控制系統(tǒng)的三相交流電流的指令中疊加該電壓均衡補償電流Icomp。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種減小儲能系統(tǒng)雙向變流器直流母線串聯(lián)電容電壓不平衡性的控制系統(tǒng)，其特征在于: 所述儲能系統(tǒng)雙向變流器第一組直流母線電容與第二組直流母線電容連接點與地相連； 設置第一組直流母線電容電壓檢測電路、第二組直流母線電容電壓檢測電路，分別檢測第一組直流母線電容、第二組直流母線電容兩端電壓； 三相半橋全控整流電路的直流母線電壓設定值和直流母線電壓的反饋值輸入至所述直流母線電壓控制模塊，所述直流母線電壓控制模塊計算得到需要設定的三相半橋全控整流電路三相電流的瞬時指令并輸入至三相交流電流控制模塊； 所述第一組直流母線電容兩端電壓與第二組直流母線電容兩端電壓分別輸入至所述電壓均衡控制模塊的輸入端，所述電壓均衡控制模塊將檢測輸入的第一組直流母線電容兩端電壓與第二組直流母線 電容兩端電壓相減，并乘以設定的正值系數(shù)得到電壓均衡補償電流1。。_，輸出電壓均衡補償電流1。。_至三相交流電流控制模塊的輸入端； 所述三相交流電流控制模塊將電壓均衡補償電流1。_與所述三相電流的瞬時指令中每一相電流相加到修正后的各相電流的瞬時指令值，再與三相半橋全控整流電路反饋的三相電網(wǎng)電流瞬時值進行比較，輸出三相逆變電路的功率器件的開關信號至PWM逆變器模塊的輸入，通過PWM逆變器模塊實現(xiàn)并網(wǎng)三相電流的控制。
全文摘要
一種減小儲能系統(tǒng)雙向變流器直流母線串聯(lián)電容電壓不平衡性的控制系統(tǒng)，對于儲能系統(tǒng)雙向變流器長期運行可能出現(xiàn)的直流母線串聯(lián)電容的電壓不平衡問題，采用電壓均衡補償控制策略，以保障儲能系統(tǒng)雙向變流器的長期、安全、穩(wěn)定運行。通過所述方法，可有效減小串聯(lián)電容的電壓不平衡，增強變流器的免維護性，提高變流器的不間斷運行能力，具有顯著的經(jīng)濟效益。
文檔編號H02J3/38GK103078337SQ201310007008
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月9日 優(yōu)先權日2013年1月9日
發(fā)明者吳國榮, 鹿懷驥, 王思耕, 陳飛, 陳劍, 李志強 申請人:北京華電天仁電力控制技術有限公司