本發(fā)明涉及微電網(wǎng)控制領(lǐng)域，特別涉及一種用于微電網(wǎng)系統(tǒng)充放電裝置的主回路及其控制方法。

背景技術(shù)：

微電網(wǎng)是由分布式能源、儲(chǔ)能單元以及負(fù)荷等裝置構(gòu)成的可控供能系統(tǒng)。由于微電網(wǎng)在供電可靠性、安全性、可持續(xù)性等優(yōu)勢(shì)，越來越受到人們的關(guān)注。帶有儲(chǔ)能電池組的微電網(wǎng)系統(tǒng)，一方面，在電網(wǎng)能量供給充裕時(shí)，將電網(wǎng)能量通過雙向DC/AC整流器、雙向DC/DC變換器，向儲(chǔ)能電池儲(chǔ)能；另一方面，在電網(wǎng)能量供給緊張時(shí)，可將儲(chǔ)能電池能量通過雙向DC/DC變換器、雙向DC/AC整流器向電網(wǎng)回饋能量。

帶有儲(chǔ)能電池的微電網(wǎng)系統(tǒng)可以對(duì)電網(wǎng)在用電高峰及低谷時(shí)，按照負(fù)荷情況，靈活地調(diào)節(jié)功率流向。由電力電子器件組成的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，提供微電網(wǎng)連接電網(wǎng)的雙向功率通道，以確保儲(chǔ)能電池充放電的安全性、可靠性以及高效性。目前大多數(shù)充放電裝置為兩個(gè)充、放電單向裝置組成，或者是一個(gè)充、放電雙向裝置。前者成本、體積較大，后者沒有考慮電網(wǎng)饋電和電池充電的運(yùn)行特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種用于微電網(wǎng)系統(tǒng)充放電裝置的主電路及其控制方法，特別涉及根據(jù)充、放電指令，通過切換高頻變壓器原邊接觸器，以完成用于微電網(wǎng)系統(tǒng)充、放電不同功率路徑的切換。

為解決上述問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種用于微電網(wǎng)系統(tǒng)充放電裝置的主回路，包括：依次連接的電網(wǎng)接口、濾波電路模塊、雙向DC/AC整流器模塊、雙向DC/DC變換器模塊和儲(chǔ)能電池組，及控制電路及功率方向控制模塊；

所述的雙向DC/DC變換器模塊包括交流H橋單相逆變器電路、功率切換開關(guān)模塊和變壓器；功率切換開關(guān)模塊包括接觸器KM1和KM2，交流H橋單相逆變器電路分別通過接觸器KM1和KM2與變壓器的原邊和副邊連接；

所述的控制電路及功率方向控制模塊分別采集電網(wǎng)接口、濾波電路模塊、雙向DC/AC整流器模塊、雙向DC/DC變換器模塊和儲(chǔ)能電池組的相關(guān)信號(hào)，并控制雙向DC/AC整流器模塊、雙向DC/DC變換器模塊及功率切換開關(guān)模塊的切換。

所述的交流H橋單相逆變器電路包括兩個(gè)并聯(lián)的由兩個(gè)功率器件串聯(lián)組成的支路，接觸器KM1的兩個(gè)輸入端分別連接每個(gè)支路兩個(gè)功率器件之間，接觸器KM1的兩個(gè)輸出端連接變壓器原邊繞組的兩端，變壓器原邊繞組側(cè)一端上設(shè)置有去耦電容；變壓器副邊繞組的兩端分別通過二極管連接濾波電感L，濾波電感L與儲(chǔ)能電池組正極連接，副邊繞組的中心抽頭連接儲(chǔ)能電池組負(fù)極，儲(chǔ)能電池組的輸入端并聯(lián)濾波電容C；接觸器KM2的一個(gè)輸入端連接交流H橋單相逆變器電路負(fù)極，其輸出端連接儲(chǔ)能電池組負(fù)極；接觸器KM2的另一個(gè)輸入端連接一個(gè)支路兩個(gè)功率器件之間，其輸出端連接濾波電感L的輸入端。

所述的雙向DC/DC變換器模塊包括隔離通道和非隔離通道，隔離通道由功率器件T₁D₁、T₂D₂、T₃D₃及T₄D₄構(gòu)成的交流H橋單相逆變器電路、接觸器KM1、去耦電容、變壓器、二極管構(gòu)成的全波整流電路、LC組成的直流濾波電路組成；非隔離通道由濾波電感L、接觸器KM2、開關(guān)管T₄、二極管D₂以及雙向DC/AC整流器模塊的直流側(cè)濾波電容組成。

一種用于微電網(wǎng)系統(tǒng)充放電裝置的主回路的控制方法，包括以下步驟：

控制電路及功率方向控制模塊根據(jù)充、放電指令判斷功率方向，向功率切換開關(guān)模塊的接觸器KM1和接觸器KM2發(fā)出相應(yīng)控制信號(hào)，通過切換雙向DC/DC變換器模塊中接觸器KM1和KM2，以實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)充、放電不同功率路徑的切換。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，第一功率路徑是電能依次經(jīng)過電網(wǎng)接口、濾波電路模塊、雙向DC/AC整流器模塊、雙向DC/DC變換器模塊隔離通道及儲(chǔ)能電池組，電網(wǎng)向儲(chǔ)能電池組充電，儲(chǔ)存能量；第二功率路徑是電能依次經(jīng)過儲(chǔ)能電池組、雙向DC/DC變換器模塊非隔離通道、雙向DC/AC整流器模塊、濾波電路模塊及電網(wǎng)接口，儲(chǔ)能電池組向電網(wǎng)饋能，釋放能量。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，充電過程具體步驟如下：

1)控制電路及功率方向控制模塊獲得上位充電命令后，向功率切換開關(guān)模塊的接觸器KM1發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)，同時(shí)向接觸器KM2發(fā)出關(guān)斷信號(hào)；

2)根據(jù)雙向DC/AC整流器模塊的整流模式的控制方案，控制電路及功率方向控制模塊進(jìn)行相關(guān)信號(hào)采集和控制算法，對(duì)雙向DC/AC整流器模塊進(jìn)行對(duì)應(yīng)的整流模式控制；

3)功率流經(jīng)雙向DC/DC變換器模塊接通隔離通道，控制電路及功率方向控制模塊進(jìn)行相關(guān)信號(hào)采集和控制算法，對(duì)交流H橋單相逆變器電路進(jìn)行控制，電能經(jīng)接觸器KM1、去耦電容、變壓器的電磁耦合由副邊繞組與二極管構(gòu)成的全波整流電路進(jìn)行整流，然后通過LC組成的直流濾波電路，對(duì)儲(chǔ)能電池組進(jìn)行充電。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，放電過程具體步驟如下：

1)控制電路及功率方向控制模塊獲得上位放電命令后，向功率切換開關(guān)模塊的接觸器KM1發(fā)出關(guān)斷信號(hào)，同時(shí)向接觸器KM2發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)；

2)功率由儲(chǔ)能電池組電能流經(jīng)雙向DC/DC變換器模塊非隔離通道，控制電路及功率方向控制模塊完成相關(guān)信號(hào)采集和控制算法，對(duì)由濾波電感L、接觸器KM2、開關(guān)管T₄、二極管D₂以及雙向DC/AC整流器模塊的直流側(cè)濾波電容組成的直流Boost升壓斬波電路進(jìn)行控制，變壓器退出運(yùn)行；

3)根據(jù)雙向DC/AC整流器模塊的逆變模式的控制方案，控制電路及功率方向控制模塊完成相關(guān)信號(hào)采集和控制算法，對(duì)雙向DC/AC整流器模塊進(jìn)行對(duì)應(yīng)的逆變模式控制，將能量逆變到電網(wǎng)，完成儲(chǔ)能電池組放電電路功能。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)通過雙向DC/DC變換器模塊中增加接觸器，通過簡(jiǎn)易的接觸器控制，使雙向DC/DC變換器具有不同功率方向的雙路功率通道，控制電路及功率方向控制模塊根據(jù)充、放電指令，通過切換高頻變壓器原邊接觸器，以完成用于微電網(wǎng)系統(tǒng)充、放電不同功率路徑的切換。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電路設(shè)計(jì)成本低、體積小，有效實(shí)現(xiàn)在向儲(chǔ)能電池充電時(shí)需要能量隔離通道，以減少充電裝置能量波動(dòng)對(duì)電池的干擾；而儲(chǔ)能電池向電網(wǎng)放電時(shí)需要非隔離通路，以達(dá)到較快的能量傳遞實(shí)時(shí)性和較高的能量傳遞效率。

本發(fā)明的控制方法中，控制電路及功率方向控制模塊根據(jù)充、放電指令，通過切換高頻變壓器原邊接觸器，以完成用于微電網(wǎng)系統(tǒng)充、放電不同功率路徑的切換。實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)系統(tǒng)充、放電雙向控制，具有安全性、可靠性以及高效性的特點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明用于微電網(wǎng)系統(tǒng)充放電裝置的主電路示意圖；

其中：1、電網(wǎng)接口；2、濾波電路模塊；3、雙向DC/AC整流器模塊；4、雙向DC/DC變換器模塊；5、儲(chǔ)能電池組；6、控制電路及功率方向控制模塊；7、功率切換開關(guān)模塊。

圖2為儲(chǔ)能電池充電時(shí)，雙向DC/DC變換器功率路徑Ⅰ的控制原理圖；

其中，4、雙向DC/DC變換器模塊，7、功率切換開關(guān)模塊，實(shí)線部分為隔離功率路徑Ⅰ。

圖3為儲(chǔ)能電池放電時(shí)，雙向DC/DC變換器功率路徑Ⅱ的控制原理圖；

其中，4、雙向DC/DC變換器模塊，7、功率切換開關(guān)模塊，實(shí)線部分為非隔離功率路徑Ⅱ。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

如圖1所示，一種用于微電網(wǎng)系統(tǒng)充放電裝置的主電路，包括：電網(wǎng)接口1、濾波電路模塊2、雙向DC/AC整流器模塊3、雙向DC/DC變換器模塊4、儲(chǔ)能電池組5、控制電路及功率方向控制模塊6以及功率切換開關(guān)模塊7，功率切換開關(guān)模塊7由接觸器KM1和KM2組成。

交流H橋單相逆變器電路包括兩個(gè)并聯(lián)的由兩個(gè)功率器件串聯(lián)組成的支路，接觸器KM1的兩個(gè)輸入端分別連接每個(gè)支路兩個(gè)功率器件之間，接觸器KM1的兩個(gè)輸出端連接變壓器原邊的兩端，變壓器原邊側(cè)一端上設(shè)置有去耦電容；變壓器副邊繞組的兩端分別通過第一二極管、第二二極管連接濾波電感L，副邊繞組的中心抽頭連接儲(chǔ)能電池組負(fù)極，濾波電感L與儲(chǔ)能電池組5正極連接，儲(chǔ)能電池組5的輸入端并聯(lián)濾波電容C；接觸器KM1的一個(gè)輸入端連接交流H橋單相逆變器電路負(fù)極，其輸出端連接儲(chǔ)能電池組5負(fù)極；接觸器KM1的另一個(gè)輸入端連接一個(gè)支路兩個(gè)功率器件之間，其輸出端連接濾波電感L的輸入端。

具體地，雙向DC/DC變換器模塊4結(jié)構(gòu)上包括了隔離通道和非隔離通道。隔離通道由功率器件T₁D₁～T₄D₄構(gòu)成的高頻交流H橋單相逆變器電路、接觸器KM1、去耦電容、高頻變壓器、二極管構(gòu)成的全波整流電路、LC組成的直流濾波電路組成；非隔離通道由濾波電感L、接觸器KM2、開關(guān)管T₄、二極管D₂以及雙向DC/AC整流器模塊3的直流側(cè)濾波電容組成。

本發(fā)明的主電路主要包括兩個(gè)功率路徑，當(dāng)向儲(chǔ)能電池充電時(shí)，接觸器KM1導(dǎo)通，接觸器KM2斷開，構(gòu)成功率路徑Ⅰ通道；當(dāng)儲(chǔ)能電池向電網(wǎng)饋電時(shí)，接觸器KM1斷開，接觸器KM2導(dǎo)通，構(gòu)成功率路徑Ⅱ通道。功率路徑Ⅰ是電能依次經(jīng)過電網(wǎng)接口1、濾波電路模塊2、雙向DC/AC整流器模塊3、雙向DC/DC變換器模塊4隔離通道、儲(chǔ)能電池組5，電網(wǎng)向儲(chǔ)能電池組充電，儲(chǔ)存能量；功率路徑Ⅱ是電能依次經(jīng)過儲(chǔ)能電池組5、雙向DC/DC變換器模塊4非隔離通道、雙向DC/AC整流器模塊3、濾波電路模塊2、電網(wǎng)接口1，儲(chǔ)能電池組向電網(wǎng)饋能，釋放能量。

功率路徑Ⅰ和功率路徑Ⅱ是通過控制電路及功率方向控制模塊6判斷功率方向，向功率切換開關(guān)模塊7的接觸器KM1和接觸器KM2發(fā)出相應(yīng)控制信號(hào)，以達(dá)到雙向DC/DC變換器4在功率路徑Ⅰ隔離通道和功率路徑Ⅱ非隔離通道的路徑切換。

當(dāng)用于微電網(wǎng)系統(tǒng)充放電裝置獲得上位機(jī)充電信號(hào)后，控制電路及功率方向控制模塊6向功率切換開關(guān)模塊7的接觸器KM1發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)，接觸器KM2發(fā)出關(guān)斷信號(hào)。電網(wǎng)能量依次經(jīng)過電網(wǎng)接口1、濾波器電路模塊濾波2、雙向DC/AC整流器模塊3的整流、雙向DC/DC變換器模塊4的功率路徑Ⅰ通道，向儲(chǔ)能電池充電。雙向DC/DC變換器模塊的功率路徑Ⅰ通道如上述，其控制如圖2所示。控制電路及功率方向控制模塊6，完成功率路徑切換，并對(duì)主電路進(jìn)行功率控制。其步驟如下：

1)控制電路及功率方向控制模塊6，當(dāng)獲得上位充電命令后，向功率切換開關(guān)模塊7的接觸器KM1發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)，同時(shí)向接觸器KM2發(fā)出關(guān)斷信號(hào)；

2)根據(jù)雙向DC/AC整流器模塊3的整流模式的控制方案，控制電路及功率方向控制模塊6完成相關(guān)信號(hào)采集和控制算法，對(duì)雙向DC/AC整流器模塊3進(jìn)行對(duì)應(yīng)的整流模式控制；

3)功率流經(jīng)如上述的雙向DC/DC變換器模塊4隔離通道，控制電路及功率方向控制模塊6完成相關(guān)信號(hào)采集和控制方法，對(duì)由功率器件T₁D₁～T₄D₄構(gòu)成的高頻交流H橋單相逆變器電路進(jìn)行控制，經(jīng)接觸器KM1，通過去耦電容，經(jīng)過變壓器的電磁耦合由副邊繞組與二極管構(gòu)成的全波整流電路進(jìn)行整流，然后通過LC組成的直流濾波電路，對(duì)儲(chǔ)能電池組5進(jìn)行充電。

當(dāng)用于微電網(wǎng)系統(tǒng)充放電裝置獲得上位機(jī)放電信號(hào)后，控制電路及功率方向控制模塊6向功率切換開關(guān)模塊7的接觸器KM1發(fā)出關(guān)斷信號(hào)，接觸器KM2發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)。儲(chǔ)能電池能量依次經(jīng)過雙向DC/DC變換器模塊的功率路徑Ⅱ通道、雙向DC/AC整流器模塊的逆變、濾波器電路模塊濾波、經(jīng)過電網(wǎng)接口向電網(wǎng)回饋能量。雙向DC/DC變換器模塊的功率路徑Ⅱ通道控制過程如下，其控制如圖3所示。獲得上位放電命令后，控制電路及功率方向控制模塊6，當(dāng)完成功率路徑切換，并對(duì)主電路進(jìn)行功率控制。其步驟如下：

1)控制電路及功率方向控制模塊6，當(dāng)獲得上位放電命令后，向功率切換開關(guān)模塊7的接觸器KM1發(fā)出關(guān)斷信號(hào)，同時(shí)向接觸器KM2發(fā)出導(dǎo)通信號(hào)；

2)功率由儲(chǔ)能電池組2流經(jīng)如上述的雙向DC/DC變換器模塊4非隔離通道，控制電路及功率方向控制模塊6完成相關(guān)信號(hào)采集和控制方法，對(duì)由濾波電感L、接觸器KM2、開關(guān)管T₄、二極管D₂以及雙向DC/AC整流器模塊3的直流側(cè)濾波電容組成的直流Boost升壓斬波電路進(jìn)行控制，高頻變壓器退出運(yùn)行。

3)根據(jù)雙向DC/AC整流器模塊3的逆變模式的控制方案，控制電路及功率方向控制模塊6完成相關(guān)信號(hào)采集和控制算法，對(duì)雙向DC/AC整流器模塊3進(jìn)行對(duì)應(yīng)的逆變模式控制。將能量逆變到電網(wǎng)，完成儲(chǔ)能電池組5放電電路功能。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。