專利名稱：一種基于電池儲能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其控制方法，具體涉及ー種基于電池儲能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
電池儲能系統(tǒng)能快速、獨(dú)立的調(diào)節(jié)有功無功，在負(fù)荷平定、電能質(zhì)量治理等方面具有很高的應(yīng)用價值。特別是近年來，隨著大規(guī)模間歇式能源的并網(wǎng)，其特有的波動性和隨機(jī)性已經(jīng)對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了影響，目前，隨著大規(guī)模風(fēng)電場接入的并網(wǎng)消納問題已逐漸凸顯。同吋，近年來大規(guī)模電池儲能技術(shù)得到了快速發(fā)展和應(yīng)用，相應(yīng)的技術(shù)路線逐漸清晰，ー些典型的儲能電池技術(shù)已經(jīng)初歩具備應(yīng)用于電カ系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)峰等諸多方面。因此大規(guī)模電池儲能技術(shù)已成為改善間歇式電源的并網(wǎng)性能,提高電網(wǎng)對間歇式電源兼容性的有效手段之一。大規(guī)模電池儲能應(yīng)用到電カ系統(tǒng)，需要與其相應(yīng)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及相應(yīng)的控制器。傳統(tǒng)功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由電池串并聯(lián)后直接接到網(wǎng)側(cè)變流器直流母線上，經(jīng)過網(wǎng)側(cè)濾波器與電網(wǎng)相連。但多組電池的并聯(lián)會產(chǎn)生組間環(huán)流，這會直接影響電池性能和使用壽命。而且在實(shí)際應(yīng)用中，要求功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)不僅具有傳統(tǒng)的充放電控制功能，而且還需要滿足電池安全穩(wěn)定運(yùn)行、快速充放電響應(yīng)和瞬時大功率輸出的要求。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是考慮電池儲能本身安全可靠的運(yùn)行條件下，將大規(guī)模電池儲能接入到電網(wǎng)系統(tǒng)中，提供了一種基于電池儲能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其控制方法。本發(fā)明引入了雙向DC / DC變換器，以電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC和端電壓為約束條件，在不同的條件下切換不同的充放電模式，使電池儲能系統(tǒng)很好的工作在安全運(yùn)行區(qū)域。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種基于電池儲能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其改進(jìn)之處在于，所述功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括電池儲能系統(tǒng)、雙向DC / DC變換器、網(wǎng)側(cè)變流器、濾波電路和隔離變壓器；所述電池儲能系統(tǒng)通過雙向DC / DC變換器與網(wǎng)側(cè)變流器的直流母線并聯(lián)；所述網(wǎng)側(cè)變流器、濾波電路和隔離變壓器依次連接；所述隔離變壓器接入電網(wǎng)；所述雙向DC / DC變換器用于對電池儲能系統(tǒng)的工作模式進(jìn)行切換；所述網(wǎng)側(cè)變流器用于將電池儲能系統(tǒng)的直流電壓輸出逆變?yōu)槿嘟涣麟妷狠敵?；所述濾波電路用于濾除所述網(wǎng)側(cè)變流器的交流電壓輸出高頻諧波；所述隔離變壓器用于消除交流電壓輸出的高次諧波。其中，所述電池儲能系統(tǒng)包括至少ー組的電池組；所述電池組由N個串聯(lián)的電池單體組成，所述NS 2。
其中，所述電池儲能系統(tǒng)的電壓U不小于I. 633倍的電網(wǎng)電壓U。其中，所述電池儲能系統(tǒng)的每一組電池組均通過ー個雙向DC / DC變換器分別與網(wǎng)側(cè)變流器的直流母線并聯(lián)。其中，所述雙向DC / DC變換器采用正向Boost和反向Buck結(jié)構(gòu)；所述雙向DC /DC變換器采用互補(bǔ)型PWM調(diào)制方法控制。其中，所述雙向DC / DC變換器的工作模式包括降壓充電模式和升壓放電模式；所述降壓充電模式包括涓流充電、恒流充電和恒壓充電；所述升壓放電模式包括涓流放電、恒流放電和恒壓放電。其中，所述雙向DC / DC變換器包括開關(guān)、電感、IGBT模塊I、IGBT模塊II和電容；所述開關(guān)和電感依次串聯(lián)；所述IGBT模塊I和電容依次串聯(lián)組成IGBT I-電容支路；所述IGBT模塊II與IGBT I-電容支路并聯(lián)后與電感連接。其中，所述IGBT模塊I和IGBT模塊II均由反并聯(lián)的IGBT芯片和ニ極管組成。其中，所述雙向DC / DC變換器的電路為直流調(diào)壓電路。其中，所述網(wǎng)側(cè)變流器包括三相六橋臂；每個橋臂由IGBT模塊III組成；所述IGBT模塊III由反并聯(lián)的IGBT芯片和ニ極管組成在網(wǎng)側(cè)變流器直流側(cè)設(shè)置支撐電容Cd。，所述支撐電容Cde與三相六橋臂并聯(lián)。其中，所述三相六橋臂與雙向DC / DC變換器的電容兩端連接；所述網(wǎng)側(cè)變流器與雙向DC / DC變換器均包括控制系統(tǒng)。其中，所述濾波電路為LCL濾波器；所述LCL濾波器包括三組串聯(lián)電感組和三個電容；所述三組串聯(lián)電感組并聯(lián)；每組串聯(lián)電感組包括串聯(lián)的兩個電感；所述三組串聯(lián)電感組的三端分別連接網(wǎng)側(cè)變流器三相的交流輸出端；所述三組串聯(lián)電感組的另外三端連接至隔離變壓器；所述三個電容并聯(lián)；每個電容的一端分別與另兩個電容的一端相互連接形成公共端；每個電容的另一端分別連接三組串聯(lián)電感組的公共端，所述三個電容并聯(lián)后形成濾波電容。其中，所述隔離變壓器的變流器側(cè)采用三角形連接；所述隔離變壓器的電網(wǎng)側(cè)采用星形連接。其中，所述功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由控制電路進(jìn)行控制；所述控制電路采用雙DSP芯片和雙ロ RAM ;所述雙DSP芯片和雙ロ RAM之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。其中，所述雙DSP芯片分為控制側(cè)DSP和邏輯側(cè)DSP ;所述控制側(cè)DSP負(fù)責(zé)PI控制器運(yùn)算和PWM脈寬的計算；所述邏輯側(cè)DSP負(fù)責(zé)所述功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的啟停邏輯、功能保護(hù)和數(shù)據(jù)通訊。其中，所述PI控制器包含在所述網(wǎng)側(cè)變流器的控制系統(tǒng)中。其中，所述雙ロ RAM是ー種共享式多端ロ存儲器，其存儲的數(shù)據(jù)提供給控制側(cè)DSP和邏輯側(cè)DSP，用于PI控制器運(yùn)算。本發(fā)明基于另一目的提供的一種基于電池儲能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其改進(jìn)之處在于，所述控制方法包括下述步驟(I)所述控制電路對電池儲能系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測；
7
(2 )所述控制電路對雙向DC / DC變換器進(jìn)行監(jiān)測；(3)所述控制電路對網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行監(jiān)測；(4)所述控制電路對濾波電路進(jìn)行監(jiān)測；(5)所述控制電路對隔離變壓器進(jìn)行控制。其中，所述步驟(I)中，所述控制電路對電池儲能系統(tǒng)降壓充電模式和升壓放電模式的荷電狀態(tài)SOC和端電壓Ub進(jìn)行監(jiān)測。其中，所述控制電路對電池儲能系統(tǒng)在降壓充電模式下的荷電狀態(tài)SOC和端電壓Ub進(jìn)行監(jiān)測包括A、當(dāng)監(jiān)測到電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC ^ 0.8時，令雙向DC / DC變換器的電感側(cè)電流環(huán)給定值Irefl=Imin,將給定值iMfl與實(shí)測電池儲能系統(tǒng)電流ら做差，差值經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到占空比，經(jīng)PWM調(diào)制，得到開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)對電池儲能系統(tǒng)的涓流充電控制；所述開關(guān)信號指的是控制雙向DC / DC變換器IGBT模塊I和IGBT模塊II開通或關(guān)斷的控制
信號;B、當(dāng)監(jiān)測到電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)O. 2 く SOC < O. 8且Ub彡Uhigh時，令給定值Urefl=Un,將給定值Urefl與實(shí)測電池儲能系統(tǒng)電壓Ub做差，差值經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到占空比，經(jīng)PWM調(diào)制，得到開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)對電池儲能系統(tǒng)的恒壓充電控制；C、當(dāng)監(jiān)測到電池荷電狀態(tài)O. 2 く SOC < O. 8且U1ot く Ub く Uhigh吋，將電流環(huán)給定值Uf2與實(shí)測電池儲能系統(tǒng)電流込做差，差值經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到占空比，經(jīng)PWM調(diào)制，得到開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)對電池儲能系統(tǒng)的恒流充電控制；其中Un為電池額定電壓，Iniin為電池最小放電電流；UlOT表示電池儲能系統(tǒng)充電電壓下限值；Uhigh表示電池儲能系統(tǒng)充電電壓上限值。其中，所述控制電路對電池儲能系統(tǒng)在升壓放電模式下的荷電狀態(tài)SOC和端電壓Ub進(jìn)行監(jiān)測包括a、當(dāng)監(jiān)測到電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC ( O. 2時，令電流環(huán)給定值しfl=Imin，將給定值しfl與實(shí)測電池儲能系統(tǒng)電流IX做差，差值經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到相應(yīng)的占空比，經(jīng)PWM調(diào)制，得到開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)對電池儲能系統(tǒng)的涓流放電控制；b、當(dāng)監(jiān)測到電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)O. 2 く SOC < O. 8且Ub く Ulow時，令給定值Urefl=Ulow,將給定值Urefl與實(shí)測電池儲能系統(tǒng)電壓Ub做差，差值經(jīng)過ー個PI環(huán)節(jié)得到相應(yīng)的占空比，經(jīng)PWM調(diào)制，得到開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)對電池儲能系統(tǒng)的恒壓放電控制；C、當(dāng)監(jiān)測到電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)O. 2 く SOC < O. 8且Ular く Ub く Uhigh吋，將電流環(huán)給定值Iref2與實(shí)測電池儲能系統(tǒng)電流Id故差，差值經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到相應(yīng)的占空比，經(jīng)PWM調(diào)制得到開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)對電池儲能系統(tǒng)的恒流放電控制。給定值是ー個具體的數(shù)值，通過控制系統(tǒng)控制被控對象，令其隨給定值的變化而變化。其中，所述步驟(2)中，根據(jù)電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC和端電壓Ub，判斷荷電狀態(tài)SOC和端電壓Ub是否越限，所述控制電路監(jiān)測雙向DC / DC變換器對電池儲能系統(tǒng)的工作模式切換；當(dāng)電池儲能系統(tǒng)充電時，所述雙向DC / DC變換器工作在降壓狀態(tài)；當(dāng)電池儲能系統(tǒng)放電時，所述雙向DC / DC變換器工作在升壓狀態(tài)。
8
其中，當(dāng)雙向DC / DC變換器工作在升壓狀態(tài)時，采用基于Boost原理的升壓放電模式，此時IGBT模塊II工作在開關(guān)狀態(tài)，IGBT模塊I工作在ニ極管狀態(tài)，PWM調(diào)制為IGBT模塊II提供開通關(guān)斷信號；當(dāng)雙向DC / DC變換器工作在降壓狀態(tài)時，采用基于Buck原理的降壓充電模式，此時IGBT模塊II工作在ニ極管狀態(tài)，IGBT模塊I工作在開關(guān)狀態(tài)，PWM調(diào)制為IGBT模塊I提供開通關(guān)斷信號。其中，所述步驟(3)中，所述控制電路對網(wǎng)側(cè)變流器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；所述エ作狀態(tài)包括整流狀態(tài)和逆變狀態(tài)。其中，當(dāng)網(wǎng)側(cè)變流器工作在整流狀態(tài)時，從交流電網(wǎng)取電并整流為直流，此時雙向DC / DC變換器工作在降壓模式，通過直流母線為電池儲能系統(tǒng)充電；以電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC和端電壓Ub為約束條件。其中，在充電初始階段(充電初始階段，是通過電池端電壓Ub以及荷電狀態(tài)SOC來進(jìn)行判斷的，一般當(dāng)Ub與SOC處在合理的工作范圍之內(nèi)，電池都可以被看成處于充電初始階段。)，當(dāng)O. 2 < SOC < O. 8且U1ot < Ub < Uhigh吋，選取恒流充電模式；隨著充電過程進(jìn)行，當(dāng)監(jiān)測到電池儲能系統(tǒng)端電壓Ub超出其充電電壓上限Uhigh,且電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC沒有超出限值時，即O. 2 < SOC < O. 8且Ub彡Uhigh，選取恒壓充電模式；當(dāng)電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC繼續(xù)升高，直到越限，即SOC ^ O. 8，選取涓流充電模式。其中，當(dāng)網(wǎng)側(cè)變流器工作在逆變狀態(tài)時，采用直流母線電壓外環(huán)，網(wǎng)側(cè)電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制策略，此時雙向DC / DC變換器工作在升壓模式，所述電池儲能系統(tǒng)放電，以電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC和端電壓Ub為約束條件。其中，在放電初始階段，當(dāng)O. 2 く SOC < O. 8且U1ot < Ub < Uhigh吋，選取恒流放電模式；隨著放電過程進(jìn)行，若SOC未越限而電池儲能系統(tǒng)端電壓Ub低于其放電電壓下限吋，S卩O. 2 < SOC < O. 8且Ub彡Uhigh,選取恒壓放電模式；當(dāng)電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC繼續(xù)降低，直到其越限吋，即SOC ( O. 2時，選取涓流放電模式。其中，所述網(wǎng)側(cè)電流內(nèi)環(huán)為電網(wǎng)側(cè)電流控制策略；所述直流母線電壓外環(huán)為恒流和恒壓切換控制的雙閉環(huán)控制策略。其中，采用基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制實(shí)現(xiàn)恒流和恒壓切換控制的雙閉環(huán)控制策略；包括下述步驟①電網(wǎng)側(cè)三相電壓u經(jīng)鎖相環(huán)結(jié)，得到相角n，所述的相角η用于參與坐標(biāo)變換；②所述控制電路監(jiān)測網(wǎng)側(cè)變流器三相電流i、電網(wǎng)電壓u和濾波電容的電流；③經(jīng)過坐標(biāo)變換分別得到dq軸分量id、iq> ud、uq> icd和iC(1 ；④直流母線電壓外環(huán)電壓給定值U*d。與支撐電容Cd。電壓實(shí)測值Udc做差，經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到d軸電流給定值i*d ;所述d軸電流給定值i*d與網(wǎng)側(cè)電流實(shí)測d軸分量id做差，經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到d軸初步電壓給定值U’d，d軸初步電壓給定值U’d通過與ω L項(xiàng)做差實(shí)現(xiàn)解耦控制，得到d軸的電壓控制量U*’ d ；
⑤濾波電容d軸分量ied經(jīng)調(diào)制系數(shù)Kd與所述U*’d做差，得到d軸電壓給定值U*d;⑥無功電流給定值i*q與網(wǎng)側(cè)變流器電流實(shí)測q軸分量i,做差，經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到q軸初步電壓給定值U’ q,通過與id ω L項(xiàng)以及電網(wǎng)電壓q軸分量Uq做差實(shí)現(xiàn)解耦控制，得到q軸的電壓控制量U*’ q ；⑦濾波電容q軸分量i。,經(jīng)調(diào)制系數(shù)Kd與U*’ q做差，得到q軸電壓給定值U*,；⑧d軸電壓給定值U*d和q軸電壓給定值U*q通過坐標(biāo)變換,得到三相電壓控制量，經(jīng)PWM調(diào)制得到開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)基于電網(wǎng)電壓電流的雙閉環(huán)控制。其中，在對網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行控制吋，對電壓、電流三相交流量進(jìn)行坐標(biāo)變換，將其變?yōu)閐q坐標(biāo)系下的兩相旋轉(zhuǎn)直流量，其公式為
Ud = -(Rし +~τ·) + Ιχ λ' + ed
U,=—(八％ + 人·^·) _ lx0Lli + eq從公式中得出，Ud等式中含有iq L項(xiàng)，將其消掉達(dá)到解耦；解耦之后得到的電壓控制量就是U*’ d ；同樣對Uq等式進(jìn)行解耦，得到q軸的電壓控制量U*’ QO其中，所述步驟(4)中，所述控制電路監(jiān)測濾波電路濾除所述網(wǎng)側(cè)變流器的交流電壓輸出高頻諧波。其中，所述步驟(5)中，所述控制電路監(jiān)測隔離變壓器消除交流電壓輸出的高次諧波。其中，所述方法通過所述LCL濾波器和隔離變壓器實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是I、本發(fā)明提供的基于電池儲能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中電池儲能系統(tǒng)采用電池単體串聯(lián)，通過雙向DC / DC變換器與共用直流母線并聯(lián)，這不僅可以避免電池組間環(huán)流，同時還便于系統(tǒng)擴(kuò)容。2、本發(fā)明加入電池儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)SOC以及電池端電壓的監(jiān)測控制策略，避免電池系統(tǒng)出現(xiàn)過度充電或者過度放電狀態(tài)，延長儲能電池組工作壽命，減少綜合使用成本。3、本發(fā)明采用LCL濾波器，與傳統(tǒng)L濾波器相比，LCL濾波器具有體積小，造價低，對高頻諧波抑制效果好等優(yōu)點(diǎn)。4、本發(fā)明采用隔離變壓器，在網(wǎng)側(cè)變流器側(cè)采用三角形接法，能進(jìn)ー步消除高次諧波。5、本發(fā)明引入了雙向DC / DC變換器，以電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC和端電壓為約束條件，在不同的條件下切換不同的充放電模式，使電池儲能系統(tǒng)很好的工作在安全運(yùn)行區(qū)域。


圖I是本發(fā)明提供的基于電池儲能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明提供的雙向DC / DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明提供的雙向DC / DC變換器的升壓放電工作模式示意圖；圖4是本發(fā)明提供的雙向DC / DC變換器的降壓充電工作模式示意圖5是本發(fā)明提供的電池儲能系統(tǒng)在充電模式下的控制流程圖；圖6是本發(fā)明提供的電池儲能系統(tǒng)在放電模式下的控制流程圖；圖7是本發(fā)明提供的基于電池儲能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步的詳細(xì)說明。本發(fā)明提供的基于電池儲能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖I所示，功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括電池儲能系統(tǒng)、雙向DC / DC變換器、網(wǎng)側(cè)變流器、濾波電路和隔離變壓器；所述電池儲能系統(tǒng)通過雙向DC / DC變換器與網(wǎng)側(cè)變流器的直流母線并聯(lián)；所述網(wǎng)側(cè)變流器、濾波電路和隔離變壓器依次連接；所述隔離變壓器接入電網(wǎng)；雙向DC / DC變換器用于對電池儲能系統(tǒng)的工作模式進(jìn)行切換；網(wǎng)側(cè)變流器用于電網(wǎng)向電池儲能系統(tǒng)充電時對充電電流整流；網(wǎng)側(cè)變流器用于將電池儲能系統(tǒng)的直流電壓輸出逆變?yōu)槿嘟涣麟妷狠敵?；濾波電路用于濾除所述網(wǎng)側(cè)變流器的交流電壓輸出高頻諧波；隔離變壓器用于消除交流電壓輸出的高次諧波。本發(fā)明的電池儲能系統(tǒng)采用N個電池單體串聯(lián)，Nミ2。通過雙向DC / DC變換器與共用直流母線并聯(lián)，這不僅可以避免電池組間環(huán)流，同時還便于系統(tǒng)擴(kuò)容。本發(fā)明加入電池系統(tǒng)荷電狀態(tài)SOC以及電池端電壓的監(jiān)測控制策略，避免電池儲能系統(tǒng)出現(xiàn)過度充電或者過度放電狀態(tài)，延長儲能電池組工作壽命，減少綜合使用成本。本發(fā)明采用LCL濾波器，與傳統(tǒng)L濾波器相比，LCL濾波器具有體積小，造價低，對高頻諧波抑制效果好等優(yōu)點(diǎn)。隔離變壓器變流器側(cè)采用三角形接法，能進(jìn)ー步消除高次諧波。電池儲能系統(tǒng)由電池単體串聯(lián)組成。具體串聯(lián)方法以滿足系統(tǒng)電壓實(shí)際需求為標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)定電網(wǎng)系統(tǒng)電壓等級為U，串聯(lián)后形成的電池儲能系統(tǒng)電壓為U，U應(yīng)不小于I. 633倍的U。通過并聯(lián)DC / DC變換器達(dá)到系統(tǒng)容量需求，可以避免多組儲能電池的直接并聯(lián)，降低了整個系統(tǒng)對儲能電池電壓特性的要求；當(dāng)個別儲能電池組或并聯(lián)變換器出現(xiàn)故障吋，儲能系統(tǒng)仍可正常工作，提高整個儲能系統(tǒng)穩(wěn)定性。本發(fā)明提供的雙向DC / DC變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，雙向DC / DC變換器電路是由ー個典型的IGBT模塊及電容、電感組成的直流調(diào)壓電路；具體的雙向DC / DC變換器包括開關(guān)、電感、IGBT模塊I、IGBT模塊II和電容；開關(guān)和電感依次串聯(lián)；所述IGBT模塊I和電容依次串聯(lián)組成IGBT I-電容支路；IGBT模塊II與IGBT I-電容支路并聯(lián)后與電感連接。IGBT模塊I和IGBT模塊II均由反并聯(lián)的IGBT芯片和ニ極管組成。雙向DC / DC變換器選取正向Boost反向Buck拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用互補(bǔ)型調(diào)制方法PWM控制，對電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC和端電壓Ub進(jìn)行監(jiān)測，以切換不同的充放電模式。通過在Boost和Buck模式之間的切換，即可以做到直流功率的雙向傳遞?；诖穗娐吠?fù)?，提出?nèi)環(huán)為電池側(cè)電感平均電流控制，外環(huán)為恒流和恒壓切換控制的雙閉環(huán)控制策略。以電池的荷電狀態(tài)SOC和端電壓為約束條件，提出相對應(yīng)的三階段安全充放電控制模式。雙向DC / DC變換器的工作模式包括降壓充電模式和升壓放電模式；所述降壓充電模式包括涓流充電、恒流充電和恒壓充電；升壓放電模式包括涓流放電、恒流放電和恒壓放電。圖3和圖4是雙向DC / DC變換器的兩種工作模式。雙向DC / DC變換器工作在升壓狀態(tài)時，圖3為基于Boost原理的升壓放電模式，此時IGBT模塊II工作在開關(guān)狀態(tài)，IGBT模塊I工作在ニ極管狀態(tài)，PWM調(diào)制為IGBT模塊II提供開通關(guān)斷信號；當(dāng)雙向DC / DC變換器工作在降壓狀態(tài)時，圖4為基于Buck原理的降壓充電模式，此時IGBT模塊II工作在ニ極管狀態(tài)，IGBT模塊I工作在開關(guān)狀態(tài)，PWM調(diào)制為IGBT模塊I提供開通關(guān)斷信號。當(dāng)網(wǎng)側(cè)變流器工作在逆變狀態(tài)吋，即電池向電網(wǎng)輸送能量，如果O. 2 < SOC < O. 8且U1ot < Ub < Uhigh,選取恒流放電模式。如果O. 2 < SOC < O. 8且Ub彡Uhigh,選取恒壓放電模式。如果SOC ( O. 2吋，選取涓流放電模式；當(dāng)網(wǎng)側(cè)變流器工作在整流狀態(tài)，即電網(wǎng)向電池輸送能量吋，如果O. 2 < SOC < O. 8且Ular < Ub < Uhigh吋，選取恒流充電模式。如果電池端電壓超出其充電上限電壓且電池荷電狀態(tài)沒有超出限值時，即O. 2 < SOC < O. 8且Ub彡Uhigh，選取恒壓充電模式。如果SOC彡O. 8，選取涓流充電模式。濾波電路為LCL濾波器；LCL濾波器由電感電容組成的T型濾波電路，盡管結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，但其能有效降低電感總量，使系統(tǒng)體積重量減小，成本降低。因此，現(xiàn)在普遍應(yīng)用于大功率場合。LCL濾波器包括三組串聯(lián)電感組和三個電容；所述三組串聯(lián)電感組并聯(lián)；每組串聯(lián)電感組包括串聯(lián)的兩個電感；三組串聯(lián)電感組的三端分別連接網(wǎng)側(cè)變流器三相的交流輸出端；所述三組串聯(lián)電感組的另外三端連接至隔離變壓器；三個電容并聯(lián)；每個電容的一端分別與另兩個電容的一端相互連接形成公共端；每個電容的另一端分別連接三組串聯(lián)電感組的公共端。三個電容并聯(lián)后形成濾波電容。隔離變壓器的變流器側(cè)采用三角形連接；所述隔離變壓器的電網(wǎng)側(cè)采用星形連接。電池系統(tǒng)通過雙向DC / DC變換器與網(wǎng)側(cè)變流器直流母線相連，通過網(wǎng)側(cè)變流器逆變?yōu)槿嘟涣鬏敵?，?jīng)過LCL濾波環(huán)節(jié)和隔離變壓器與電網(wǎng)相連，控制電路采用雙DSP+雙ロ RAM結(jié)構(gòu)，控制側(cè)DSP主要負(fù)責(zé)PI控制器運(yùn)算(電壓、電流雙閉環(huán))PWM脈寬的計算等；邏輯側(cè)DSP主要負(fù)責(zé)啟停邏輯、功能保護(hù)、數(shù)據(jù)通訊等。具體控制方法如下 監(jiān)測網(wǎng)側(cè)變流器電網(wǎng)側(cè)三相電流i、電網(wǎng)側(cè)三相電壓u和LCL濾波器電容的三相電流i。。電網(wǎng)側(cè)三相電壓u經(jīng)鎖相環(huán)結(jié)，得到相角n，所述的相角η用于參與坐標(biāo)變換。電網(wǎng)側(cè)三相電流i、電網(wǎng)側(cè)三相電壓U、電容三相電流i。分別經(jīng)過坐標(biāo)變換，得到dq軸分量id、iq>ud,uq, icd, iCQO外環(huán)電壓給定值Ifdc與實(shí)測值Udc做差，經(jīng)過ー個PI環(huán)節(jié)，得到有功電流給定值i*d;無功電流i*q 一般設(shè)為O。有功電流給定值i*d與實(shí)測值id做差后，經(jīng)過ー個PI環(huán)節(jié)，得到控制電壓d軸初步電壓給定分量ud’;無功電流給定值與實(shí)測值i,做差后，經(jīng)過ー個PI環(huán)節(jié)，得到控制電壓q軸初步電壓給定分量u/。電壓補(bǔ)償分量i, ω L與u/做差，得到變流器給定電壓d;uq和電壓補(bǔ)償分量id 與u/做差，得到變流器給定電壓q。u*’d與し經(jīng)過ー個ん環(huán)節(jié)后的值做差，得到d軸電壓控制分量u/;u",與i。,經(jīng)過ー個Kd環(huán)節(jié)后的值做差，得到q軸電壓控制分量U:。u/、u；經(jīng)過坐標(biāo)變換，得到三相電壓指令值，經(jīng)PWM調(diào)制，得到開關(guān)管開關(guān)信號，控制網(wǎng)側(cè)變流器工作。本發(fā)明還提供了一種基于電池儲能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，包括下述步驟(I)控制電路對電池儲能系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測本發(fā)明提供的電池儲能系統(tǒng)在充電模式下的控制流程如圖5所示，當(dāng)監(jiān)測到電池荷電狀態(tài)SOC ^ 0.8時，令電流環(huán)給定值Irefl=Imin,將其與實(shí)測電池電流做差，經(jīng)過ー個
1PI環(huán)節(jié)得到相應(yīng)的占空比，經(jīng)PWM調(diào)制，得到開關(guān)信號，從而實(shí)現(xiàn)對電池系統(tǒng)的涓流充電控制；當(dāng)監(jiān)測到電池荷電狀態(tài)O. 2 く SOC < O. 8且Ub彡Uhigh吋，令Urefl=Un,將其與實(shí)測電池電壓Ub做差，經(jīng)過ー個PI環(huán)節(jié)得到相應(yīng)的占空比，經(jīng)PWM調(diào)制，得到開關(guān)信號，從而實(shí)現(xiàn)對電池系統(tǒng)的恒壓充電；當(dāng)監(jiān)測到電池荷電狀態(tài)O. 2 < SOC < O. 8且U1ot < Ub < Uhigh時，將電流環(huán)給定值しf2與實(shí)測電流ら做差，經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到相應(yīng)的占空比，經(jīng)PWM調(diào)制得到開關(guān)信號，從而實(shí)現(xiàn)對電池的恒流充電。本發(fā)明提供的電池儲能系統(tǒng)在放電模式下的控制流程如圖6所示，當(dāng)檢測到電池荷電狀態(tài)SOC ^ O. 2時，令電流環(huán)給定值Irefl=Imin,將其與實(shí)測電池電流L做差，經(jīng)過ー個PI環(huán)節(jié)得到相應(yīng)的占空比，經(jīng)PWM調(diào)制，得到開關(guān)信號，從而實(shí)現(xiàn)對電池系統(tǒng)的涓流放電控制;當(dāng)檢測到電池荷電狀態(tài)O. 2 < SOC < O. 8且Ub彡Ulow時，令Urtfl=UlOT，將其與實(shí)測電池電壓Ub做差，經(jīng)過ー個PI環(huán)節(jié)得到相應(yīng)的占空比，經(jīng)PWM調(diào)制，得到開關(guān)信號，從而實(shí)現(xiàn)對電池系統(tǒng)的恒壓放電；當(dāng)檢測到電池荷電狀態(tài)O. 2 < SOC < O. 8且U1ot < Ub < Uhigh吋，將電流環(huán)給定值IMf2與實(shí)測電流ら做差，經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到相應(yīng)的占空比，經(jīng)PWM調(diào)制得到開關(guān)信號，從而實(shí)現(xiàn)對電池的恒流放電。(2)控制電路對雙向DC / DC變換器進(jìn)行監(jiān)測當(dāng)網(wǎng)側(cè)變流器工作在逆變狀態(tài)吋，即電池向電網(wǎng)輸送能量，如果O. 2 < SOC < O. 8且U1ot < Ub < Uhigh,選取恒流放電模式。如果O. 2 < SOC < O. 8且Ub彡Uhigh,選取恒壓放電模式。如果SOC ( O. 2吋，選取涓流放電模式；當(dāng)網(wǎng)側(cè)變流器工作在整流狀態(tài)，即電網(wǎng)向電池輸送能量吋，如果O. 2 < SOC < O. 8且Ular < Ub < Uhigh吋，選取恒流充電模式。如果電池端電壓超出其充電上限電壓且電池荷電狀態(tài)沒有超出限值時，即O. 2 < SOC < O. 8且Ub彡Uhigh，選取恒壓充電模式。如果SOC彡O. 8，選取涓流充電模式。(3)控制電路對網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行監(jiān)測本發(fā)明提供的基于電池儲能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)控制流程如圖7所示，在電池處于放電狀態(tài)時，雙向DC / DC變換器工作在升壓模式，以電池儲能荷電狀態(tài)SOC及端電壓Ub為約束條件。初始階段，當(dāng)O. 2 < SOC < O. 8且Ular < Ub < Uhigh吋，選取恒流放電模式。隨著放電過程進(jìn)行，若SOC未越限而電池端電壓低于放電電壓下限時，即O. 2 < SOC < O. 8且Ub彡Uhigh，選取恒壓放電模式。當(dāng)SOC繼續(xù)降低，直到其越限吋，即SOC彡O. 2吋，選取涓流放電模式。此時網(wǎng)側(cè)變流器工作在逆變狀態(tài)，采用直流母線電壓外環(huán)，網(wǎng)側(cè)電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制策略，保證逆變并網(wǎng)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)網(wǎng)側(cè)變流器工作在整流狀態(tài)時，從交流電網(wǎng)取電并整流為直流，此時DC / DC變換器工作在降壓模式，通過直流母線為電池儲能充電。同樣以電池儲能荷電狀態(tài)及端電壓為約束條件。初始階段，當(dāng)O. 2 < SOC < O. 8且Ular < Ub < Uhigh吋，選取恒流充電模式。隨著充電過程進(jìn)行，當(dāng)檢測到電池端電壓超出其充電上限電壓且電池荷電狀態(tài)沒有超出限值時，即O. 2 < SOC < O. 8且Ub彡Uhigh，選取恒壓充電模式；當(dāng)SOC繼續(xù)升高，直到越限，即SOC彡O. 8，選取涓流充電模式。(4)控制電路對濾波電路進(jìn)行監(jiān)測控制電路監(jiān)測濾波電路濾除所述網(wǎng)側(cè)變流器的交流電壓輸出高頻諧波。
13
(5)控制電路對隔離變壓器進(jìn)行控制控制電路監(jiān)測隔離變壓器消除交流電壓輸出的高次諧波。本發(fā)明的電池系統(tǒng)采用電池單體串聯(lián)，通過雙向DC / DC變換器與共用直流母線并聯(lián)，這不僅可以避免電池組間環(huán)流，同時還便于系統(tǒng)擴(kuò)容。本發(fā)明加入電池系統(tǒng)荷電狀態(tài)SOC以及電池端電壓的檢測控制策略，避免電池系統(tǒng)出現(xiàn)過度充電或者過度放電狀態(tài)，延長儲能電池組工作壽命，減少綜合使用成本。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種基于電池儲能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括電池儲能系統(tǒng)、雙向DC / DC變換器、網(wǎng)側(cè)變流器、濾波電路和隔離變壓器；所述電池儲能系統(tǒng)通過雙向DC / DC變換器與網(wǎng)側(cè)變流器的直流母線并聯(lián)；所述網(wǎng)側(cè)變流器、濾波電路和隔離變壓器依次連接；所述隔離變壓器接入電網(wǎng)； 所述雙向DC / DC變換器用于對電池儲能系統(tǒng)的工作模式進(jìn)行切換； 所述網(wǎng)側(cè)變流器用于將電池儲能系統(tǒng)的直流電壓輸出逆變?yōu)槿嘟涣麟妷狠敵觯? 所述濾波電路用于濾除所述網(wǎng)側(cè)變流器的交流電壓輸出高頻諧波； 所述隔離變壓器用于消除交流電壓輸出的高次諧波。
2.如權(quán)利要求I所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述電池儲能系統(tǒng)包括至少ー組的電池組；所述電池組由N個串聯(lián)的電池單體組成，所述N > 2。
3.如權(quán)利要求2所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述電池儲能系統(tǒng)的電壓U不小于I.633倍的電網(wǎng)電壓U。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述電池儲能系統(tǒng)的每ー組電池組均通過ー個雙向DC / DC變換器分別與網(wǎng)側(cè)變流器的直流母線并聯(lián)。
5.如權(quán)利要求I所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述雙向DC/ DC變換器采用正向Boost和反向Buck結(jié)構(gòu)；所述雙向DC / DC變換器采用互補(bǔ)型PWM調(diào)制方法控制。
6.如權(quán)利要求I所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述雙向DC/DC變換器的工作模式包括降壓充電模式和升壓放電模式；所述降壓充電模式包括涓流充電、恒流充電和恒壓充電；所述升壓放電模式包括涓流放電、恒流放電和恒壓放電。
7.如權(quán)利要求I和4-6中任一項(xiàng)所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述雙向DC/DC變換器包括開關(guān)、電感、IGBT模塊I、IGBT模塊II和電容； 所述開關(guān)和電感依次串聯(lián)；所述IGBT模塊I和電容依次串聯(lián)組成IGBT I-電容支路；所述IGBT模塊II與IGBT I-電容支路并聯(lián)后與電感連接。
8.如權(quán)利要求7中所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在干，所述IGBT模塊I和IGBT模塊II均由反并聯(lián)的IGBT芯片和ニ極管組成。
9.如權(quán)利要求7所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述雙向DC/DC變換器的電路為直流調(diào)壓電路。
10.如權(quán)利要求I所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)側(cè)變流器包括三相六橋臂；每個橋臂由IGBT模塊III組成；所述IGBT模塊III由反并聯(lián)的IGBT芯片和ニ極管組成在網(wǎng)側(cè)變流器直流側(cè)設(shè)置支撐電容Cd。，所述支撐電容Cd。與三相六橋臂并聯(lián)。
11.如權(quán)利要求10所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述三相六橋臂與雙向DC/ DC變換器的電容兩端連接；所述網(wǎng)側(cè)變流器與雙向DC / DC變換器均包括控制系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求I所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波電路為LCL濾波器；所述LCL濾波器包括三組串聯(lián)電感組和三個電容；所述三組串聯(lián)電感組并聯(lián)；每組串聯(lián)電感組包括串聯(lián)的兩個電感； 所述三組串聯(lián)電感組的三端分別連接網(wǎng)側(cè)變流器三相的交流輸出端；所述三組串聯(lián)電感組的另外三端連接至隔離變壓器； 所述三個電容并聯(lián)；每個電容的一端分別與另兩個電容的一端相互連接形成公共端；每個電容的另一端分別連接三組串聯(lián)電感組的公共端，所述三個電容并聯(lián)后形成濾波電容。
13.如權(quán)利要求I所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述隔離變壓器的變流器側(cè)采用三角形連接；所述隔離變壓器的電網(wǎng)側(cè)采用星形連接。
14.如權(quán)利要求I所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)由控制電路進(jìn)行控制；所述控制電路采用雙DSP芯片和雙ロ RAM ;所述雙DSP芯片和雙ロ RAM之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
15.如權(quán)利要求14所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述雙DSP芯片分為控制側(cè)DSP和邏輯側(cè)DSP ;所述控制側(cè)DSP負(fù)責(zé)PI控制器運(yùn)算和PWM脈寬的計算；所述邏輯側(cè)DSP負(fù)責(zé)所述功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的啟停邏輯、功能保護(hù)和數(shù)據(jù)通訊。
16.如權(quán)利要求15所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述PI控制器包含在所述網(wǎng)側(cè)變流器的控制系統(tǒng)中。
17.如權(quán)利要求14所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，所述雙ロRAM是ー種共享式多端ロ存儲器，其存儲的數(shù)據(jù)提供給控制側(cè)DSP和邏輯側(cè)DSP，用于PI控制器運(yùn)算。
18.一種基于電池儲能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括下述步驟 (1)所述控制電路對電池儲能系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測； (2)所述控制電路對雙向DC/ DC變換器進(jìn)行監(jiān)測； (3)所述控制電路對網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行監(jiān)測； (4)所述控制電路對濾波電路進(jìn)行監(jiān)測； (5)所述控制電路對隔離變壓器進(jìn)行控制。
19.如權(quán)利要求18所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述控制電路對電池儲能系統(tǒng)降壓充電模式和升壓放電模式的荷電狀態(tài)SOC和端電壓Ub進(jìn)行監(jiān)測。
20.如權(quán)利要求19所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述控制電路對電池儲能系統(tǒng)在降壓充電模式下的荷電狀態(tài)SOC和端電壓Ub進(jìn)行監(jiān)測包括 A、當(dāng)監(jiān)測到電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC^ 0.8時，令雙向DC / DC變換器的電感側(cè)電流環(huán)給定值しfl=Imin，將給定值Irefl與實(shí)測電池儲能系統(tǒng)電流込做差，差值經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到占空比，經(jīng)PWM調(diào)制，得到開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)對電池儲能系統(tǒng)的涓流充電控制；所述開關(guān)信號指的是控制雙向DC / DC變換器IGBT模塊I和IGBT模塊II開通或關(guān)斷的控制信號； B、當(dāng)監(jiān)測到電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)O.2 < SOC < O. 8且Ub彡Uhigh吋，令給定值Urefl=Un,將給定值Urefl與實(shí)測電池儲能系統(tǒng)電壓Ub做差，差值經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到占空比，經(jīng)PWM調(diào)制，得到開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)對電池儲能系統(tǒng)的恒壓充電控制； C、當(dāng)監(jiān)測到電池荷電狀態(tài)O.2 < SOC < O. 8且U1ot < Ub < Uhigh吋，將電流環(huán)給定值しf2與實(shí)測電池儲能系統(tǒng)電流ら做差，差值經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到占空比，經(jīng)PWM調(diào)制，得到開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)對電池儲能系統(tǒng)的恒流充電控制； 其中Un為電池額定電壓，Iniin為電池最小放電電流；Ulw表示電池儲能系統(tǒng)充電電壓下限值；Uhigh表示電池儲能系統(tǒng)充電電壓上限值。
21.如權(quán)利要求19所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述控制電路對電池儲能系統(tǒng)在升壓放電模式下的荷電狀態(tài)SOC和端電壓Ub進(jìn)行監(jiān)測包括a、當(dāng)監(jiān)測到電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOCく O. 2時，令電流環(huán)給定值しfl=Imin，將給定值Irefl與實(shí)測電池儲能系統(tǒng)電流し做差，差值經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到相應(yīng)的占空比，經(jīng)PWM調(diào)制，得到開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)對電池儲能系統(tǒng)的涓流放電控制； b、當(dāng)監(jiān)測到電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)O.2 < SOC < O. 8且Ub < Ulow吋，令給定值Urefl=Ulow,將給定值Urefl與實(shí)測電池儲能系統(tǒng)電壓Ub做差，差值經(jīng)過ー個PI環(huán)節(jié)得到相應(yīng)的占空比，經(jīng)PWM調(diào)制，得到開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)對電池儲能系統(tǒng)的恒壓放電控制； C、當(dāng)監(jiān)測到電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)O. 2 < SOC < O. 8且Ular < Ub < Uhigh時，將電流環(huán)給定值Iref2與實(shí)測電池儲能系統(tǒng)電流IJ故差，差值經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到相應(yīng)的占空比，經(jīng)PWM調(diào)制得到開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)對電池儲能系統(tǒng)的恒流放電控制。
22.如權(quán)利要求18所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟(2)中，根據(jù)電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC和端電壓Ub，判斷荷電狀態(tài)SOC和端電壓Ub是否越限，所述控制電路監(jiān)測雙向DC / DC變換器對電池儲能系統(tǒng)的工作模式切換； 當(dāng)電池儲能系統(tǒng)充電時，所述雙向DC / DC變換器工作在降壓狀態(tài)；當(dāng)電池儲能系統(tǒng)放電時，所述雙向DC / DC變換器工作在升壓狀態(tài)。
23.如權(quán)利要求22所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，當(dāng)雙向DC/ DC變換器工作在升壓狀態(tài)時，采用基于Boost原理的升壓放電模式，此時IGBT模塊II工作在開關(guān)狀態(tài)，IGBT模塊I工作在ニ極管狀態(tài)，PWM調(diào)制為IGBT模塊II提供開通關(guān)斷信號； 當(dāng)雙向DC / DC變換器工作在降壓狀態(tài)時，采用基于Buck原理的降壓充電模式，此時IGBT模塊II工作在ニ極管狀態(tài)，IGBT模塊I工作在開關(guān)狀態(tài)，PWM調(diào)制為IGBT模塊I提供開通關(guān)斷信號。
24.如權(quán)利要求18所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟(3)中，所述控制電路對網(wǎng)側(cè)變流器的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測；所述工作狀態(tài)包括整流狀態(tài)和逆變狀態(tài)。
25.如權(quán)利要求24所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，當(dāng)網(wǎng)側(cè)變流器工作在整流狀態(tài)時，從交流電網(wǎng)取電并整流為直流，此時雙向DC / DC變換器工作在降壓模式，通過直流母線為電池儲能系統(tǒng)充電；以電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC和端電壓Ub為約束條件。
26.如權(quán)利要求25所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，在充電初始階段，當(dāng)O.2 < SOC < O. 8且Ulow く Ub く Uhigh吋，選取恒流充電模式； 隨著充電過程進(jìn)行，當(dāng)監(jiān)測到電池儲能系統(tǒng)端電壓Ub超出其充電電壓上限Uhigh，且電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC沒有超出限值時，即O. 2 < SOC < O. 8且Ub彡Uhigh，選取恒壓充電模式； 當(dāng)電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC繼續(xù)升高，直到越限，即SOC ^ O. 8，選取涓流充電模式。
27.如權(quán)利要求25所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，當(dāng)網(wǎng)側(cè)變流器工作在逆變狀態(tài)時，采用直流母線電壓外環(huán)，網(wǎng)側(cè)電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)控制策略，此時雙向DC /DC變換器工作在升壓模式，所述電池儲能系統(tǒng)放電，以電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC和端電壓Ub為約束條件。
28.如權(quán)利要求27所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，在放電初始階段，當(dāng)O.2 < SOC < O. 8且Ulow く Ub く Uhigh吋，選取恒流放電模式；隨著放電過程進(jìn)行，若SOC未越限而電池儲能系統(tǒng)端電壓Ub低于其放電電壓下限吋，即O. 2 < SOC < O. 8且Ub≤Uhigh,選取恒壓放電模式； 當(dāng)電池儲能系統(tǒng)的荷電狀態(tài)SOC繼續(xù)降低，直到其越限吋，即SOC ( O. 2吋，選取涓流放電模式。
29.如權(quán)利要求27所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述網(wǎng)側(cè)電流內(nèi)環(huán)為電網(wǎng)側(cè)電流控制策略；所述直流母線電壓外環(huán)為恒流和恒壓切換控制的雙閉環(huán)控制策略。
30.如權(quán)利要求29所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，采用基于電網(wǎng)電壓定向的矢量控制實(shí)現(xiàn)恒流和恒壓切換控制的雙閉環(huán)控制策略；包括下述步驟 ①電網(wǎng)側(cè)三相電壓u經(jīng)鎖相環(huán)結(jié)，得到相角n，所述的相角η用于參與坐標(biāo)變換； ②所述控制電路監(jiān)測網(wǎng)側(cè)變流器三相電流i、電網(wǎng)電壓u和濾波電容的電流； ③經(jīng)過坐標(biāo)變換分別得到dq軸分量id、iq>ud、uq> icd和iq ； ④直流母線電壓外環(huán)電壓給定值U*d。與支撐電容Cd。電壓實(shí)測值Udc做差，經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到d軸電流給定值i*d ;所述d軸電流給定值i*d與網(wǎng)側(cè)電流實(shí)測d軸分量id做差，經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到d軸初步電壓給定值U’d，d軸初步電壓給定值U’d通過與ω 項(xiàng)做差實(shí)現(xiàn)解耦控制，得到d軸的電壓控制量U*’ d ； ⑤濾波電容d軸分量し經(jīng)調(diào)制系數(shù)Kd與所述U*’d做差，得到d軸電壓給定值U*d ； ⑥無功電流給定值i*q與網(wǎng)側(cè)變流器電流實(shí)測q軸分量i,做差，經(jīng)過PI環(huán)節(jié)得到q軸初歩電壓給定值U’ q,通過與id ω L項(xiàng)以及電網(wǎng)電壓q軸分量Uq做差實(shí)現(xiàn)解耦控制，得到q軸的電壓控制量U*’，； ⑦濾波電容q軸分量i。,經(jīng)調(diào)制系數(shù)Kd與U*’q做差，得到q軸電壓給定值U*,； ⑧d軸電壓給定值U*d和q軸電壓給定值U*,通過坐標(biāo)變換，得到三相電壓控制量，經(jīng)PWM調(diào)制得到開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)基于電網(wǎng)電壓電流的雙閉環(huán)控制。
31.如權(quán)利要求29所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在干，在對網(wǎng)側(cè)變流器進(jìn)行控制時，對電壓、電流三相交流量進(jìn)行坐標(biāo)變換，將其變?yōu)閐q坐標(biāo)系下的兩相旋轉(zhuǎn)直流量，其公式為
32.如權(quán)利要求18所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟(4)中，所述控制電路監(jiān)測濾波電路濾除所述網(wǎng)側(cè)變流器的交流電壓輸出高頻諧波。
33.如權(quán)利要求18所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟(5)中，所述控制電路監(jiān)測隔離變壓器消除交流電壓輸出的高次諧波。
34.如權(quán)利要求32和33中任一項(xiàng)所述的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述方法通過所述LCL濾波器和隔離變壓器實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于電池儲能系統(tǒng)的功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)及其控制方法，功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)包括電池儲能系統(tǒng)、雙向DC／DC變換器、網(wǎng)側(cè)變流器、濾波電路和隔離變壓器；電池儲能系統(tǒng)通過雙向DC／DC變換器與網(wǎng)側(cè)變流器的直流母線并聯(lián)；網(wǎng)側(cè)變流器、濾波電路和隔離變壓器依次連接；隔離變壓器接入電網(wǎng)；控制方法包括下述步驟控制電路依次對電池儲能系統(tǒng)、雙向DC／DC變換器、網(wǎng)側(cè)變流器、濾波電路和隔離變壓器進(jìn)行監(jiān)測；本發(fā)明的電池儲能系統(tǒng)采用電池單體串聯(lián)，通過雙向DC／DC變換器與共用直流母線并聯(lián)，避免電池組間環(huán)流，便于系統(tǒng)擴(kuò)容，加入電池儲能系統(tǒng)荷電狀態(tài)SOC以及電池端電壓的監(jiān)測控制策略，避免電池系統(tǒng)出現(xiàn)過度充電或過度放電狀態(tài)，延長電池組工作壽命，減少綜合使用成本。
文檔編號H02J3/01GK102916440SQ20121035297
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者李建林, 徐少華, 謝志佳, 修曉青, 惠東 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司