無(wú)直流電流傳感器的儲(chǔ)能變流器充放電控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種全新的儲(chǔ)能變流器充放電無(wú)直流電流傳感器控制方法。與傳統(tǒng)的基于充放電直流電壓、電流傳感器采樣控制方法相比，本發(fā)明所提出的儲(chǔ)能變流器充放電無(wú)直流電流傳感器控制方法基于交流側(cè)功率檢測(cè)，能快速穩(wěn)定地控制直流充放電電流，節(jié)省直流環(huán)節(jié)電流傳感器和采樣電路。本發(fā)明中各模塊功能定位清晰、結(jié)構(gòu)緊湊、便于安裝和調(diào)試，降低儲(chǔ)能變流器系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)可靠性。
【專利說(shuō)明】無(wú)直流電流傳感器的儲(chǔ)能變流器充放電控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其屬于一種變流控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)電作為一種可再生能源，其發(fā)展越來(lái)越受重視。由于風(fēng)能的固有特征，風(fēng)電的出力會(huì)隨時(shí)波動(dòng)，給并網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重問(wèn)題。儲(chǔ)能裝置在風(fēng)電系統(tǒng)的配套使用，將有效改善風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)的不利影響，提高電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)的允許接入率，提高風(fēng)電出力平滑性，實(shí)現(xiàn)削峰填谷等功能。
[0003]儲(chǔ)能型變流器裝置也可以稱作功率變換系統(tǒng)(power converting system,以下簡(jiǎn)稱PCS)，其連接著電網(wǎng)和儲(chǔ)能電池柜。作為連接電網(wǎng)和儲(chǔ)能電池之間的橋梁，PCS將風(fēng)電系統(tǒng)出力超額部分儲(chǔ)存起來(lái)，并在風(fēng)電出力低谷時(shí)及時(shí)補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)削峰填谷、平滑出力的功能。同時(shí)PCS還應(yīng)能接收電網(wǎng)調(diào)度要求，合理分配有功、無(wú)功功率輸出與輸入。
[0004]單級(jí)式PCS變流器由于沒(méi)有雙向DC-DC控制環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了系統(tǒng)造價(jià)，在現(xiàn)場(chǎng)廣泛采用。
[0005]單級(jí)式PCS變流器結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)控制方法，直流充放電環(huán)節(jié)采用獨(dú)立功率控制方式，即采樣直流側(cè)電壓、電流參數(shù)值，進(jìn)行單獨(dú)控制，缺乏對(duì)交流側(cè)采樣值的充分利用，而且增加了系統(tǒng)硬件成本。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上問(wèn)題，本發(fā)明提出了一個(gè)新的解決方案。本方案將交流側(cè)采樣獲得的電壓、電流數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)計(jì)算得出當(dāng)前系統(tǒng)輸入或輸出的功率，并根據(jù)直流側(cè)采樣獲得的電壓數(shù)據(jù)，直接控制直流側(cè)充放電功率。本發(fā)明不僅提高了系統(tǒng)響應(yīng)速度，并且節(jié)約了直流側(cè)硬件采樣成本。
[0007]本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案:
[0008]一種無(wú)直流電流傳感器的儲(chǔ)能變流器充放電控制系統(tǒng)，包括儲(chǔ)能變流器主電路單元和控制模塊，其特征在于:
[0009]所述主電路單元包括儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊、一組三相交流電壓傳感器、一組三相交流電流傳感器和一個(gè)直流電壓傳感器；
[0010]所述交流電壓傳感器跨接于三相電網(wǎng)與儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊之間，所述交流電流傳感器串接于三相電網(wǎng)與儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊之間，所述直流電壓傳感器并接于儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊與電池的連線之間，所述控制模塊分別接收交流電壓傳感器、交流電流傳感器和直流電壓傳感器輸出的采樣信號(hào)，輸出儲(chǔ)能變流器雙向AC-DC模塊的IGBT控制信號(hào);
[0011]所述控制模塊根據(jù)接收到的交流電壓、交流電流、直流電壓信號(hào)，計(jì)算得出當(dāng)前直流充放電電流值，根據(jù)當(dāng)前直流充放電電流值與參考值，通過(guò)PI調(diào)節(jié)器及信號(hào)處理，最終輸出IGBT控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)充放電功率控制。[0012]傳統(tǒng)的控制方式通常為，根據(jù)所需充放電功率，單由直流側(cè)進(jìn)行電壓、電流采樣，計(jì)算得出直流側(cè)充放電功率，并根據(jù)單直流側(cè)控制算法，調(diào)整設(shè)定電壓、電流控制參考值，由控制器最終輸出PWM控制信號(hào)，控制直流側(cè)充放電功率。傳統(tǒng)方法的控制硬件軟件復(fù)雜，需要完成直流側(cè)的電壓電流采樣，控制算法需要采用電壓環(huán)和電流環(huán)分別控制。
[0013]本申請(qǐng)具有以下有益的技術(shù)效果:
[0014]采用新型的儲(chǔ)能變流器充放電無(wú)直流傳感器控制方法，控制模塊接收交流電壓、交流電流和直流電壓傳感器信號(hào)，實(shí)時(shí)檢測(cè)各傳感器參數(shù)值，計(jì)算得出交流側(cè)輸入輸出功率，根據(jù)輸入輸出功率和直流側(cè)電壓，控制電池充放電電流。
[0015]采用此方法，可以減少直流側(cè)電流傳感器和相關(guān)的采樣調(diào)理電路，控制方法更加簡(jiǎn)明，控制系統(tǒng)具有更強(qiáng)的實(shí)時(shí)性和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為基于常規(guī)方法的儲(chǔ)能變流器充放電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的無(wú)直流電流傳感器的儲(chǔ)能變流器充放電控制系統(tǒng)框圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的儲(chǔ)能變流器充放電控制電路原理圖；
[0019]圖4為本發(fā)明的儲(chǔ)能變流器充放電控制算法框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面根據(jù)說(shuō)明書附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0021]如圖1所示，儲(chǔ)能變流器充放電控制常規(guī)方法原理圖，基于常規(guī)方法的儲(chǔ)能變流器充放電控制系統(tǒng)包括儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊、交流電壓傳感器、交流電流傳感器、直流電壓傳感器、直流電流傳感器和控制模塊。電網(wǎng)作為供電和受電對(duì)象，負(fù)責(zé)提供和吸納儲(chǔ)能變流器充放電產(chǎn)生的功率。儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊接于電網(wǎng)與電池之間。交流側(cè)電壓電流傳感器接于電網(wǎng)和儲(chǔ)能變流器AC/DC之間的連接線處，直流側(cè)電壓電流傳感器接于儲(chǔ)能變流器AC/DC和電池連接線之間。控制模塊分別接收交流側(cè)電壓電流傳感器和直流側(cè)電壓電流傳感器輸出的采樣，并根據(jù)策略，輸出交流側(cè)的PWM控制信號(hào)。
[0022]圖2所示為本發(fā)明公開(kāi)的無(wú)直流電流傳感器儲(chǔ)能變流器充放電控制系統(tǒng)基本框圖。包括儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊、交流電壓傳感器、交流電流傳感器、直流電壓傳感器和控制模塊。電網(wǎng)作為供電和受電對(duì)象，負(fù)責(zé)提供和吸納儲(chǔ)能變流器充放電產(chǎn)生的功率。儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊接于電網(wǎng)與儲(chǔ)能電池之間。交流電壓傳感器和交流電流傳感器接于電網(wǎng)和儲(chǔ)能變流器AC/DC之間的連接線處，直流電壓傳感器接于儲(chǔ)能變流器AC/DC與電池連接線之間?？刂颇K分別接收交流電壓傳感器、交流電流傳感器和直流電壓傳感器輸出的采樣信號(hào)，計(jì)算得出當(dāng)前系統(tǒng)從電網(wǎng)輸入或輸出到電網(wǎng)的功率，根據(jù)能量守恒定律，將交流側(cè)輸入功率近似等于直流側(cè)輸出功率，并有直流側(cè)電壓采樣所得直流電壓值，計(jì)算得出當(dāng)前直流充放電電流值，根據(jù)當(dāng)前直流充放電電流值與充放電電流參考值構(gòu)建負(fù)反饋控制回路，通過(guò)PI調(diào)節(jié)器及后續(xù)信號(hào)處理，最終輸出IGBT控制信號(hào)，將直流充放電電流值控制在參考值，從而實(shí)現(xiàn)充放電功率控制。
[0023]圖3所示為本發(fā)明的儲(chǔ)能變流器充放電控制電路原理圖。第一交流電壓傳感器VT1跨接于三相電網(wǎng)之間，第一交流電流傳感器CT1串接于交流電網(wǎng)與儲(chǔ)能變流器AC-DC之間，第一直流電流傳感器CT2跨接于直流母線Uliaink之間，第一繼電器Kdc串接于直流母線與電池保險(xiǎn)連接線之間，電池保險(xiǎn)串接于第一繼電器Kdc另一端與電池之間。當(dāng)對(duì)電池充放電操作時(shí)，先接通第一繼電器KD。，當(dāng)完成操作時(shí)，斷開(kāi)第一繼電器KD。。
[0024]圖4所示為本發(fā)明的儲(chǔ)能變流器充放電控制算法框圖，根據(jù)交流電壓電流傳感器和直流電壓傳感器，分別得到采樣信號(hào)UAC、UAB, Ubc, Ia、Ib、I。，其中UAC、UAB、Ubc分別為儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊交流輸入端AC、AB、BC相之間的電壓，IA、IB、Ic分別為儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊交流輸入端A、B、C三相電流。
[0025]根據(jù)公式
[0026]
【權(quán)利要求】
1.一種無(wú)直流電流傳感器的儲(chǔ)能變流器充放電控制系統(tǒng)，包括儲(chǔ)能變流器主電路單元和控制模塊，其特征在于: 所述主電路單元包括儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊、一組三相交流電壓傳感器、一組三相交流電流傳感器和一個(gè)直流電壓傳感器； 所述交流電壓傳感器跨接于三相電網(wǎng)與儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊之間，所述交流電流傳感器串接于三相電網(wǎng)與儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊之間，所述直流電壓傳感器并接于儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊與電池的連線之間，所述控制模塊分別接收交流電壓傳感器、交流電流傳感器和直流電壓傳感器輸出的采樣信號(hào)，輸出儲(chǔ)能變流器雙向AC-DC模塊的IGBT控制信號(hào)；所述控制模塊根據(jù)接收到的交流電壓、交流電流、直流電壓信號(hào)，計(jì)算得出當(dāng)前直流充放電電流值，根據(jù)當(dāng)前直流充放電電流值與參考值，通過(guò)PI調(diào)節(jié)器及信號(hào)處理，最終輸出IGBT控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)充放電功率控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)直流電流傳感器的儲(chǔ)能變流器充放電控制系統(tǒng)，其特征在于:所述儲(chǔ)能變流器充放電控制系統(tǒng)還包括第一繼電器Kdc、電池保險(xiǎn)連接線； 第一繼電器Kdc串接于儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊輸出側(cè)的直流母線與電池保險(xiǎn)連接線之間，電池保險(xiǎn)串接于第一繼電器Kdc另一端與電池之間；當(dāng)對(duì)電池充放電操作時(shí)，先接通第一繼電器KD。,當(dāng)完成充放電操作時(shí),斷開(kāi)第一繼電器KD。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)直流電流傳感器的儲(chǔ)能變流器充放電控制系統(tǒng)，其特征在于: 根據(jù)交流電壓電流傳感器和直流電壓傳感器，分別得到采樣信號(hào)UpUm UBC、IA> Ib> Ic，其中分別為儲(chǔ)能變流器AC/D`C模塊交流輸入端AC、AB、BC相之間的電壓，IA、IB、Ic分別為儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊交流輸入端A、B、C三相電流，jj *j 根據(jù)公式Ac = ' Α? Α，得出儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊交流側(cè)輸入功率 Pac。 根據(jù)公式PACfiltOT = a*PAC+(l-a)*PACfilter對(duì)輸出功率Pac進(jìn)行數(shù)字濾波，其中PAmltOT為濾波后的輸出，Pa。為采樣計(jì)算直接所得的輸出功率，a為濾波時(shí)間常數(shù)，取值范圍一般為0〈a〈l ； 根據(jù)公式Irc=PAmlte/UD。，得出儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊直流側(cè)充放電電流計(jì)算值ID。，其中Udc為儲(chǔ)能變流器AC/DC模塊輸出的直流側(cè)電壓采集值； 直流側(cè)充放電電流設(shè)定值為Ircsrt，充放電電流設(shè)定值ID&rt與充放電電流計(jì)算值ID。構(gòu)成負(fù)反饋回路輸入PI調(diào)節(jié)器，PI調(diào)節(jié)器計(jì)算輸出參數(shù)，通過(guò)限幅函數(shù)f Gd)和滯環(huán)控制器函數(shù)f (x2)后，最后經(jīng)PWM發(fā)生器后，輸出直流充放電IGBT的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流充放電環(huán)節(jié)的完整控制。
【文檔編號(hào)】H02J3/32GK103633659SQ201310670997
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】吳國(guó)榮, 陳劍, 鹿懷驥, 王思耕 申請(qǐng)人:北京華電天仁電力控制技術(shù)有限公司