一種并聯并網電池儲能系統控制器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力電子、儲能等相關技術領域，具體涉及一種并聯并網電池儲能系統控制器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]電池儲能技術可以有效增加傳統電力系統“柔性”，因此廣泛應用于電力系統中，尤其是在分布式發電、新能源、不間斷電源、電能質量改善等方面應用前景十分廣闊。并聯并網電池儲能系統具有一系列優勢，但對其控制技術也提出了更高的要求。有鑒于此，本專利提出一種并聯并網電池儲能系統控制器設計，構建了一種并聯并網電池儲能系統，該系統便于模塊化設計和靈活擴展，既能作為傳統儲能系統使用，也具有應急功能，對系統中各個模式下的控制器進行了詳細設計。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種并聯并網電池儲能系統控制器及其控制方法；
一種并聯并網電池儲能系統控制器，該系統包括不同類型和容量的電池組、多個變流器、檢測變換控制單元以及LCL濾波器等構成，通過模塊并聯方式并入電網，與變流器配套的檢測、變換及控制單元可控制變流器運行狀態，從而使系統在不同模式下運行，其特征在于:
變流器采用了雙向擴展控制結構，由隔離式雙向DC/DC變換器和DC/AC逆變器模塊構成，其中全控橋Hl、變壓器T、電抗器LT和全控橋H2構成隔離式DC/DC變換器，全控橋H3和LCL濾波器構成DC/AC逆變器模塊，通過直流側電容作電壓支撐。
[0004]并聯并網電池儲能系統控制器采用三層控制體系構架，將整個系統分為狀態識別、系統控制和信號輸出三層。
[0005]狀態識別層主要通過對傳感器采集的電壓、電流等信號進行分析，確定系統的工作狀態和模式，產生相應的控制信號到系統控制層；系統控制層主要調用各種控制算法，產生PffM控制信號到信號輸出層；信號輸出層產生各開關管的驅動脈沖，實現開關管的開關動作。
[0006]模式一為電網正常情況下蓄電池充放電控制模式，模式二為電網故障下的應急模式。
[0007]在電網正常情況下，通過對隔離型DC/DC變換器和并網DC/AC逆變器控制，實現蓄電池充放電控制。
[0008]該系統應用電壓外環和電流內環雙閉環控制，電壓環主要進行蓄電池電壓控制和直流母線電壓控制，通過充放電模式選擇，得到對應的電流參考信號，和實際系統電流比較，送入電流PI調節器，經PffM調制，輸出信號給DC/DC變換器。
[0009]在蓄電池充放電控制模式下，DC/AC逆變器輔助并網電流波形控制，直流母線電壓信號經電壓PI調節器，得到并網電流參考信號，與電網電流實際信號相比較，經電流PI調節器，輸出信號和等腰三角波進行SPffM調制，得到DC/AC變換器的開關信號。
[0010]電網異常時，系統工作于應急模式，無電網電壓支撐，電池儲能裝置構成并聯模塊，通過DC/AC向重要負荷供電，此時要保證系統均流，控制結構，該系統外環采用功率環，內環采用電壓環，平均有功功率和實際有功功率進行比較，送入功率PI調節器，平均無功功率和實際無功進行比較，送入功率PI調節器，通過綜合計算，得出并網電壓參考信號，與實際信號相比較，經電壓PI調節器，輸出信號進行SPffM調制，得到逆變器控制信號。
[0011]該并網電池儲能系統控制結構靈活，能夠在電網正常情況下實現和儲能系統的能量交互，同時能夠在電網異常情況下實現逆變輸出，為重要負荷提供應急電源，保證各變流器之間的均流。
【附圖說明】
[0012]圖1并聯并網電池儲能系統結構圖；
圖2協調控制體系構架圖；
圖3蓄電池充放電控制模式下DC/DC變換器控制結構圖；
圖4蓄電池充放電控制模式下DC/AC逆變器控制結構圖；
圖5應急模式下DC/AC逆變器控制結構圖。
【具體實施方式】
[0013]為了使從事電池儲能系統控制技術相關領域人員能更好地理解本發明方案，下面參照附圖對本發明實施方式進行詳細說明。
[0014]
一種并聯并網電池儲能系統控制器，該系統包括不同類型和容量的電池組、多個變流器、檢測變換控制單元以及LCL濾波器等構成，通過模塊并聯方式并入電網，與變流器配套的檢測、變換及控制單元可控制變流器運行狀態，從而使系統在不同模式下運行，其特征在于:
變流器采用了雙向擴展控制結構，由隔離式雙向DC/DC變換器和DC/AC逆變器模塊構成，其中全控橋Hl、變壓器T、電抗器LT和全控橋H2構成隔離式DC/DC變換器，全控橋H3和LCL濾波器構成DC/AC逆變器模塊，通過直流側電容作電壓支撐。
[0015]并聯并網電池儲能系統控制器采用三層控制體系構架，將整個系統分為狀態識別、系統控制和信號輸出三層。
[0016]狀態識別層主要通過對傳感器采集的電壓、電流等信號進行分析，確定系統的工作狀態和模式，產生相應的控制信號到系統控制層；系統控制層主要調用各種控制算法，產生PffM控制信號到信號輸出層；信號輸出層產生各開關管的驅動脈沖，實現開關管的開關動作。
[0017]模式一為電網正常情況下蓄電池充放電控制模式，模式二為電網故障下的應急模式。
[0018]在電網正常情況下，通過對隔離型DC/DC變換器和并網DC/AC逆變器控制，實現蓄電池充放電控制。
[0019]該系統應用電壓外環和電流內環雙閉環控制，電壓環主要進行蓄電池電壓控制和直流母線電壓控制，通過充放電模式選擇，得到對應的電流參考信號，和實際系統電流比較，送入電流PI調節器，經PffM調制，輸出信號給DC/DC變換器。
[0020]在蓄電池充放電控制模式下，DC/AC逆變器輔助并網電流波形控制，直流母線電壓信號經電壓PI調節器，得到并網電流參考信號，與電網電流實際信號相比較，經電流PI調節器，輸出信號和等腰三角波進行SPffM調制，得到DC/AC變換器的開關信號。
[0021]電網異常時，系統工作于應急模式，無電網電壓支撐，電池儲能裝置構成并聯模塊，通過DC/AC向重要負荷供電，此時要保證系統均流，控制結構，該系統外環采用功率環，內環采用電壓環，平均有功功率和實際有功功率進行比較，送入功率PI調節器，平均無功功率和實際無功進行比較，送入功率PI調節器，通過綜合計算，得出并網電壓參考信號，與實際信號相比較，經電壓PI調節器，輸出信號進行SPffM調制，得到逆變器控制信號。
[0022]該并網電池儲能系統控制結構靈活，能夠在電網正常情況下實現和儲能系統的能量交互，同時能夠在電網異常情況下實現逆變輸出，為重要負荷提供應急電源，保證各變流器之間的均流。
[0023]并聯并網電池儲能系統結構如圖1所示，該系統由不同類型和容量的電池組、多個變流器單元、檢測變換控制單元以及LCL濾波器等構成，通過模塊并聯方式并入電網，與變流器配套的檢測、變換及控制單元可控制變流器運行狀態，從而使系統在不同模式下運行。變流器采用雙向擴展控制結構，由隔離式雙向DC/DC變換器和DC/AC逆變器模塊構成，其中全控橋H1、變壓器T、電抗器LT和全控橋H2構成隔離式DC/DC變換器，全控橋H3和LCL濾波器構成DC/AC逆變器模塊，通過直流側電容作電壓支撐。
[0024]為了實現系統的協調控制，必須采取必要的控制策略，本專利提出采用圖2所示的三層控制體系構架，將整個系統分為狀態識別、系統控制和信號輸出三層，其中狀態識別層主要通過對傳感器采集的電壓、電流等信號進行分析，確定系統的工作狀態和模式，產生相應的控制信號到系統控制層；系統控制層主要調用各種控制算法，產生PffM控制信號到信號輸出層；信號輸出層產生各開關管的驅動脈沖，實現開關管的開關動作。
[0025]在電網正常情況下，通過對隔離型DC/DC變換器和并網DC/AC逆變器控制，實現蓄電池充放電。蓄電池充放電控制模式下DC/DC變換器控制結構如圖3所示，該系統應用電壓外環和電流內環雙閉環控制，電壓環主要進行蓄電池電壓控制和直流母線電壓控制，通過充放電模式選擇，得到對應的電流參考信號，和實際系統電流比較，送入電流PI調節器，經PffM調制，輸出信號給DC/DC變換器。在蓄電池充放電控制模式下，DC/AC逆變器輔助并網電流波形控制，其具體策略如圖4所示，直流母線電壓信號經