一種基于dc/ac雙向變流器控制的分布式電源系統的制作方法
【專利摘要】一種基于DC/AC雙向變流器控制的分布式電源系統，提出一種基于DC/AC雙向變流器控制的分布式電源系統，將蓄電池超級電容器組合構成混合儲能單元，通過雙向DC?DC變流器接入系統直流母線，通過雙向DC?AC變流器進行并網。設計了雙向DC/AC變換器直流母線電壓控制策略，給出了基于DC/AC雙向變流器控制的分布式電源系統結構圖和雙向DC/AC變流器控制結構圖，并通過前饋補償控制，保證DC/AC單元控制系統直流母線電壓恒定，維持系統能量平衡，有效抑制大功率擾動下的直流母線電壓沖擊。
【專利說明】-種基于DC/AC雙向變流器控制的分布式電源系統
[0001] 本發明設及電力電子技術領域，具體設及變流器系統設計，主要應用于分布式發 電系統。
【背景技術】
[0002] 采用分布式發電技術，可W有效利用各地豐富的清潔和可再生能源，在一定程度 上緩解由于傳統煤炭、石油等化石燃料日益消耗所帶來的能源短缺及環境問題。將本地分 布式發電供能系統與負荷等組成微電網，作為一個可控單元接入本地電網，能更大程度地 發揮分布式電源的效益，也能避免間歇式電源影響本地用戶電能質量。但由于分布式發電 單元功率輸出具有隨機性、間歇性特性，需要利用儲能系統進行波動功率調節，降低其間歇 性波動功率對電網的沖擊。有鑒于此，本專利提出一種基于DC/AC雙向變流器控制的分布式 電源系統，將能量型儲能（蓄電池)和功率型儲能(超級電容器)組合構成混合儲能單元，通 過雙向DC-DC變流器接入系統直流母線，通過雙向DC-AC變流器進行并網。通常系統并網運 行時，分布式電源供電系統中的功率波動、光伏輸出電流擾動、混合儲能系統輸出變化或雙 向DC-AC變流器輸出功率的突變都會使直流母線電壓產生波動，嚴重時甚至有可能觸發直 流母線電壓保護動作，不利于系統穩定運行。因此，本系統設計了雙向DC/AC變換器直流母 線電壓控制策略，用W保證DC-AC單元控制系統直流母線電壓恒定，維持系統能量平衡，有 效抑制大功率擾動下的直流母線電壓沖擊。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種基于DC/AC雙向變流器控制的分布式電源系統，所設 計的系統如圖1所示，系統主要由光伏發電單元、裡電池儲能系統、超級電容器儲能系統、 DC/DC變換器、雙向DC/AC變流器、直流母線和交流母線構成。儲能單元通過雙向DC/DC升降 壓變換器接入直流母線，通過控制開關管通斷，DC/DC變換器工作于腳CK和BOOST模式，實現 能量雙向流動，下橋臂開關管導通，上橋臂開關管關斷時，處于BOOST狀態，反之，處于BUCK 狀態。
[0004] 雙向DC/AC變換器采用直流母線電壓控制方式，維持系統功率平衡。分布式電源系 統中的光伏輸出波動、混合儲能系統的電流變化，雙向DC/AC變流器輸出變化都會引起直流 母線電壓波動，甚至破壞系統的穩定運行，必須采取有效的控制策略，抑制各種擾動對直流 母線電壓的沖擊，維持直流母線電壓穩定。雙向DC/AC變流器采用圖2所示的控制結構。系統 進行雙閉環控制，外環為電壓環，直流側電壓UDC和參考電壓姑e信號進行比較，送入電壓PI 調節器，產生電流內環的有功電流參考信號％，內環采用dq電流解禪控制，從而得到雙向 DC/AC逆變器所需的空間矢量PWM調制信號。
[0005] 在dq坐標系下，建立DC/AC雙向變流器的數學模型：
[0006]
[0007]則d軸電流環的閉環傳遞函數描述為：
[000引
[0009]其中，kpid、kiid為電流環PI控制器的比例和積分系數。設電壓外環為Gupi(S)，則可 得其控制結構圖如圖3所示，考慮到實際系統運行時，雙向DC/AC變流器的輸出電流響應滯 后于分布式電源注入直流母線電流的變化，因此給系統加入前饋補償環節Gfd(s)，如圖4所 /J、- 〇
【附圖說明】
[0010]圖堪于DC/AC雙向變流器控制的分布式電源系統結構圖；
[0011]圖2雙向DC/AC變流器控制結構圖；
[001^ 圖3雙向DC-AC變流器直流母線電壓控制框圖；
[001引圖4帶有前饋補償的DC-AC直流母線電壓環控制圖；
【具體實施方式】
[0014]為了使從事變流技術相關技術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。
[001引參見圖1，本系統提供了基于DC/AC雙向變流器控制的分布式電源系統結構圖，該 系統主要由光伏發電單元、裡電池儲能系統、超級電容器儲能系統、DC/DC變換器、雙向DC/ AC變流器、直流母線和交流母線構成。儲能單元由裡電池儲能和超級電容器儲能構成混合 儲能系統，各自通過雙向DC/DC升降壓變換器接入直流母線，通過控制開關管通斷，DC/DC變 換器工作于BUCK和BOOST模式，實現能量雙向流動，下橋臂開關管導通，上橋臂開關管關斷 時，處于BOOST狀態，反之，處于腳CK狀態。光伏發電系統采用最大功率輸出MPPT控制。裡電 池組或超級電容器組儲能系統的充放電控制由上層能量管理系統根據儲能單元荷電狀態 (S0C)進行控制。雙向DC/AC變換器采用直流母線電壓控制方式，維持系統功率平衡。分布式 電源系統中的光伏輸出波動、混合儲能系統的電流變化，雙向DC/AC變流器輸出變化都會引 起直流母線電壓波動，甚至破壞系統的穩定運行，必須采取有效的控制策略，抑制各種擾動 對直流母線電壓的沖擊，維持直流母線電壓穩定。
[0016]參見圖2,給出了雙向DC/AC變流器控制結構圖，該系統主要由直流母線、交流母 線、DC/AC變流器、SVP歷脈沖生成、電流解禪控制、電壓PI調節器、abc-dq變換系統等構成。 雙向DC/AC變流器采用雙閉環控制，外環為電壓控制環，直流側電壓UDC和參考電壓信號 進行比較，送入電壓PI調節器，產生電流內環的有功電流參考信號Z:，內環采用dq電流解禪 控制，從而得到雙向DC/AC逆變器所需的空間矢量P麗調制信號，該信號加入到雙向DC/AC變 流器的開關元件上。abc-dq變換用于將變流器網側電流信號從abc坐標系變換到dq坐標系。 [0017]在dq坐標系下，建立DC/AC雙向變流器的數學模型：
[001 引
[0019] 則d軸電流環的閉環傳遞函數描述為：
[0020]
[0021] 其中，kpid、kiid為電流環PI控制器的比例和積分系數。
[0022] 參見圖3,給出了雙向DC-AC變流器直流母線電壓控制框圖，系統輸入為直流電壓 參考信號，輸出為實際直流輸出信號，形成閉環控制回路，二者偏差信號送入電壓外環控制 環節，電壓外環傳遞函數為Gupi(S)，得到電流參考信號（，將其送入電流內環，電流內環傳 遞函數為Gepi(S)，從而得到電流輸出信號，將其加于被控對象上。
[0023] 參見圖4,給出了帶有前饋補償的DC-AC直流母線電壓環控制圖。考慮到實際系統 運行時，雙向DC/AC變流器的輸出電流響應滯后于分布式電源注入直流母線電流的變化，因 此給系統加入前饋補償環節Gfd(s)。系統的結構和電壓電流雙閉環系統類似，只是在系統中 將注入直流母線的電流i。加入電流環之前，從而在電流發生變化時，對直流母線造成的電 壓偏移進行補償，從而會較小擾動對直流母線電壓的影響。根據經典控制理論分析，要實現 對擾動信號的誤差全補償，必須滿；
實際控制時，不能達到全補償，也不 必刻意按照電流內環傳遞函數為Gcpi(S)進行前饋環節設計，主要W降低和減小擾動影響為 主。
[0024] W上內容是結合優選技術方案對本發明所做的詳細說明，不能認定發明的具體實 施僅限于運些，對于在不脫離本發明思想前提下做出的簡單推演及替換，都應當視為本發 明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種基于DC/AC雙向變流器控制的分布式電源系統，其特征在于：系統給出了基于 DC/AC雙向變流器控制的分布式電源系統結構圖，該系統主要由光伏發電單元、鋰電池儲能 系統、超級電容器儲能系統、DC/DC變換器、雙向DC/AC變流器、直流母線和交流母線構成。2. 根據權利要求1所述的一種基于DC/AC雙向變流器控制的分布式電源系統，該系統儲 能單元由鋰電池儲能和超級電容器儲能構成混合儲能系統，各自通過雙向DC/DC升降壓變 換器接入直流母線，通過控制開關管通斷，DC/DC變換器工作于BUCK和BOOST模式，實現能量 雙向流動。3. 按照權利要求1或2所述的一種基于DC/AC雙向變流器控制的分布式電源系統，其特 征在于：系統中雙向DC/DC升降壓變換器下橋臂開關管導通，上橋臂開關管關斷時，處于 BOOST狀態，反之，處于BUCK狀態。4. 按照權利要求1、或2、或3所述的一種基于DC/AC雙向變流器控制的分布式電源系統， 其特征在于:光伏發電系統采用最大功率輸出MPPT控制。5. 按照權利要求1、或2、或3、或4所述的一種基于DC/AC雙向變流器控制的分布式電源 系統，其特征在于:鋰電池組或超級電容器組儲能系統的充放電控制由上層能量管理系統 根據儲能單元荷電狀態(S0C)進行控制。6. 按照權利要求1、或2所述的一種基于DC/AC雙向變流器控制的分布式電源系統，其特 征在于:雙向DC/AC變換器采用直流母線電壓控制方式，維持系統功率平衡。7. 按照權利要求1、或2、或6所述的一種基于DC/AC雙向變流器控制的分布式電源系統， 其特征在于:給出了雙向DC/AC變流器控制結構圖，該系統主要由直流母線、交流母線、DC/ AC變流器、SVPWM脈沖生成、電流解耦控制、電壓PI調節器、ab c-dq變換系統等構成。8. 按照權利要求1、或2、或6、或7所述的一種基于DC/AC雙向變流器控制的分布式電源 系統，其特征在于:雙向DC/AC變流器采用雙閉環控制，外環為電壓控制環，內環采用dq電流 解耦控制。9. 按照權利要求1、或2、或6、或7、或8所述的一種基于DC/AC雙向變流器控制的分布式 電源系統，其特征在于:直流側電壓u DC和參考電壓信號進行比較，送入電壓PI調節器，產 生電流內環的有功電流參考信號?，內環采用dq電流解耦控制，從而得到雙向DC/AC逆變器 所需的空間矢量PWM調制信號，該信號加入到雙向DC/AC變流器的開關元件上。10. 按照權利要求1、或2、或6、或7、或8、或9所述的一種基于DC/AC雙向變流器控制的分 布式電源系統，其特征在于:abc-dq變換用于將變流器網側電流信號從abc坐標系變換到dq 坐標系。
【文檔編號】H02M7/44GK106058929SQ201610521921
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月2日
【發明人】張元敏, 王武
【申請人】許昌學院