无直流电流传感器的储能变流器充放电控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种全新的储能变流器充放电无直流电流传感器控制方法。与传统的基于充放电直流电压、电流传感器采样控制方法相比，本发明所提出的储能变流器充放电无直流电流传感器控制方法基于交流侧功率检测，能快速稳定地控制直流充放电电流，节省直流环节电流传感器和采样电路。本发明中各模块功能定位清晰、结构紧凑、便于安装和调试，降低储能变流器系统成本，提高系统可靠性。
【专利说明】无直流电流传感器的储能变流器充放电控制系统
【技术领域】
[0001]本发明属于电力控制【技术领域】，尤其属于一种变流控制【技术领域】。
【背景技术】
[0002]风电作为一种可再生能源，其发展越来越受重视。由于风能的固有特征，风电的出力会随时波动，给并网运行带来严重问题。储能装置在风电系统的配套使用，将有效改善风电对电网的不利影响，提高电网对风电并网的允许接入率，提高风电出力平滑性，实现削峰填谷等功能。
[0003]储能型变流器装置也可以称作功率变换系统(power converting system,以下简称PCS)，其连接着电网和储能电池柜。作为连接电网和储能电池之间的桥梁，PCS将风电系统出力超额部分储存起来，并在风电出力低谷时及时补充，实现削峰填谷、平滑出力的功能。同时PCS还应能接收电网调度要求，合理分配有功、无功功率输出与输入。
[0004]单级式PCS变流器由于没有双向DC-DC控制环节，简化了系统结构，降低了系统造价，在现场广泛采用。
[0005]单级式PCS变流器结构的传统控制方法，直流充放电环节采用独立功率控制方式，即采样直流侧电压、电流参数值，进行单独控制，缺乏对交流侧采样值的充分利用，而且增加了系统硬件成本。
【发明内容】
[0006]为克服现有技术中存在的以上问题，本发明提出了一个新的解决方案。本方案将交流侧采样获得的电压、电流数据，实时计算得出当前系统输入或输出的功率，并根据直流侧采样获得的电压数据，直接控制直流侧充放电功率。本发明不仅提高了系统响应速度，并且节约了直流侧硬件采样成本。
[0007]本发明具体采用以下技术方案:
[0008]一种无直流电流传感器的储能变流器充放电控制系统，包括储能变流器主电路单元和控制模块，其特征在于:
[0009]所述主电路单元包括储能变流器AC/DC模块、一组三相交流电压传感器、一组三相交流电流传感器和一个直流电压传感器；
[0010]所述交流电压传感器跨接于三相电网与储能变流器AC/DC模块之间，所述交流电流传感器串接于三相电网与储能变流器AC/DC模块之间，所述直流电压传感器并接于储能变流器AC/DC模块与电池的连线之间，所述控制模块分别接收交流电压传感器、交流电流传感器和直流电压传感器输出的采样信号，输出储能变流器双向AC-DC模块的IGBT控制信号;
[0011]所述控制模块根据接收到的交流电压、交流电流、直流电压信号，计算得出当前直流充放电电流值，根据当前直流充放电电流值与参考值，通过PI调节器及信号处理，最终输出IGBT控制信号，实现充放电功率控制。[0012]传统的控制方式通常为，根据所需充放电功率，单由直流侧进行电压、电流采样，计算得出直流侧充放电功率，并根据单直流侧控制算法，调整设定电压、电流控制参考值，由控制器最终输出PWM控制信号，控制直流侧充放电功率。传统方法的控制硬件软件复杂，需要完成直流侧的电压电流采样，控制算法需要采用电压环和电流环分别控制。
[0013]本申请具有以下有益的技术效果:
[0014]采用新型的储能变流器充放电无直流传感器控制方法，控制模块接收交流电压、交流电流和直流电压传感器信号，实时检测各传感器参数值，计算得出交流侧输入输出功率，根据输入输出功率和直流侧电压，控制电池充放电电流。
[0015]采用此方法，可以减少直流侧电流传感器和相关的采样调理电路，控制方法更加简明，控制系统具有更强的实时性和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为基于常规方法的储能变流器充放电控制系统结构框图；
[0017]图2为本发明的无直流电流传感器的储能变流器充放电控制系统框图；
[0018]图3为本发明的储能变流器充放电控制电路原理图；
[0019]图4为本发明的储能变流器充放电控制算法框图。
【具体实施方式】
[0020]下面根据说明书附图，对本发明的技术方案进一步详细说明。
[0021]如图1所示，储能变流器充放电控制常规方法原理图，基于常规方法的储能变流器充放电控制系统包括储能变流器AC/DC模块、交流电压传感器、交流电流传感器、直流电压传感器、直流电流传感器和控制模块。电网作为供电和受电对象，负责提供和吸纳储能变流器充放电产生的功率。储能变流器AC/DC模块接于电网与电池之间。交流侧电压电流传感器接于电网和储能变流器AC/DC之间的连接线处，直流侧电压电流传感器接于储能变流器AC/DC和电池连接线之间。控制模块分别接收交流侧电压电流传感器和直流侧电压电流传感器输出的采样，并根据策略，输出交流侧的PWM控制信号。
[0022]图2所示为本发明公开的无直流电流传感器储能变流器充放电控制系统基本框图。包括储能变流器AC/DC模块、交流电压传感器、交流电流传感器、直流电压传感器和控制模块。电网作为供电和受电对象，负责提供和吸纳储能变流器充放电产生的功率。储能变流器AC/DC模块接于电网与储能电池之间。交流电压传感器和交流电流传感器接于电网和储能变流器AC/DC之间的连接线处，直流电压传感器接于储能变流器AC/DC与电池连接线之间。控制模块分别接收交流电压传感器、交流电流传感器和直流电压传感器输出的采样信号，计算得出当前系统从电网输入或输出到电网的功率，根据能量守恒定律，将交流侧输入功率近似等于直流侧输出功率，并有直流侧电压采样所得直流电压值，计算得出当前直流充放电电流值，根据当前直流充放电电流值与充放电电流参考值构建负反馈控制回路，通过PI调节器及后续信号处理，最终输出IGBT控制信号，将直流充放电电流值控制在参考值，从而实现充放电功率控制。
[0023]图3所示为本发明的储能变流器充放电控制电路原理图。第一交流电压传感器VT1跨接于三相电网之间，第一交流电流传感器CT1串接于交流电网与储能变流器AC-DC之间，第一直流电流传感器CT2跨接于直流母线Uliaink之间，第一继电器Kdc串接于直流母线与电池保险连接线之间，电池保险串接于第一继电器Kdc另一端与电池之间。当对电池充放电操作时，先接通第一继电器KD。，当完成操作时，断开第一继电器KD。。
[0024]图4所示为本发明的储能变流器充放电控制算法框图，根据交流电压电流传感器和直流电压传感器，分别得到采样信号UAC、UAB, Ubc, Ia、Ib、I。，其中UAC、UAB、Ubc分别为储能变流器AC/DC模块交流输入端AC、AB、BC相之间的电压，IA、IB、Ic分别为储能变流器AC/DC模块交流输入端A、B、C三相电流。
[0025]根据公式
[0026]
【权利要求】
1.一种无直流电流传感器的储能变流器充放电控制系统，包括储能变流器主电路单元和控制模块，其特征在于: 所述主电路单元包括储能变流器AC/DC模块、一组三相交流电压传感器、一组三相交流电流传感器和一个直流电压传感器； 所述交流电压传感器跨接于三相电网与储能变流器AC/DC模块之间，所述交流电流传感器串接于三相电网与储能变流器AC/DC模块之间，所述直流电压传感器并接于储能变流器AC/DC模块与电池的连线之间，所述控制模块分别接收交流电压传感器、交流电流传感器和直流电压传感器输出的采样信号，输出储能变流器双向AC-DC模块的IGBT控制信号；所述控制模块根据接收到的交流电压、交流电流、直流电压信号，计算得出当前直流充放电电流值，根据当前直流充放电电流值与参考值，通过PI调节器及信号处理，最终输出IGBT控制信号，实现充放电功率控制。
2.根据权利要求1所述的无直流电流传感器的储能变流器充放电控制系统，其特征在于:所述储能变流器充放电控制系统还包括第一继电器Kdc、电池保险连接线； 第一继电器Kdc串接于储能变流器AC/DC模块输出侧的直流母线与电池保险连接线之间，电池保险串接于第一继电器Kdc另一端与电池之间；当对电池充放电操作时，先接通第一继电器KD。,当完成充放电操作时,断开第一继电器KD。。
3.根据权利要求1所述的无直流电流传感器的储能变流器充放电控制系统，其特征在于: 根据交流电压电流传感器和直流电压传感器，分别得到采样信号UpUm UBC、IA> Ib> Ic，其中分别为储能变流器AC/D`C模块交流输入端AC、AB、BC相之间的电压，IA、IB、Ic分别为储能变流器AC/DC模块交流输入端A、B、C三相电流，jj *j 根据公式Ac = ' Α? Α，得出储能变流器AC/DC模块交流侧输入功率 Pac。 根据公式PACfiltOT = a*PAC+(l-a)*PACfilter对输出功率Pac进行数字滤波，其中PAmltOT为滤波后的输出，Pa。为采样计算直接所得的输出功率，a为滤波时间常数，取值范围一般为0〈a〈l ； 根据公式Irc=PAmlte/UD。，得出储能变流器AC/DC模块直流侧充放电电流计算值ID。，其中Udc为储能变流器AC/DC模块输出的直流侧电压采集值； 直流侧充放电电流设定值为Ircsrt，充放电电流设定值ID&rt与充放电电流计算值ID。构成负反馈回路输入PI调节器，PI调节器计算输出参数，通过限幅函数f Gd)和滞环控制器函数f (x2)后，最后经PWM发生器后，输出直流充放电IGBT的控制信号，实现对直流充放电环节的完整控制。
【文档编号】H02J3/32GK103633659SQ201310670997
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】吴国荣, 陈剑, 鹿怀骥, 王思耕 申请人:北京华电天仁电力控制技术有限公司