一种削峰填谷电源系统及其控制方法与流程

本发明涉及电源系统技术领域，具体涉及一种用于削峰填谷电源系统及其控制方法。

背景技术：

随着我国电力供应紧张和电力环保要求，国家大力推广电力需求侧管理政策，分时电价作为需求侧管理的手段之一，越来越发挥其重要作用。运用分时电价可以实现削峰填谷，移峰平谷，减缓发电侧电力投资，提高供电可靠性，减少用户电费。此外，我国配电网系统都是采用交流电供电形式，而电解铜箔、电解铝、电镀等企业的生产用电几乎都是直流电能，在大量使用直流电能的企业中拥有数量众多的电解电源，电解电源工作过程中存在电能形式的变换，导致电解电源系统产生较大的电能变换损耗。因此，降低电解电源系统的电能变换损耗对降低企业生产成本和提高我国能源利用效率具有重要的经济与社会意义。

目前，在电解铜箔、电解铝、电镀等企业生产中应用的电解电源系统都是将电网提供的交流电源经过不同类型的整流桥转换为直流电，然后通过移动相变压器或高频变压器逆变为高于工频的交流电，再经过全桥二极管或同步整流电路得到符合生产要求的低压直流电能。上述电源通常称为“电解电源”，已有电解电源在拓扑结构和控制方法上均没有大容量储能电池组和充放电控制功能，即无法实现电能使用上的“削峰填谷”功能，使得电解铜箔、电解铝、电镀等用电大户企业的电费高居不下；同时，已有电解电源都经过交流电-直流电、直流-高频交流电、高频交流电-低压直流电的三个电能变换过程，电源装置的电能变换损耗较大，效率较低。

技术实现要素：

本发明提供一种具有削峰填谷功能的电源系统及其控制方法，并能够实现较高的能源利用率。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种削峰填谷电源系统，包括：

ac/dc整流器，其用于将配电网三相交流电转换为直流电；

储能电池组，其包括多个串并联的储能电池单元；

dc/dc变流器，其包括多个并联的buck电路模块。

进一步地，所述ac/dc整流器的直流侧通过固态开关q1分别与固态开关q2和q3相连，其中固态开关q2与储能电池组的正负极相连，固态开关q3与dc/dc变流器的高压侧正负极相连，所述dc/dc变流器的低压侧接负载r。

优选地，所述buck电路模块采用buck斩波器。

进一步地，还包括ac/dc整流器控制系统和dc/dc变流器控制系统，该ac/dc整流器控制系统用于储能电池组的充电管理、ac/dc整流器的直流侧电压控制，以及ac/dc整流器和储能电池组的安全监控，所述dc/dc变流器控制系统用于对的buck电路模块的输出电流进行控制。

优选地，所述光ac/dc整流器控制系统对固态开关q1的通断进行控制，用于储能电池组的充电管理。

优选地，所述光ac/dc整流器控制系统对固态开关q2的通断进行控制，用于ac/dc整流器的直流侧电压控制。

优选地，所述dc/dc变流器控制系统对buck电路模块中的功率开关vi的通断进行控制，用于对buck电路模块的输出电流进行稳定控制。

一种削峰填谷电源系统的控制方法，包括：

在低电价时段，当储能电池组的荷电状态soc小于0.95时，控制固态开关q1的闭合；

当储能电池组中单体电池最高电压小于电池组满荷电对应电压时，在保证充电电流小于最大充电电流前提下控制固态开关q2的闭合；

通过电压外环、电流内环的双闭环控制方法控制ac/dc整流器直流侧电压；

在dc/dc变流器未启动控制程序时控制固态开关q3的闭合；

通过模块电流均分控制方法实现dc/dc变流器的电流控制。

进一步地，通过电压外环、电流内环的双闭环控制方法控制ac/dc整流器直流侧电压，具体为：

将实时检测到的输出电压与给定的电压参考值udc比较，然后经过pi控制器得到电流内环控制器的参考电流有效值参考电流有效值分别乘以sinωt和sin(ωt-2π/3)，变换得到ac/dc整流器电流内环控制器a和b的瞬时参考电流，电流内环控制器a和b的输出经pwm调制器产生功率开关器件vt1、vt2、vt3、vt4的驱动信号。

进一步地，通过模块电流均分控制方法实现dc/dc变流器的电流控制，具体为：

将实时检测到的负载总电流根据buck电路模块并联数量n进行均分计算，然后将均分计算结果作为每个buck电路模块的电流参考值再将实时检测到的各buck电路模块输出电流ii(i＝1,…n)与电流参考值比较，电流比较误差经过pi控制器得到电流控制量最后经pwm调制器产生驱动各buck电路模块中功率开关vi的驱动信号。

由以上技术方案可知，本发明在用电低谷时，将电能储存，在用电高峰期时，采用储能电池组供电，由于高峰和低谷时的电价相差很多，能够给用电企业带来很大的经济效益；同时，由于本发明采用多台buck斩波器并联系统将高压直流电直接变换为符合企业生产要求的低压直流电，比现有电解电源减少一个电能变换环节，可有效提高电源系统的电能变换效率。

附图说明

图1为本发明削峰填谷电源系统的拓扑结构原理图；

图2为ac/dc整流器控制系统的原理图；

图3为dc/dc变流器控制系统的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种优选实施方式作详细的说明。

如图1所示，削峰填谷电源系统的拓扑结构包括ac/dc整流器1、储能电池组2和dc/dc变流器3三部分，其中储能电池组由多个储能电池单元根据电压等级和储能系统容量串并联组成。

所述ac/dc整流器包括滤波电感和三相四开关pwm整流器，配电网三相交流电usa、usb、usc经输入滤波电感接入三相四开关pwm整流器得到直流电压udc，udc经过固态开关q1与固态开关q2和q3相连，固态开关q2与储能电池组的正负极相连，固态开关q3与dc/dc变流器高压侧的正负极相连。

所述dc/dc变流器3包括多个并联的buck电路模块31，buck电路是一种常见的降压式变换电路，通过控制功率开关vi的导通和关断来实现充放电，本实施例中buck电路模块采用buck斩波器。所述dc/dc变流器的低压侧接负载r，该负载r可以是铜电解槽、铝电解槽工业生产设备。

本发明还包括ac/dc整流器控制系统和dc/dc变流器控制系统，该ac/dc整流器控制系统用于储能电池组的充电管理、ac/dc整流器的直流侧电压控制，以及ac/dc整流器和储能电池组的安全监控，所述dc/dc变流器控制系统用于对的buck电路模块的输出电流进行控制。

其中，所述光ac/dc整流器控制系统对固态开关q1的通断进行控制，用于储能电池组的充电管理。

其中，所述光ac/dc整流器控制系统对固态开关q2的通断进行控制，用于ac/dc整流器的直流侧电压控制。

其中，所述dc/dc变流器控制系统对buck电路模块中的功率开关vi的通断进行控制，用于对buck电路模块的输出电流进行稳定控制。

本发明还提供一种削峰填谷电源系统的控制方法，包括：

在低电价时段，当储能电池组的荷电状态soc小于0.95时，控制固态开关q1的闭合；

当储能电池组中单体电池最高电压小于电池组满荷电对应电压时，在保证充电电流小于最大充电电流前提下控制固态开关q2的闭合；

通过电压外环、电流内环的双闭环控制方法控制ac/dc整流器直流侧电压；

在dc/dc变流器未启动控制程序时控制固态开关q3的闭合；

通过模块电流均分控制方法实现dc/dc变流器的电流控制。

如图2所示，通过电压外环、电流内环的双闭环控制方法控制ac/dc整流器直流侧电压，具体为：

将实时检测到的输出电压与给定的电压参考值udc比较，然后经过pi控制器得到电流内环控制器的参考电流有效值参考电流有效值分别乘以sinωt和sin(ωt-2π/3)，变换得到ac/dc整流器电流内环控制器a和b的瞬时参考电流，电流内环控制器a和b的输出经pwm调制器产生功率开关器件vt1、vt2、vt3、vt4的驱动信号。

如图3所示，通过模块电流均分控制方法实现dc/dc变流器的电流控制，具体为：

将实时检测到的负载总电流根据buck电路模块并联数量n进行均分计算，然后将均分计算结果作为每个buck电路模块的电流参考值再将实时检测到的各buck电路模块输出电流ii(i＝1,…n)与电流参考值比较，电流比较误差经过pi控制器得到电流控制量最后经pwm调制器产生驱动各buck电路模块中功率开关vi的驱动信号。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。