专利名称：一种并联充放电功率转换系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电力电子和电力自动化设备，具体涉及一种并联充放电功率转换系统。
背景技术：
城市电网日益扩大的峰谷差和不断增多的分布式间歇性可再生能源对电网安全影响日趋明显。同时，越来越多的企业需要较高的电能质量来提高其产品的合格率；医院、政府等部门则依赖大容量的备用电源以提供关键负荷的紧急供电。这些问题的解决都依赖于储能技术的发展。电池储能由于具有循环效率高、工况转换快、电站建设用地要求不高、地理适应性强的特点而备受关注。电池储能站建设周期短、易于扩展，站内不存在高温、高压、高转速设备及复杂的辅助系统，运行维护成本低，可靠性和安全性较高。目前，我国正大力开展大规模电池储能技术的研究，探索电池充放电站的安全稳定运行模式，以期全面提高电池储能电站的综合经济性，支撑坚强智能电网的快速发展。随着电池储能技术的兴起，与储能系统配套的变换装置和相应的控制技术也得到了长足的发展。现有并联充放电功率转换系统通常采用集中控制、主从控制、分散逻辑控制和无互联线控制，然而此类控制方案无法提供高可靠、高速率的信息传输途径，一般只适用于模块空间分布较小的并联系统。而且现有并联充放电功率转换系统一般由多个子系统构成，每个子系统的电池是由多个电池单体串联后再并联构成的电池组，此类电池组的组间差异较大，对充放电控制和能量调度策略要求更为严格。国外的ABB、DynaPower> Exergonix等公司长期致力于研发大功率的能量转换系统，如ABB公司研发的PCSlOO ESS系列储能装换装置，系统功率可达5MW，但其采用单级结构，不能大范围的适应电池端电压，这就决定其运用的电池类型有限，并且对电池组的特性要求也较高。因此，有必要寻求一种新的功率转换系统及控制方法。
发明内容
本发明提出一种并联充放电功率转换系统，解决现有并联充放电功率转换系统容量小、信息传输可靠性低、协调控制困难的问题，以实现大功率并联系统的稳定可靠运行。本发明的一种并联充放电功率转换系统，包括上位机、集中控制单元和N个子系统，各子系统结构相同，均包括隔离变压器、双向交直流变流器、双向直流变流器、电池组和控制器；各子系统的隔离变压器与交流母线相连，交流母线通过并网开关连接至电网或通过本地开关连接至本地负载；所述上位机通过通讯电缆与集中控制单元连接，集中控制单元通过通讯网络和光纤分别与各子系统的控制器通讯，N = I 10，其特征在于(一 )所述上位机，通过RS485通讯协议向集中控制单元发送操作指令、模式输入变量j、有功功率值Pref和无功功率值QMf，所述操作指令包括开机和关机；所述模式输入变量j的值为I或2 ;当通过光纤接受到集中控制单元发送的电网故障信号时，令模式输入变量 j = I ;
( 二 )所述集中控制单元，进行下述操作(I)模式判断步骤(I. I)置控制模式变量m = 0，判断操作指令是否为关机，是则关闭集中控制单元；否则周期性判断模式输入变量j是否等于控制模式变量m，是则转子步骤(I. 2)，否则转子步骤(I. 3)；(1.2)若m= 1，转步骤(3);否则转步骤⑵；(I. 3)置m = j，判断是否m = 1，是则转步骤(5);否则转步骤(4)；(2)并网运行步骤，包括下述子步骤
(2. I)对电网电压进行检测和锁相获得电网幅值Vg、同步信号0和电网频率fg;(2. 2)电网状态判断判断是否264. 4V彡Vg彡342. IV且49. 5Hz彡fg彡50. 5Hz，是则电网为正常状态，闭合并网开关，通过光纤向各子系统发送控制模式变量m = 2，转子步骤(2.3);否则电网为故障状态，向上位机发出电网故障信号，转步骤(I);(2. 3)等待上位机的有功功率值Pref和无功功率值Q&，计算各子系统的有功功率参考值PMfi和无功功率参考值Qrefi
_ Pref-k,-SOC1refi _， Qref
Z^K-SOCx Q =—^ ;x=iN其中，SOCi为第i子系统电池组荷电状态，ki为SOCi权值系数，ki、kx取值范围为
0 1，YjK =1;
X=I(2. 4)向各子系统控制器发送同步信号以及相应的有功功率参考值PMfi和无功功率参考值QMfi，转子步骤(2. I)；(3)孤岛运行步骤，包括下述子步骤(3. I)断开并网开关，通过光纤向各子系统发送控制模式变量m = I ;利用计数器获得初始同步信号Cp0:Cp0=2x7ixx/X，X为当前时刻计数值，X = mod(1072T)，mod表示对括号内的值取整，T为0 7的整数，计数器每20X2Tns加I ;(3.2)根据各子系统输出的有功功率Pp无功功率Qi和电池组荷电状态SOCi
^-SOC1-YjPx
计算各子系统的有功功率参考值Pmh和无功功率参考值Qrefi: Prefi=--，
TjK-SOCx
X=I
N
Z& .
n = JEi_ ，
^refi N(3. 3)向各子系统控制器发送初始同步信号、相应的有功功率参考值PMfi、无功功率参考值Qmh和初始输出电压幅值V_f。= 31IV，转子步骤(3. I)；(4)孤岛向并网切换步骤，包括下述子步骤(4. I)对电网电压进行检测和锁相获得电网幅值Vg、同步信号0和电网频率fg;
(4. 2)电网状态判断判断是否264. 4V彡Vg彡342. IV且49. 5Hz彡fg彡50. 5Hz，是则电网为正常状态，转子步骤(4.3);否则电网为故障状态，向上位机发出电网故障信号，转步骤(I)；(4. 3)置初始同步信号Cpo=0，置初始输出电压幅值V ef。= Vg ；(4. 4)闭合并网开关，并通过光纤向各子系统发送控制模式变量m = 2 ；(4. 5)向各子系统控制器发送同步信号0以及相应的有功功率参考值Prefi = 0和无功功率参考值QMfi = 0 ；(5)并网向孤岛切换步骤，包括下述子步骤(5. I)检测并联充放电功率转换系统输出的有功功率Pg和无功功率Qg ;(5. 2)断开并网开关，并通过光纤向各子系统发送控制模式变量m = I、初始输出
电压幅值V rf。= 311V、初始同步信号有功功率参考值‘=乃和无功功率参考值 Qmfi = Qi ;(三)所述各子系统均具有双向直流变流器，各子系统中，隔离变压器通过开关连接双向交直流变流器，双向交直流变流器通过直流母线连接双向直流变流器，双向直流变流器与电池组相连，控制器生成第一 第六路驱动信号送至双向交直流变流器，控制器生成第七、第八路驱动信号送至双向直流变流器；A.第i个子系统的控制器包括模式判断模块、孤岛运行模块、并网运行模块；i =I N ;(I)模式判断模块进行下述操作(I. I)置工作模式变量n = 0，置输出电压频率& = 50Hz ；(1.2)周期性判断控制模式变量m是否等于当前工作模式变量n，是则转步骤(I. 4);否则转步骤(I. 3)；(I. 3)将控制模式变量m的值赋给工作模式变量n ；(I. 4)对工作模式变量n进行判断n = 1，转(2)孤岛运行模块；n = 2，转(3)并网运行模块； (2)孤岛运行模块进行下述操作(2. I)对交流母线的初始三相交流电压usa, b, ei、初始三相交流电流isa, b, ci以及初始直流母线电压Usdcd、初始电池电压Usbati和初始电池电流isbati进行滤波，得到三相交流电压ua,b,ei、三相交流电流ia,b,ei、直流母线电压Udei、电池组电压Ubati、输出电池组电流ibati ；(2. 2)对集中控制单元发出的同步信号进行锁相，得到初始相角(Pm;(2. 3)计算相角;(2. 4)利用相角讲进行坐标系转换，将三相静止坐标系下三相交流电压Ua,,，…三相交流电流变换为同步旋转坐标系下交流有功电压Udi、交流无功电压Uqi、交流有功电流idi、交流无功电流iqi ；计算该子系统的输出有功功率Pi和无功功率Qi Pi = udiidi+uqiiqi, Qi = -udiiqi+uqiidi,
将Ua,b,ci、ia,b,ci、Udci、Ubati、ibati通过通讯网络送至所述集中控制单元,将Pi和Qi通过光纤送至所述集中控制单元；(2. 5)计算有功功率误差epi epi = Prefi-Pi ;其中，Prefi为集中控制单元给出的第i个子系统的有功功率参考值；(2. 6)计算输出电压频率 fj fi = 50+Kfpepi+Kfi f epidt ;其中，3. 73X 10_3 彡频率调节比例系数Kfp ( 4. 32X 10_3，I. 12X 10_3彡频率调节积分系数Kfi ( I. 56X 10_3 ；(2. 7)计算无功功率误差eqi eqi = Qrefi-Qi ;其中，Qrefi为集中控制单元给出的第i个子系统的无功功率参考值；(2. 8)计算输出电压幅值参考值
中，Vmrefoi为集中控制单元给出的初始输出电压幅值，3. 73Χ10_3彡幅值调节比例系数Kmp ( 4. 32 X 1(Γ3，I. 12 X Kr3 彡幅值调节积分系数 Knii ( I. 56 X IO^3 ；
(2. 9)计算有功电压误差 evdi evdi = Vrefmi-Udi ；(2. 10)计算有功电流参考值 idi* idi* = Kvpdevdi+Kvid f evdidt ;其中，0· 72 彡有功电压比例系数Kvpd ( O. 87，1789彡有功电压积分系数Kvid ( 1973 ；(2. 11)计算有功电流误差 eidi eidi = idi*_idi ；(2. 12)计算有功调制电压 Urdi urdi = Kipdeidi+Kiid / eididt ;其中，15. 75 彡有功电流比例系数Kipd彡19. 06，I. 92X IO5彡有功电流积分系数Kiid彡2. 13X IO5;(2. 13)计算无功电压误差 evqi evqi = O-Uqi ；(2. 14)计算无功电流参考值i/ iqi* = Kvpqevqi+Kviq f evqidt ;其中，无功电压比例系数Kvm = Kvpd ;无功电压积分系数Kvitl = Kvid ；(2. 15)计算无功电流误差 eiqi eiqi = iqi*-iqi ；(2. 16)计算无功调制电压Unii urqi = Kipqeiqi+Kiiq f eiqidt ;其中，无功电流比例系数Kipq = Kipd ;无功电流积分系数Kiitl = Kiid ；(2. 17)将同步旋转坐标系下的1^和11_变换为三相静止坐标系下的a相调制电压uMi、b相调制电压Uri3i、c相调制电压Ulxi ；(2. 18)生成等效的a相空间矢量调制信号u' Mi、b相空间矢量调制信号u' rdi,c相空间矢量调制信号u' rci
I「_I_ _!
Urai UmiIUrbi = Urbi +Uzi I .
U^rciI
rci L rcl」L 」其中，零序分量Uzi = - [max (urai, Urbi, urci) +min (urai, Urbi, Urci) ] /2 ；max 和 min 分别为求最大值和求最小值的运算函数；(2. 19)生成驱动信号将u' rai、u' rti、u' 分别与频率为3kHz，幅值为I的三角载波信号相比较，当U' rai大于三角载波信号瞬时值时,输出第一路驱动信号，当U' &低于三角载波信号瞬时值时，输出第二路驱动信号；当U' rbi大于三角载波信号瞬时值时,输出第三路驱动信号，当U, Ai低于三角载波信号瞬时值时，输出第四路驱动信号；当u' 大于三角载波信号瞬时值时，输出第五路驱动信号，当U' rci低于三角载波信号瞬时值时,输出第六路驱动信号;将生成的第一 第六路驱动信号送至双向交直流变流器；(2. 20)计算直流母线电压误差 evdci evdci = udc*-udci ;其中，udc* = 700V ；(2. 21)计算双向直流变流器的输出电池电流参考值ibat广ibati* = Kvpdceydc^Kvidc / evdcidt ;其中，O. 067 彡母线电压比例系数 Kvpdc ( O. 081 ；18. 23彡母线电压积分系数Kvide ( 22. 06 ；(2. 22)计算双向直流变流器的电池电流误差eibati eibati = ibati*-ibati ；(2. 23)计算双向直流变流器调制电压Urdci Urdci = Kipbateibati+Kiibat / eibatidt ;其中，O. 042 彡电池电流比例系数Kipbat 彡 O. 051，5. 28 (电池电流积分系数Kiibat ^ 6. 39 ；(2. 24)生成双向直流变流器驱动信号将Uriei与频率为IOkHz，幅值为I的锯齿波信号相比较，当Uriei大于锯齿波信号瞬时值时，输出第七路驱动信号，当Uttkd低于锯齿波信号瞬时值时，输出第八路驱动信号；将生成的第七、第八路驱动信号送至双向直流变流器；(2. 25)转步骤(2. I)；(3)并网运行模块进行下述操作 (3. I)对交流母线的初始三相交流电压usa, b, ei、初始三相交流电流isa, b, ci以及初始直流母线电压Usdcd、初始电池电压Usbati和初始电池电流isbati进行滤波，得到三相交流电压ua,b,ei、三相交流电流ia,b,ei、直流母线电压Udei、电池组电压Ubati、输出电池组电流ibati ；(3. 2)对集中控制单元发出的同步信号进行锁相，得到相角Θ i ；(3. 3)利用相角Θ 1进行坐标系转换，将三相静止坐标系下三相交流电&Ua,b,ei、三相交流电流变换为同步旋转坐标系下交流有功电压Udi、交流无功电压Uqi、交流有功电流idi、交流无功电流iqi ；计算该子系统的输出有功功率Pi和无功功率Qi Pi = udiidi+uqiiqi, Qi = -udiiqi+uqiidi,将 ,^、ia,b,ei、Udei、Ubati、ibati通过通讯网络送至所述集中控制单元,将Pi和Qi通过光纤送至所述集中控制单元；(3. 4)计算有功电流参考值id广idi* = PrefiAidi ；其中，PMfi为由集中控制单元给出的有功功率参考值；(3. 5)计算有功电流误差 eidi eidi = idi*_idi ；(3. 6)计算有功调制电压 Urdi urdi = Kipdeidi+Kiid f eididt ；(3. 7)计算无功电流参考值[</ iqi* = -Qrefi/udi ；其中，Qrefi为由集中控制单元给出的无功功率参考值；(3. 8)计算无功电流误差 eiqi eiqi = iqi*-iqi ；(3. 9)计算无功调制电压 Urqi urqi = Kipqeiqi+Kiiq f eiqidt ；(3. 10)与步骤(2. 17) 步骤(2. 24)相同；(3. 11)转步骤(3. I)；B.所述双向交直流变流器采用三相半桥电压型变流器或者三相全桥电压型变流器，当所述双向交直流变流器为三相半桥电压型变流器时，所述生成的第一 第六路驱动信号分别送至双向交直流变流器的第一 第六路驱动信号接口 ；当所述双向交直流变流器为三相全桥电压型变流器时，所述第一路驱动信号分别送至双向交直流变流器的第一、第四路驱动信号接口，第二路驱动信号分别送至双向交直流变流器的第二、第三路驱动信号接口，第三路驱动信号分别送至双向交直流变流器的第五、第八路驱动信号接口，第四路驱动信号分别送至双向交直流变流器的第六、第七路驱动信号接口，第五路驱动信号分别送至双向交直流变流器的第九、第十二路驱动信号接口，第六路驱动信号分别送至双向交直流变流器的第十、第十一路驱动信号接口 ；C.所述双向直流变流器采用双向Buck/Boost变流器；D.所述电池组采用液流电池或磷酸铁锂电池。所述的并联充放电功率转换系统，其特征在于，所述各子系统的控制器孤岛运行模块中 (I).所述有功电压比例系数Kvpd和有功电压积分系数Kvid确定过程为(I. I)将Kvpd初始值取为O. 72，Kvid初始值取为O ;(I. 2)先调试Kvpd,查看此时三相交流电压ua,b,。波形是否振荡，是则增大Kvpd直至波形振荡消除，转过程(1.3);否则直接转过程(1.3)；(1.3)固定Kvpd值，将Kvid取为1789，调试Kvid，查看此时三相交流电压ua, b,。波形是否波动，是则加大Kvid直至波动消除；(2).所述有功电流比例系数Kipd和有功电流积分系数Kiid确定过程为(2. I)将Kipd初始值取为17. 32，Kiid初始值取为O ;(2. 2)先调试Kipd,查看此时三相交流电流ia,b,。波形是否振荡，是则增大Kipd直至波形振荡消除，转过程(2.3);否则直接转过程(2.3)；(2. 3)固定Kipd值，将Kiid取为2. 02 X IO5,调试Kiid,查看此时三相交流电流ia, b, c波形是否波动，是则加大Kiid直至波动消除；(3).所述母线电压比例系数Kvpd。和母线电压积分系数Kvid。确定过程为(3. I)将Kvpdc初始值取为O. 067，Kvidc初始值取为O ;(3. 2)先调试Kvpde,查看此时直流母线电压ud。波形是否振荡，是则增大Kvpde直至波形振荡消除，转过程(3.3);否则直接转过程(3.3)；(3.3)固定Kvpd。值，将Kvid。取为18. 23，调试Kvid。，查看此时直流母线电压Ude波形是否波动，是则加大Kvid。直至波动消除；(4).所述电池电流比例系数Kipbat和电池电流积分系数Kiibat确定过程为(4. I)将Kipbat初始值取为O. 042，Kiibat初始值取为O ;(4. 2)先调试Kipbat,查看此时第i组电池电流ibati波形是否振荡，是则增大Kipbat直至波形振荡消除，转过程(4.3);否则直接转过程(4.3)；(4. 3)固定Kipbat值，将Kiibat取为5. 28，调试Kiibat,查看此时第i组电池电流ibati波形是否波动，是则加大Kiibat直至波动消除；(5).所述频率调节比例系数Kfp和频率调节积分系数Kfi确定过程为(5. I)将Kfp初始值取为3. 73 X 10_3，Kfi初始值取为O ;(5.2)先调试Kfp，查看此时各子系统输出有功电流趋于一致的时间，如果时间大于2s则增大Kfp，转过程(5. 3);否则直接转过程(5. 3)；(5.3)固定Kfp值，将Kfi取为I. 12X10_3，调试Kfi，查看此时各子系统输出有功电流的均流误差，增大Kfi可以减小有功电流均流误差；(6).所述幅值调节比例系数Kmp和幅值调节积分系数Kmi确定过程为(6. I)将Kmp初始值取为3. 73 X 10_3，Kmi初始值取为O ;(6.2)先调试Kmp，查看此时各子系统输出无功电流趋于一致的时间，如果时间大于2s则增大Kmp，转过程(6. 3);否则直接转过程(6. 3)；
(6.3)固定Kmp值，将Kmi取为I. 12X 10_3，调试Kmi，查看此时各子系统输出无功电流的均流误差，增大Kmi可以减小无功电流均流误差。本发明中，三相静止坐标系中A、B、C三相互差120°，本发明主要用其处理三相交流电压和三相交流电流；同步旋转坐标系由互差90°的D轴和Q轴组成，二者一起相对于三相静止坐标系以角速度旋转，本发明主要用其处理各控制量。本发明采用分层控制结构，上位机、集中控制单元和各子系统控制器之间采用高速通讯网络进行数据交换，其中，顶层的上位机负责人机交互；中层集中控制单元从上位机获取指令，同时接收各子系统的有功、无功功率信息并进行综合运算，并向各子系统发送同步信号和控制指令；各子系统的控制器完成变流器能量流的双向调度及充放电控制策略。本发明具有系统容量大、信息传输可靠性高、速度快的优点，通过采用双向交直流变流器、双向直流变流器适应了大容量电池组的充放电特性，分层控制则方便地实现了各子系统间的同步，从而实现多子系统并网运行、多子系统并联孤岛运行以及这两种工况间的无缝切换。适用于采用大容量电池组的储能系统。
图I为本发明实施例的结构示意图；图2为集中控制单元模式判断步骤示意图；图3为集中控制单元孤岛向并网切换步骤示意图；图4为集中控制单元并网向孤岛切换步骤示意图；图5为子系统控制器的孤岛运行模块示意图；图6为子系统控制器的并网运行模块示意具体实施例方式如图I所示，本发明实施例包括上位机、集中控制单元和10个子系统，各子系统结构相同，均包括隔离变压器、双向交直流变流器、双向直流变流器、电池组和控制器；各子系统的隔离变压器与交流母线相连，交流母线通过并网开关Kg连接至电网或通过本地开关KL连接至本地负载；所述上位机通过通讯电缆与集中控制单元连接，集中控制单元通过通讯网络和光纤分别与各子系统的控制器通讯，各子系统控制器控制相应子系统双直流变流器和交直流变换器的工作。各子系统中，双向交直流变流器可以通过开关Ki连接隔离变压器，i = I n，本实施例中，η = 4。上位机通过RS485通讯协议向集中控制单元发送操作指令、模式输入变量j、有功功率值Pref = IMW和无功功率值Q f = 120kVar，所述操作指令包括开机和关机；所述模式输入变量j的值为I或2 ;当通过光纤接受到集中控制单元发送的电网故障信号时，令模式输入变量j = I ;
集中控制单元进行下述操作(I)如图2所示，模式判断步骤，包括下述子步骤(I. I)置控制模式变量m = 0，判断操作指令是否为关机，是则关闭集中控制单元；否则周期性判断模式输入变量j是否等于控制模式变量m，是则转子步骤(I. 2)，否则转子步骤(I. 3)；(I. 2)若m = 1，转步骤(3);否则转步骤(2)；(1.3)置m= j，判断是否m= 1，是则转步骤(5);否则转步骤(4)；(2)并网运行步骤，包括下述子步骤(2. I)对电网电压进行检测和锁相获得电网幅值Vg、同步信号Θ和电网频率fg;(2. 2)电网状态判断判断是否264. 4V彡Vg彡342. IV且49. 5Hz彡f g彡50. 5Hz，是则电网为正常状态，闭合并网开关，通过光纤向各子系统发送控制模式变量Hi= 2，转子步骤(2. 3);否则电网为故障状态，向上位机发出电网故障信号，转步骤(I);(2. 3)等待上位机的有功功率值Pref和无功功率值Q&，计算各子系统的有功功率参考值PMfi和无功功率参考值Qrefi
P - WOC1呦，QrefZ^K-SOCx Q =—L· ,
X=IN其中，SOCi为第i子系统电池组荷电状态，Iii为SOCi权值系数，ki、kx取值范围为
O 1，YjK =1;
X=I(2. 4)向各子系统控制器发送同步信号以及相应的有功功率参考值1^ 和无功功率参考值QMfi，转子步骤(2. I)；(3)孤岛运行步骤，包括下述子步骤(3. I)断开并网开关，通过光纤向各子系统发送控制模式变量m = I ;利用计数器获得初始同步信号φ0:φ0=2χπχχ/Χ，χ为当前时刻计数值，X = mod(1072T)，mod表示对括号内的值取整，T为O 7的整数，计数器每20X2Tns加I ;(3. 2)根据各子系统输出的有功功率Pp无功功率Qi和电池组荷电状态SOCi计算各子系统的有功功率参考值PMfi和无功功率参考值Qrefi
K-SOCrfjPxNPrefi=--， YjQx
HK-SOCx Qrefi=^-;
X=IN(3. 3)向各子系统控制器发送初始同步信号、相应的有功功率参考值PMfi、无功功率参考值Qmh和初始输出电压幅值V_f。= 31IV，转子步骤(3. I)；(4)如图3所示，孤岛向并网切换步骤，包括下述子步骤
(4. I)对电网电压进行检测和锁相获得电网幅值Vg、同步信号Θ和电网频率fg;(4. 2)电网状态判断判断是否264. 4V彡Vg彡342. IV且49. 5Hz彡f g彡50. 5Hz，是则电网为正常状态，转子步骤(4.3);否则电网为故障状态，向上位机发出电网故障信号，转步骤(I)；(4. 3)置初始同步信号φ0=θ，置初始输出电压幅值V ef。= Vg ；
(4. 4)闭合并网开关，并通过光纤向各子系统发送控制模式变量m = 2 ；(4. 5)向各子系统控制器发送同步信号Θ以及相应的有功功率参考值Prefi = O和无功功率参考值Qmh = O ；(5)如图4所示，并网向孤岛切换步骤，包括下述子步骤(5. I)检测并联充放电功率转换系统输出的有功功率Pg和无功功率Qg ;(5.2)断开并网开关，并通过光纤向各子系统发送控制模式变量m= I、初始输出
电压幅值V rf。= 311V、初始同步信号、有功功率参考值‘=乃和无功功率参考值 Qmfi =Q1 S ;各子系统均具有双向直流变流器，各子系统中，隔离变压器通过开关连接双向交直流变流器，双向交直流变流器通过直流母线连接双向直流变流器，双向直流变流器与电池组相连，控制器生成第一 第六路驱动信号送至双向交直流变流器，控制器生成第七、第八路驱动信号送至双向直流变流器；第i个子系统的控制器包括模式判断模块、孤岛运行模块、并网运行模块；i =I N ;(I)模式判断模块进行下述操作(I. I)置工作模式变量η = 0，置输出电压频率& = 50Hz ；(1.2)周期性判断控制模式变量m是否等于当前工作模式变量n，是则转步骤(I. 4);否则转步骤(I. 3)；(I. 3)将控制模式变量m的值赋给工作模式变量η ；(I. 4)对工作模式变量η进行判断η = I，转⑵孤岛运行模块；η = 2，转(3)并网运行模块；(2)如图5所示，孤岛运行模块进行下述操作(2. I)对交流母线的初始三相交流电压usa, b, ei、初始三相交流电流isa, b, ci以及初始直流母线电压Usdcd、初始电池电压Usbati和初始电池电流isbati进行滤波，得到三相交流电压ua,b,ei、三相交流电流ia,b,ei、直流母线电压Udei、电池组电压Ubati、输出电池组电流ibati ；(2. 2)对集中控制单元发出的同步信号进行锁相，得到初始相角(Pm;(2. 3)计算相角 cpH^fidt+cpoi ;(2.4)利用相角中1进行坐标系转换，将三相静止坐标系下三相交流电压Ua,,，…三相交流电流变换为同步旋转坐标系下交流有功电压Udi、交流无功电压Uqi、交流有功电流idi、交流无功电流iqi ；计算该子系统的输出有功功率Pi和无功功率Qi
Pi = udiidi+uqiiqi, Qi = -udiiqi+uqiidi,将ua,b,ci、ia,b,ci、udci、Ubati、ibati通过通讯网络送至所述集中控制单元,将Pi和Qi通过光纤送至所述集中控制单元；(2. 5)计算有功功率误差epi epi = Prefi-Pi ;其中，Prefi为集中控制单元给出的第i个子系统的有功功率参考值；(2. 6)计算输出电压频率 fi fi = 50+Kfpepi+Kfi f epidt ;其中，Kfp = 3. 8X10_3,Kfi =I. 5Χ1(Γ3 ；(2. 7)计算无功功率误差eqi eqi = Qrefi-Qi ;其中，Qrefi为集中控制单元给出的第i个子系统的无功功率参考值；(2. 8)计算输出电压幅值参考值Vrefmi =Vrefffli = Vmrefoi+Kmpeqi+Kffli / eqidt ;其中，V ef()i为集中控制单元给出的初始输出电压幅值，Kmp = 3. 8 X 10_3，Kmi = I. 5 X 10_3 ；(2. 9)计算有功电压误差 evdi evdi = Vrefmi-Udi ；(2. 10)计算有功电流参考值 idi* idi* = Kvpdevdi+Kvid f evdidt ;其中，Kvpd = 0. 8，Kvid=1865 ；(2. 11)计算有功电流误差 eidi eidi = idi*_idi ；(2. 12)计算有功调制电压 Urdi urdi = Kipdeidi+Kiid / eididt ;其中，Kipd = 16. 72，Kiid=2. 03 X IO5 ；(2. 13)计算无功电压误差 evqi evqi = O-Uqi ；(2. 14)计算无功电流参考值 iZ iqi* = Kvpqevqi+Kviq f evqidt ;其中,1(_ = KvpdjKviq=Kvid ；(2. 15)计算无功电流误差 eiqi eiqi = iqi*-iqi ；(2. 16)计算无功调制电压 Urqi urqi = Kipqeiqi+Kiiq f eiqidt ;其中，Kipq = Kipd, Kiiq=Kiid ；(2. 17)将同步旋转坐标系下的11&和11_变换为三相静止坐标系下的a相调制电压uMi、b相调制电压Uri3i、c相调制电压Ulxi ；(2. 18)生成等效的a相空间矢量调制信号u' Mi、b相空间矢量调制信号u' Ai、c相空间矢量调制信号u' rci
权利要求
1. 一种并联充放电功率转换系统，包括上位机、集中控制单元和N个子系统，各子系统结构相同，均包括隔离变压器、双向交直流变流器、双向直流变流器、电池组和控制器；各子系统的隔离变压器与交流母线相连，交流母线通过并网开关连接至电网或通过本地开关连接至本地负载；所述上位机通过通讯电缆与集中控制单元连接，集中控制单元通过通讯网络和光纤分别与各子系统的控制器通讯，N = I 10，其特征在于 (一)所述上位机，通过RS485通讯协议向集中控制单元发送操作指令、模式输入变量j、有功功率值PMf和无功功率值QMf，所述操作指令包括开机和关机；所述模式输入变量j的值为I或2 ;当通过光纤接受到集中控制单元发送的电网故障信号时，令模式输入变量j=I ; (二)所述集中控制单元，进行下述操作 (1)模式判断 (I. I)置控制模式变量m = 0，判断操作指令是否为关机，是则关闭集中控制单元；否则周期性判断模式输入变量j是否等于控制模式变量m，是则转子步骤(I. 2)，否则转子步骤(1.3)； (I. 2)若m = 1，转步骤(3);否则转步骤⑵； (1.3)置m= j，判断是否m= 1，是则转步骤(5);否则转步骤⑷； (2)并网运行步骤，包括下述子步骤 (2. I)对电网电压进行检测和锁相获得电网幅值Vg、同步信号0和电网频率fg; (2. 2)电网状态判断 判断是否264. 4V彡Vg彡342. IV且49. 5Hz彡fg彡50. 5Hz，是则电网为正常状态，闭合并网开关，通过光纤向各子系统发送控制模式变量m= 2，转子步骤(2. 3);否则电网为故障状态，向上位机发出电网故障信号，转步骤(I); (2. 3)等待上位机的有功功率值PMf和无功功率值Q&，计算各子系统的有功功率参考值PMfi和无功功率参考值Qrefi -PrerJcrSOC1 refi — NQ YjK-SOCx，Qrefl=今; x=i1\ 其中，SOCi为第i子系统电池组荷电状态，ki为SOCi权值系数，ki、kx取值范围为0 i，ix=i;X=I (2. 4)向各子系统控制器发送同步信号以及相应的有功功率参考值PMfi和无功功率参考值QMfi，转子步骤(2. I)； (3)孤岛运行步骤，包括下述子步骤 (3. I)断开并网开关，通过光纤向各子系统发送控制模式变量m = I ;利用计数器获得初始同步信号(Po:(Po=2x7T><x/X，X为当前时刻计数值,X = mod(106/2T) ,mod表示对括号内的值取整，T为0 7的整数，计数器每20X2Tns加I ; (3. 2)根据各子系统输出的有功功率Pi、无功功率Qi和电池组荷电状态SOCi计算各子系统的有功功率参考值PMfi和无功功率参考值Qrefi
2.如权利要求I所述的并联充放电功率转换系统，其特征在于，所述各子系统的控制器孤岛运行模块中 (1).所述有功电压比例系数Kvpd和有功电压积分系数Kvid确定过程为 (I. I)将Kvpd初始值取为O. 72，Kvid初始值取为O ; (I. 2)先调试Kvpd,查看此时三相交流电压ua,b,。波形是否振荡，是则增大Kvpd直至波形振荡消除，转过程(1.3);否则直接转过程(1.3)； (1.3)固定Kvpd值，将Kvid取为1789，调试Kvid，查看此时三相交流电压ua, b,。波形是否波动，是则加大Kvid直至波动消除； (2).所述有功电流比例系数Kipd和有功电流积分系数Kiid确定过程为 (2. I)将Kipd初始值取为17. 32，Kiid初始值取为O ; (2. 2)先调试Kipd,查看此时三相交流电流ia,b,。波形是否振荡，是则增大Kipd直至波形振荡消除，转过程(2.3);否则直接转过程(2.3)； (2. 3)固定Kipd值，将Kiid取为2. 02 X IO5,调试Kiid,查看此时三相交流电流ia,b,。波形是否波动，是则 加大Kiid直至波动消除； (3).所述母线电压比例系数Kvpd。和母线电压积分系数Kvid。确定过程为 (3. I)将Kvpde初始值取为O. 067，Kvidc初始值取为O ; (3. 2)先调试Kvptk,查看此时直流母线电压ud。波形是否振荡，是则增大Kvpd。直至波形振荡消除，转过程(3.3);否则直接转过程(3.3)；(3.3)固定Kvpd。值，将Kvid。取为18.23，调试Kvid。，查看此时直流母线电压ud。波形是否波动，是则加大Kvid。直至波动消除； (4).所述电池电流比例系数Kipbat和电池电流积分系数Kiibat确定过程为 (4. I)将Kipbat初始值取为0. 042，Kiibat初始值取为0 ; (4. 2)先调试Kipbat,查看此时第i组电池电流ibati波形是否振荡，是则增大Kipbat直至波形振荡消除，转过程(4.3);否则直接转过程(4.3)； (4. 3)固定Kipbat值，将Kiibat取为5. 28，调试Kiibat，查看此时第i组电池电流ibati波形是否波动，是则加大Kiibat直至波动消除； (5).所述频率调节比例系数Kfp和频率调节积分系数Kfi确定过程为 (5. I)将Kfp初始值取为3. 73X 10_3，Kfi初始值取为0 ; (5. 2)先调试Kfp，查看此时各子系统输出有功电流趋于一致的时间，如果时间大于2s则增大Kfp，转过程(5.3);否则直接转过程(5.3)； (5.3)固定Kfp值，将Kfi取为I.12 X 10_3，调试Kfi，查看此时各子系统输出有功电流的均流误差，增大Kfi可以减小有功电流均流误差； (6).所述幅值调节比例系数Kmp和幅值调节积分系数Kmi确定过程为 (6. I)将Kmp初始值取为3. 73X 10_3，Kmi初始值取为0 ; (6. 2)先调试Kmp，查看此时各子系统输出无功电流趋于一致的时间，如果时间大于2s 则增大Kmp，转过程(6.3);否则直接转过程(6.3)； (6.3)固定Kmp值，将Kmi取为I.12 X 10_3，调试Kmi，查看此时各子系统输出无功电流的均流误差，增大Knii可以减小无功电流均流误差。
全文摘要
一种并联充放电功率转换系统，属于电力电子和电力自动化设备，解决现有并联充放电功率转换系统容量小、信息传输可靠性低、协调控制困难的问题。本发明包括上位机、集中控制单元和N个子系统，各子系统均包括隔离变压器、双向交直流变流器、双向直流变流器、电池组和控制器；各子系统的隔离变压器与交流母线相连，上位机通过通讯电缆与集中控制单元连接，集中控制单元通过通讯网络和光纤分别与各子系统的控制器通讯。本发明采用分层控制结构，系统容量大、信息传输可靠性高、速度快，适应大容量电池组的充放电特性，从而实现多子系统并网运行、多子系统并联孤岛运行以及这两种工况间的无缝切换，适用于采用大容量电池组的储能系统。
文档编号H02J3/38GK102638038SQ20121007422
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月20日 优先权日2012年3月20日
发明者刘宝其, 方支剑, 段善旭, 蔡涛, 陈昌松 申请人:华中科技大学