一种应用于电流互感器取电的储能系统及其控制方法与流程

本发明涉及蓄电池储能系统与电流互感器取电的交叉领域，尤其涉及一种应用于电流互感器取电的储能系统及其控制方法，具体适用于优化蓄能结构，简化蓄能电路。

背景技术：

1、电流互感器（current transformer）简称ct，电流互感器取电也称ct取电。随着智能电网的蓬勃发展，在高压输电线上需要安装很多监控和通信设备，而这些设备没有合适的电源，电流互感器取电可以解决这些监控通信设备的供电问题。采用电流互感器从高压大电流的输电线路上感应出电能，从互感器二次侧线圈输出，经过整流、滤波、稳压等环节，可以给负载供电。现有的电流互感器取电装置往往采用不可控整流电路和部分可控整流电路，这些电路工作时会对电网造成一定的谐波影响，如果大量类似的设备同时工作，对电网造成的谐波需要进行抑制。当一次侧输电线路电流较小时，现有的电流互感器取电装置往往输出功率不足，当一次侧输电线路电流较大时，现有的电流互感器取电装置往往输出功率过大，需要采用泄放电路释放过多的能量，引起装置发热等问题。有文献提出在电流互感器取电装置中采用蓄电池或超级电容进行储能，当电流互感器取电装置输出功率过大时，蓄电池或超级电容储存能量，当电流互感器取电装置输出功率过小时，蓄电池或超级电容释放能量，但这些文献只是定性的进行了分析，且电流互感器的控制电路和蓄电池的控制电路没有有机结合，存在一定的冗余性。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中存在的电路综合性能较差、存在冗余的问题，提供了一种优化电路、提高综合性能的应用于电流互感器取电的储能系统及其控制方法。

2、为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：

3、一种应用于电流互感器取电的储能系统，所述控制方法基于电流互感器取电的储能系统，所述储能系统一端连接电流互感器，另一端连接负载，所述储能系统包括： ac-dc变换器、dc-dc变换器和蓄电池，所述电流互感器的一次侧安装于电网中，所述电流互感器的二次侧输出正极与ac-dc变换器的交流侧输入正极相连接，所述电流互感器的二次侧输出负极与ac-dc变换器的交流侧输入负极相连接，所述ac-dc变换器的直流侧输出正极分别与dc-dc变换器的输出正极和负载正极相连接，所述ac-dc变换器的直流侧输出负极分别与dc-dc变换器的输出负极和负载的负极相连接，所述dc-dc变换器的输入正极与蓄电池的正极相连接，所述dc-dc变换器的输入负极与蓄电池的负极相连接；所述ac-dc变换器的主电路为单相全桥电路，所述dc-dc变换器的主电路为同步整流双向buck电路。

4、所述控制方法包括如下步骤：

5、步骤1，所述dc-dc变换器采用对输出电压vo的恒压控制；ac-dc变换器采用对交流侧的输入端口等效阻抗z的恒阻抗控制，使z为容性阻抗，将z等效成一只电容并联一只电阻，其中电容的阻抗为zc，电阻的阻值为r，令，其中，ω为电流互感器一次侧电流i1的角频率,lm为电流互感器二次侧励磁电感，lm通过手工测量得到；电路启动时，令r=0，由下式可以计算出z的设定值zset，对ac-dc变换器进行控制，使其输入端口等效阻抗z=zset；

6、   （1）；

7、步骤2，用ib表示蓄电池的充电电流，ub表示蓄电池的端电压, ibm表示蓄电池允许的最大充电电流，ubm表示蓄电池允许的最大端电压；用v2表示电流互感器二次侧电压的有效值，用i2表示电流互感器二次侧电流的有效值, v2m表示电流互感器二次侧允许的最大工作电压的有效值，用i2m表示电流互感器二次侧允许的最大工作电流的有效值；系统以设定的测量周期，测量实时的ib、ub、v2、i2数据，判断以下关系是否满足：

8、     （2）；

9、     （3）；

10、     （4）；

11、    （5）；

12、步骤3，若步骤2中的四个不等式均满足，则将电阻r增加1个步进值；若步骤2中的四个不等式有任何一个不满足，则将电阻r减少1个步进值；

13、步骤4，根据步骤3中得到的r的值，由式（1）可以计算出z的设定值zset，对ac-dc变换器进行控制，使其输入端口等效阻抗z=zset，跳转到步骤2，循环执行算法。

14、所述ac-dc变换器采用对交流侧的输入端口等效阻抗z的恒阻抗控制，其控制方法如下：测量交流侧输入电流，该电流即电流互感器的二次侧输出电流；ac-dc变换器的交流侧输入阻抗的给定值为zset，根据，可以计算出ac-dc变换器的交流侧输入电压的给定值，即可以得到ac-dc变换器的交流侧输入电压的有效值给定值v2set和相位给定值；对ac-dc变换器采用spwm控制，spwm控制中参考正弦波信号的有效值和相位分别为vs和；检测ac-dc变换器交流侧电压的有效值v2和相位，按照以下式子对vs和进行控制：

15、           （6）；

16、   （7）；

17、      （8）；

18、           （9）；

19、  （10）；

20、     （11）；

21、其中，△v2为v2的误差，kp、ki分别为pid控制中的比例系数和积分系数，为v2的误差累积和，vs(n)为当前时刻参考正弦波信号的有效值，vs(n-1)为上一采样时刻参考正弦波信号的有效值；为的误差，、 分别为pid控制中的比例系数和积分系数，为的误差累积和，为当前时刻参考正弦波信号的相位，为上一采样时刻参考正弦波信号的相位。

22、所述dc-dc变换器采用对输出电压vo的恒压控制，其控制方法如下：dc-dc变换器输出电压的给定值为voset，检测dc-dc变换器的输出电压vo，按照以下式子进行控制：

23、            （12）；

24、   （13）；

25、       （14）；

26、其中，△vo为vo的误差，kop、koi分别为pid控制中的比例系数和积分系数，为vo的误差累积和，d(n)为当前时刻的pwm信号的占空比，d(n-1)为上一采样时刻pwm信号的占空比。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

28、1、本发明在一种应用于电流互感器取电的储能系统中将电流互感器的控制电路和蓄电池的控制电路有机结合起来，利用一只dc-dc变换器和一只ac-dc变换器将电流互感器、蓄电池和负载连接起来，巧妙的在dc-dc变换器和ac-dc变换器上实现了电流互感器励磁电感的感性无功补偿、电流互感器输出有功功率的调控、蓄电池充电电压电流的控制、负载恒压控制等功能，整个电路简洁高效，性价比高。

29、2、本发明一种应用于电流互感器取电的储能系统中电流互感器励磁电感的感性无功需要进行补偿，使其具有纯电阻负载的特性，现有技术一般采用并联电容的方法进行补偿，但电容的容值参数有较大的分散性，且不便于连续调节，且电容老化后，电容容值会衰减，使得无功补偿不够准确，本发明采用ac-dc变换器模拟出一个等效电容进行补偿，ac-dc变换器的容值可以连续调节，且不会老化，因此，无功补偿精度很高；在对无功进行补偿时，不需要在电压很高的一次侧增加测量用的电流互感器，简化了电路、降低了成本、减小了体积；同时由于本技术对无功进行补偿，能够有效减小电网侧谐波。

30、3、本发明一种应用于电流互感器取电的储能系统的控制方法定量分析了电流互感器输出最大有功功率的约束条件，据此设计的算法，能在满足约束条件的情况下，将电流互感器输出的有功功率调节到最大，从而在相同负载条件下，使用更小尺寸的取电用电流互感器，可以降低成本，减小产品的体积。

31、4、本发明一种应用于电流互感器取电的储能系统的控制方法采用ac-dc变换器模拟出一个等效电阻对电流互感器输出的有功功率大小进行灵活调节，因此，在一次侧电流过大时，不需要通常被使用的泄放电路去泄放多余的功率，避免了装置发热，提高了电能的利用率，减小了设备的整体体积和降低了成本。