[發明專利]一種雙級鏈式儲能變流器控制方法

有效

• 申請號: 201210462225.X
• 申請日: 2012-11-16
• 公開（公告）號: CN102969730A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 李睿;陳強;蔡旭
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及電氣自動化設備技術領域，具體地，涉及一種雙級鏈式儲能變流器控制方法。

背景技術

電池儲能動態響應快，可以平滑功率波動，增強系統可調度性，改善電網靜、動態特性。此外，由于儲能系統還能夠運行在STATCOM模式，可以在必要時給電網提供無功功率支持。

鏈式拓撲作為儲能變流器，可以直接接入高壓電網。鏈式儲能變流器作為儲能變流器有多種具體拓撲：儲能蓄電池組直接接入鏈式變流器各H橋直流側，其拓撲如圖1所示，這種拓撲使得儲能蓄電池需要直接承受鏈式儲能變流器各相與電網交換的100Hz波動功率，即電池的充放電電流為100Hz脈動電流；如圖2所示，從而對儲能蓄電池的壽命造成負面影響。而若想要平滑電池所承受的波動功率，則需要增大直流側電容C，且效果并不理想。

一種雙級鏈式電池儲能變流器，其拓撲如圖3所示，其主要特征即在儲能電池組及H橋模塊中間加入了一個雙向DC/DC變流器。在普通的控制策略下，將通過調整占空比來控制直流側電容C的電壓為恒定值，其功能僅將電池的低壓轉換為恒定的高壓，此時電池側的充放電電流依然為100Hz的脈動電流，則此時雙級鏈式電池儲能變流器并不能改善電池的充放電特性。

經檢索發現，金一丁等人在《電力自動化設備》2011年3月底31卷第3期發表的文章“大容量鏈式電池儲能系統及其充放電均衡控制”一文中，為實現高母線電壓、大容量的城網儲能.結合鏈式DC/AC變流器拓撲及多重化雙向DC/DC變流技術，提出一種適合于大容量、多儲能模塊的電池儲能系統結構，該儲能系統可以不通過升壓變壓器直接接入10kV以上電壓等級母線，并可在較低開關頻率下達到良好的輸出諧波特性；系統中每個串聯單元的直流電壓可在電池組端電壓的基礎上進一步提高，并允許多組電池并聯接入，針對三角接鏈式系統提出了三級電池充放電均衡策略。該文章中用此拓撲的目的，一是減小電池側的電壓，一是可以并聯多組電池，從而提高整體的容量。其控制策略為上面所述的普通控制策略，并不能改善電池的充放電特性。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種雙級鏈式儲能變流器控制方法，該方法通過控制雙級鏈式儲能變流器中間直流電容C的電壓紋波來緩沖儲能系統與電網交換的波動功率，達到緩沖電池儲能系統充放電功率的目的。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明提供一種雙級鏈式儲能變流器控制方法，所述雙級鏈式儲能變流器電路拓撲包括儲能電池組、雙向DC/DC變流器、中間直流電容C、鏈式變流器和聯網濾波電抗器L_s。其中儲能電池組經雙向DC/DC變流器接入鏈式變流器各H橋的中間直流電容C，鏈式變流器經聯網濾波電抗器L_s接入高壓電網；所述雙級鏈式儲能變流器控制方法通過所述雙向DC/DC變流器控制中間直流電容C的電壓紋波來緩沖儲能系統與電網交換的波動功率，在不影響鏈式變流器正常工作的前提下，允許直流電容C在設定范圍內按給定指令進行波動，從而避免儲能電池功率的波動，同時維持中間直流電容C電壓平均值恒定。

優選地，所述DC/DC變流器采用雙環控制，采用電感電流反饋內環控制和中間直流電壓反饋外環控制，在儲能系統充電、放電時控制中間電容電壓平均值恒定；鏈式變流器根據電網調度命令采用電流解耦控制，按調度命令向吸收、發出相應的有功功率、無功功率。

優選地，所述雙級鏈式儲能變流器控制方法中，允許中間直流電容C的電壓有100Hz波動。

優選地，所述中間直流電容C的電壓由所述雙向DC/DC變流器來直接控制，通過控制所述中間直流電容C的電壓，使所述中間直流電容C電壓產生100Hz的波動，從而使得所述雙向DC/DC變流器所連接的電池承受的波動功率變小，同時維持所述中間直流電容C的電壓平均值恒定。

優選地，所述DC/DC變流器采用雙環控制，采用電感電流反饋內環控制和中間直流電壓反饋外環控制，在儲能系統充電、放電時控制所述中間直流電容C電壓平均值恒定；鏈式變流器根據電網調度命令采用電流解耦控制，按調度命令向吸收、發出相應的有功功率、無功功率。

更優選地，所述雙級鏈式儲能變流器中的前級DC/DC變流器外環電壓反饋采用低通濾波器得到中間電容電壓的平均值，外環電壓控制器給出的內環電流給定為100Hz紋波，所述DC/DC變流器將控制電感電流無100Hz紋波，即電池電流無100Hz紋波，此時所述鏈式變流器與電網交換的功率為二次脈動的，即所述中間直流電容C所儲存的能量有100Hz波動，反映為所述中間直流電容C電壓的100Hz波動。