[發明專利]一種雙向變流器對蓄電池充放電的控制方法

有效

• 申請號: 201310753187.8
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103762628B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 高俊娥;王永超;王一波;呂佃順;林資旭;李海東;郭金東;趙棟利;曹篤峰;許洪華
• 申請（專利權）人: 北京科諾偉業科技股份有限公司;中國科學院電工研究所;保定科諾偉業控制設備有限公司
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及一種雙向變流器對蓄電池充放電的控制方法。

背景技術

基于分布式發電的微網系統是由各種微源、儲能裝置、負荷、保護和監控裝置等組成的小型電網，微網的能源輸入形式多種多樣，由于太陽能、風能等一些可再生能源具有顯著的間歇性和隨機性的特點，且負荷也是隨機變化的，分布式儲能環節成為支持微網自主運行和作為可控單元聯網運行不可缺少的重要組成部分，主要起到平抑系統擾動、維持供需平衡及支撐孤島運行時電壓/頻率穩定的作用。

雙向變流器主要功能和作用是實現交流電網電能與儲能電池電能之間的能量雙向傳遞，可以適配多種直流儲能單元，如超級電容器組、蓄電池組、飛輪電池等，其不僅可以快速有效地實現平抑分布式發電系統隨機電能或潮流的波動，提高電網對大規模可再生能源發電（風能、光伏）的接納能力，且可以接受調度指令，吸納或補充電網的峰谷電能，及提供無功功率，以提高電網的供電質量和經濟效益。

目前，雙向變流器大多采用全控器件以實現能量雙向流動、功率因數可調、減少電流諧波的目的。然而，四象限運行的雙向變流器配合蓄電池用于微電網時，有多種運行狀態需要靈活平滑切換，例如：恒壓充電、恒流充電、恒功率放電、無功支撐等。迫切需要一種統一的控制方法以實現上述功能。

CN 102055368 A《100KVA微網儲能雙向變流器》，給出了100KVA微網儲能雙向變流器作為產品整體的結構和特性，提出了并網四段式自動充電(預充、快充、均充、浮充)，但是沒有給出詳細的充放電各個狀態間平滑切換的控制方法。CN 102694388 A《一種雙向變流器控制裝置》，采用直流電壓外環、直流電流中間環以及交流電流內環的串行結構，實現整流、逆變雙向變流統一控制，但是控制時三個環同時工作，增加了控制和調試難度，而且響應速度比較慢，不利于保證蓄電池充放電的穩壓和穩流精度。CN 101621212 A《蓄電池充電控制方法》給出了一種蓄電池充電控制方法，采用輸出電壓和輸出電流兩個獨立的閉環，交替控制充電裝置的輸出，雖然提高了輸出電壓和電流的精度，但是也沒有具體給出恒壓、恒流狀態的平滑切換控制，同時未對蓄電池放電的控制進行相關介紹。

發明內容

本發明的目的是克服現有雙向變流器對蓄電池充放電的控制時，各個狀態間不能平滑切換，且控制策略復雜的缺點，提出一種適用于雙向變流器對蓄電池充放電的雙環控制方法。本發明根據蓄電池充、放電狀態的不同，采用直流電壓外環和直流電流外環的平滑切換方法，能夠靈活切換充、放電狀態，無沖擊。

本發明的技術方案如下：

本發明雙向變流器對蓄電池充放電的控制方法，采用一種雙環控制方法，內環為交流電流環控制，外環為直流環控制。該直流環控制方法可根據蓄電池充放電狀態的不同，雙向變流器選擇直流電壓外環控制或直流電流外環控制。當蓄電池處于恒流充電狀態和恒流放電狀態時，雙向變流器的直流電流外環控制和交流電流內環控制同時工作。當蓄電池處于恒壓限流充電狀態時，雙向變流器的直流電壓外環控制和交流電流內環控制同時工作。同時，本發明的雙向變流器對蓄電池采用四段式智能充電控制，當蓄電池電壓較低時，先用一個較小的電流值對蓄電池進行充電，即涓流充電控制；當蓄電池電壓逐漸建立后，再轉為恒流充電，同時限制蓄電池電壓不超過恒壓充電電壓閾值，即恒流限壓充電；當蓄電池電壓達到恒壓控制值時，轉為恒壓充電，同時限制恒壓充電時直流電流值，即恒壓限流控制；當直流電流低于浮充電流值時，轉為浮充恒壓充電控制；蓄電池放電時，雙向變流器采用恒流放電控制策略。雙向變流器通過采用直流電壓外環和直流電流外環控制平滑切換的方法，能夠靈活切換蓄電池的充、放電狀態，無沖擊，使蓄電池充、放電控制達到最優，延長了蓄電池的壽命。

本發明的具體控制方法如下：

當蓄電池處于恒流充電狀態和恒流放電狀態時，雙向變流器的直流電流外環控制和交流電流內環控制同時工作。為了防止直流母線電流波動，將雙向變流器的直流電流傳感器采集到直流電流進行巴特沃斯低通濾波處理，保證電流環控制穩定，進而提高穩流精度。然后再進行電流閉環運算，將直流電流環的輸出作為交流電流內環的給定。

當蓄電池處于恒壓限流充電狀態時，雙向變流器的直流電壓外環控制和交流電流內環控制同時工作。為了防止直流母線電壓波動，將雙向變流器直流電壓傳感器采集到直流電壓進行濾波處理，保證電壓環控制穩定，進而提高穩壓精度。然后再進行電壓閉環運算，將直流電壓環的輸出作為交流電流內環的給定。