[發(fā)明專利]一種結(jié)合蓄電池與超級電容的微電網(wǎng)儲能裝置及控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610121884.5
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105790293B
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李春來;劉衛(wèi)亮;張海寧;王印松
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)青海省電力公司;華北電力大學(xué)（保定）;國網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;H02J3/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種結(jié)合蓄電池與超級電容的微電網(wǎng)儲能裝置，所述微電網(wǎng)儲能裝置由蓄電池、超級電容、MPU控制器、第一單相逆變橋、第二單相逆變橋、第一LCL濾波器、第二LCL濾波器、第一驅(qū)動模塊、第二驅(qū)動模塊、第一至第四電流傳感器、第一至第五電壓傳感器構(gòu)成，并通過第一至第四電纜連接至微電網(wǎng)母線，其中，第一單相逆變橋由第一至第四功率管構(gòu)成，第二單相逆變橋由第五至第八功率管構(gòu)成；第一LCL濾波器與第二LCL濾波器均由單相逆變橋側(cè)電感、濾波電容、電網(wǎng)側(cè)電感構(gòu)成；

第一驅(qū)動模塊的輸入端與MPU控制器連接，第一驅(qū)動模塊的一輸出端與第一單相逆變橋的第一功率管、第四功率管的柵極連接，第一驅(qū)動模塊的另一輸出端與第一單相逆變橋的第二功率管、第三功率管的柵極連接；

第二驅(qū)動模塊的輸入端與MPU控制器連接，第二驅(qū)動模塊的一輸出端與第二單相逆變橋的第五功率管、第八功率管的柵極連接，第二驅(qū)動模塊的另一輸出端與第二單相逆變橋的第六功率管、第七功率管的柵極連接；

超級電容的輸出正端與第一電壓傳感器的測量正端連接，超級電容的輸出負(fù)端與第一電壓傳感器的測量負(fù)端連接；第一電壓傳感器的測量輸出端與MPU控制器連接；第一單相逆變橋的輸入正端與超級電容的輸出正端連接，第一單相逆變橋的輸入負(fù)端與超級電容的輸出負(fù)端連接，第一單相逆變橋的輸出正端與第一電流傳感器的測量正端連接，第一單相逆變橋的輸出負(fù)端與第一LCL濾波器的濾波電容的負(fù)端連接；第一電流傳感器的測量負(fù)端與第一LCL濾波器逆變橋側(cè)電感的一端連接，第一電流傳感器的測量輸出端與MPU控制器連接；第一LCL濾波器逆變橋側(cè)電感的另一端與第一LCL濾波器的濾波電容的正端連接；第一LCL濾波器電網(wǎng)側(cè)電感的一端與第一LCL濾波器的濾波電容的正端連接，第一LCL濾波器電網(wǎng)側(cè)電感的另一端與第二電流傳感器的測量正端連接；第二電流傳感器的測量負(fù)端與第二電壓傳感器的測量正端連接，第二電流傳感器的測量輸出端與MPU控制器連接；第二電壓傳感器的測量負(fù)端與第一單相逆變橋的輸出負(fù)端連接，第二電壓傳感器的測量輸出端與MPU控制器連接；第一電纜的一端與第二電流傳感器的測量負(fù)端連接，第一電纜的另一端與微電網(wǎng)母線的正端連接；第二電纜的一端與第二電壓傳感器的測量負(fù)端連接，第二電纜的另一端與微電網(wǎng)母線的負(fù)端連接；第五電壓傳感器的測量正端與微電網(wǎng)母線的正端連接，第五電壓傳感器的測量負(fù)端與微電網(wǎng)母線的負(fù)端連接，第五電壓傳感器的測量輸出端與MPU控制器連接；

蓄電池的輸出正端與第三電壓傳感器的測量正端連接，蓄電池的輸出負(fù)端與第三電壓傳感器的測量負(fù)端連接；第三電壓傳感器的測量輸出端與MPU控制器連接；第二單相逆變橋的輸入正端與蓄電池的輸出正端連接，第二單相逆變橋的輸入負(fù)端與蓄電池的輸出負(fù)端連接，第二單相逆變橋的輸出正端與第三電流傳感器的測量正端連接，第二單相逆變橋的輸出負(fù)端與第二LCL濾波器的濾波電容的負(fù)端連接；第三電流傳感器的測量負(fù)端與第二LCL濾波器逆變橋側(cè)電感的一端連接，第三電流傳感器的測量輸出端與MPU控制器連接；第二LCL濾波器逆變橋側(cè)電感的另一端與第二LCL濾波器的濾波電容的正端連接；第二LCL濾波器電網(wǎng)側(cè)電感的一端與第二LCL濾波器的濾波電容的正端連接，第二LCL濾波器電網(wǎng)側(cè)電感的另一端與第四電流傳感器的測量正端連接；第四電流傳感器的測量負(fù)端與第四電壓傳感器的測量正端連接，第四電流傳感器的測量輸出端與MPU控制器連接；第四電壓傳感器的測量負(fù)端與第二單相逆變橋的輸出負(fù)端連接，第四電壓傳感器的測量輸出端與MPU控制器連接；第三電纜的一端與第四電流傳感器的測量負(fù)端連接，第三電纜的另一端與微電網(wǎng)母線的正端連接；第四電纜的一端與第四電壓傳感器的測量負(fù)端連接，第四電纜的另一端與微電網(wǎng)母線的負(fù)端連接；

其特征在于其中的MPU控制器的工作原理包括以下步驟：

a.采集微電網(wǎng)的有功功率調(diào)度指令P*與無功功率調(diào)度指令Q*，分別經(jīng)低通濾波器濾波后，得到有功功率調(diào)度指令P*的低頻部分PL與無功功率調(diào)度指令Q*的低頻部分QL，低通濾波器的計(jì)算公式為

其中，ωc為低通濾波器截止頻率，ω為輸入信號的頻率，則有功功率調(diào)度指令P*的高頻部分為

PH＝P*-PL

無功功率調(diào)度指令Q*的高頻部分為

QH＝Q*-QL

b.在t時(shí)刻，利用第五電壓傳感器采集微電網(wǎng)母線電壓ug，利用第二電流傳感器采集第一LCL濾波器電網(wǎng)側(cè)電感電流ig1，經(jīng)過第一功率計(jì)算器得到時(shí)間段T內(nèi)的超級電容的并網(wǎng)有功功率P1與并網(wǎng)無功功率Q1；利用第四電流傳感器采集第二LCL濾波器電網(wǎng)側(cè)電感電流ig2，經(jīng)過第二功率計(jì)算器得到時(shí)間段T內(nèi)的蓄電池的并網(wǎng)有功功率P2與并網(wǎng)無功功率Q2，第一功率計(jì)算器的原理為

第二功率計(jì)算器的原理為

c.將有功功率調(diào)度指令P*的高頻部分PH、無功功率調(diào)度指令Q*的高頻部分QH、超級電容的并網(wǎng)有功功率P1與并網(wǎng)無功功率Q1輸入第一變比例下垂控制器，計(jì)算出第一LCL濾波器輸出電壓的參考幅值U1*與參考頻率f1*為：

其中，U1H、f1H分別為t-1時(shí)刻第一LCL濾波器輸出電壓的參考幅值和參考頻率，kp1和kq1分別為超級電容的有功下垂系數(shù)和無功下垂系數(shù)，按照下式進(jìn)行計(jì)算：

式中，a11、a12、a21、a22、b11、b12、b21、b22均為常數(shù)；

將有功功率調(diào)度指令P*的低頻部分PL、無功功率調(diào)度指令Q*的低頻部分QL、蓄電池的并網(wǎng)有功功率P2與并網(wǎng)無功功率Q2輸入第二變比例下垂控制器，計(jì)算出第二LCL濾波器輸出電壓的參考幅值U2*與參考頻率f2*為：

其中，U2L、f2L分別為t-1時(shí)刻第二LCL濾波器輸出電壓的參考幅值和參考頻率，kp2和kq2分別為超級電容的有功下垂系數(shù)和無功下垂系數(shù)，按照下式進(jìn)行計(jì)算；

式中，a31、a32、a41、a42、b31、b32、b41、b42均為常數(shù)；

d.依據(jù)第一LCL濾波器輸出電壓的參考幅值和頻率，利用參考電壓合成模塊生成正弦交流信號作為LCL第一濾波器輸出電壓的設(shè)定值信號U1ref，利用第二電壓傳感器采集LCL第一濾波器輸出電壓信號U1，將它們送入第一電壓環(huán)，第一電壓環(huán)按照比例積分控制器進(jìn)行計(jì)算，其傳遞函數(shù)為

其中KpU1表示第一電壓環(huán)比例系數(shù)，KiU1表示第一電壓環(huán)積分系數(shù)；

依據(jù)第二LCL濾波器輸出電壓的參考幅值和頻率，利用參考電壓合成模塊生成正弦交流信號作為LCL第二濾波器輸出電壓的設(shè)定值信號U2ref，利用第四電壓傳感器采集LCL第二濾波器輸出電壓信號U2，將它們送入第二電壓環(huán)，第二電壓環(huán)按照比例積分控制器進(jìn)行輸出，其傳遞函數(shù)為

其中KpU2表示第二電壓環(huán)比例系數(shù)，KiU2表示第二電壓環(huán)積分系數(shù)；

e.利用第一電流傳感器采集第一LCL濾波器逆變橋側(cè)電感電流i1，利用第二電流傳感器采集第一LCL濾波器電網(wǎng)側(cè)電感電流ig1，計(jì)算第一LCL濾波器濾波電容電流為ic1＝i1-ig1，將其乘以虛擬阻抗Rd1Cs，然后與第一電壓環(huán)的輸出相加作為第一LCL濾波器逆變橋側(cè)電感電流i1的設(shè)定值i1ref；將第一LCL濾波器逆變橋側(cè)電感電流i1與其設(shè)定值i1ref送入第一電流環(huán)，第一電流環(huán)按照比例積分控制器進(jìn)行輸出，其傳遞函數(shù)為

其中Kpi1表示第一電流環(huán)比例系數(shù)，Kii1表示第一電流環(huán)積分系數(shù)；

利用第三電流傳感器采集第二LCL濾波器逆變橋側(cè)電感電流i2，利用第四電流傳感器采集第二LCL濾波器電網(wǎng)側(cè)電感電流ig2，計(jì)算第二LCL濾波器濾波電容電流為ic2＝i2-ig2，將其乘以虛擬阻抗Rd2Cs，然后與第二電壓環(huán)的輸出相加作為第二LCL濾波器逆變橋側(cè)電感電流i2的設(shè)定值i2ref；將第二LCL濾波器逆變橋側(cè)電感電流i2與其設(shè)定值i2ref送入第二電流環(huán)，第二電流環(huán)按照比例積分控制器進(jìn)行輸出，其傳遞函數(shù)為

其中Kpi2表示第二電流環(huán)比例系數(shù)，Kii2表示第二電流環(huán)積分系數(shù)；

f.利用第一電壓傳感器采集超級電容端電壓Ud1，乘以前饋系數(shù)K1，再與第一電流環(huán)的輸出相乘作為第一驅(qū)動模塊的占空比控制信號d1，前饋系數(shù)K1的計(jì)算公式為

其中Ud1s為超級電容的額定電壓；

利用第三電壓傳感器采集蓄電池端電壓Ud2，乘以前饋系數(shù)K2，再與第二電流環(huán)的輸出相乘作為第二驅(qū)動模塊的占空比控制信號d2，前饋系數(shù)K2的計(jì)算公式為

其中Ud2s為蓄電池的額定電壓。