CN102624016B - 一种能量双向流动的液流电池储能并网装置及其控制方法 - Google Patents

一种能量双向流动的液流电池储能并网装置及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102624016B
CN102624016B CN201210068717.0A CN201210068717A CN102624016B CN 102624016 B CN102624016 B CN 102624016B CN 201210068717 A CN201210068717 A CN 201210068717A CN 102624016 B CN102624016 B CN 102624016B
Authority
CN
China
Prior art keywords
output
voltage
current
input
power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210068717.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102624016A (zh
Inventor
林桦
冯波
王兴伟
安星
胡三影
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201210068717.0A priority Critical patent/CN102624016B/zh
Publication of CN102624016A publication Critical patent/CN102624016A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102624016B publication Critical patent/CN102624016B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Landscapes

  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明公开了一种能量双向流动的液流电池储能并网装置及其控制方法。本发明包括矩阵式三相交流-直流变换器、信号检测模块、IGBT驱动电路和控制器；矩阵式三相交流-直流变换器包括开关矩阵模块、三相交流滤波器、直流滤波器和箝位电路；信号检测模块包括交流信号检测模块和直流信号检测模块。本发明采用矩阵式三相交流-直流变换器，功率因数高，能量可以双向流动，输出直流电压宽范围可调，既可用于液流电池的充电，又可以用于液流电池的深度放电，提高了电能的有效利用率；通过控制器控制，调整交流侧功率因数及谐波畸变率，可以了解电网侧的功率因数及谐波的状况。采用DSP和FPGA控制方式，装置结构简单，同时提高了系统的响应速度和可靠性。

Description

一种能量双向流动的液流电池储能并网装置及其控制方法
技术领域
本发明属于电力电子变换装置技术领域，涉及一种能量可双向流动的液流电池储能电力电子并网装置及其控制方法，该装置是一种基于直接的三相交流(AC)到直流(DC)矩阵变换器装置，以实现液流电池储能系统的深度充放电工作，同时简化系统结构，提高电网的利用效率。 
背景技术
储能技术已被视为电网运行过程中的重要组成部分。系统中引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，不仅可以更有效地利用电力设备，降低供电成本，还可以促进可再生能源的应用，也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。 
液流电池储能技术是一种大规模高效电化学储能新技术。相比于其他储能技术，液流储能电池具有如下优势：输出功率和容量相互独立，系统设计非常灵活；能量转换效率高；电池使用寿命长，运行稳定性和可靠性高；可深度放电而不损坏电池，自放电低，在系统处于关闭模式时无自放电；选址自由度大，无污染、维护简单，运营成本低；无爆炸或着火危险，安全性高等。 
目前用于液流电池储能系统的常规变流器拓扑主要有三种：1、降压变压器加PWM整流器的结构。此结构在蓄能模块初次使用时需要预充电，因此需要增加预充电辅助装置，结构复杂；2、PWM整流器加直流-直流变换器的结构。多了直流-直流环节，整个系统效率降低，直流-直流与直流-交流环节的开关频率、容量及协调配合关系复杂；3、级联H桥交流-直流变 换器的结构。开关调制策略和控制策略比较复杂，同时需要处理各组液流电池之间的不平衡控制问题。 
矩阵式三相交流-直流变换器具有输入电流正弦度高、输入功率因数可调、电能双向流动、功率密度大等优点。其输出直流电压大范围可调，输出直流最大幅值可达1.5倍交流电压幅值，非常适合液流电池深度充放电的特性。因此，发明一种基于矩阵式三相交流-直流变换器的液流电池充放电装置，可对液流电池进行100％的深度充放电，实现液流电池能量的双向流动，同时提高并网利用率，具有重要意义。 
发明内容
本发明根据矩阵式三相交流-直流变换器的空间矢量调制原理，提供一种能量双向流动的液流电池储能并网装置，目的是为液流电池提供一种能量可双向流动的，能深度充放电的装置，同时对交流电网谐波污染小，总体结构简单，整体性能更加完善；本发明还提供了该装置的控制方法。 
本发明提供的一种能量双向流动的液流电池储能并网装置，其特征在于，该装置包括矩阵式三相交流-直流变换器、信号检测模块、绝缘栅极双极晶体管(IGBT)驱动电路和控制器； 
所述矩阵式三相交流-直流变换器包括开关矩阵模块、三相交流滤波器、直流滤波器和箝位电路；三相交流滤波器的输入端与电网连接，输出端与开关矩阵模块的输入端相连，开关矩阵模块的输出端与直流滤波器的输入端相连，直流滤波器的输出端与液流电池连接，箝位电路并联在开关矩阵模块两端，用于吸收输入输出侧电压异常和开关时产生的过电压； 
信号检测模块包括交流信号检测模块和直流信号检测模块，交流信号检测模块与三相交流滤波器的输入端相连，用于检测矩阵式三相交流-直流变换器的交流侧的电压、电流信息，并将信息转换成数字信号发送给控制器；直流信号检测模块与直流滤波器的输出端相连，用于检测矩阵式三相交流-直流变换器的直流侧的电压、电流信息，并将信息转换成数字信号发 送给控制器； 
所述IGBT驱动电路用于控制开关矩阵模块上IGBT器件的通断； 
所述控制器包括数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)和故障保护电路； 
现场可编程门阵列与交流信号检测模块和直流信号检测模块的输出端连接，读取电压、电流数字信号并发送给数字信号处理器，同时与故障保护电路的输入端相连，故障保护电路的输出端接IGBT驱动电路的输入端，IGBT驱动电路的输出端与开关矩阵模块连接，出现故障时直接封锁PWM脉冲；PC机发送的控制指令通过数字信号处理器的串行通信口传输给控制器，数字信号处理器根据PC机提供的控制指令和现场可编程门阵列发送的电压、电流信息按照装置的工作模式对矩阵式三相交流-直流变换器调制策略进行计算，确定换流控制所需的信息发送给现场可编程门阵列，由现场可编程门阵列实现换流控制；现场可编程门阵列输出PWM信号发送给IGBT驱动电路，经处理后送出驱动信号给IGBT驱动电路控制IGBT的通断，实现矩阵式三相交流-直流变换器的控制。 
本发明提供的能量双向流动的液流电池储能并网装置的控制方法，其特征在于，该装置有恒功率充放电模式、恒流充放电模式和恒压充电模式三种工作模式，各个模式下的控制流程如下： 
恒功率充放电模式，PC机通过控制器的DSP串行通信口将系统要求的有功功率Pref和无功功率Qref以及工作模式发送给控制器，控制流程如下： 
a1.控制器的FPGA接收交流信号调理采样电路输出的电网线电压uab、ubc，并传送给DSP，DSP将输入的uab、ubc经过电压相位计算得到网侧电压相位α1；同样，FPGA接收交流信号调理采样电路输出的电网线电流ia、ib，并传送给DSP，DSP将输入的ia、ib经过电流相位计算得到网侧电流相位α2，实际网侧功率因数角 
Figure BDA0000143800020000031
a2.控制器根据接收的工作模式，将PC机输入的有功功率Pref和无功功 率Qref作为指令有功功率P*和无功功率Q*，经过反正切arctan(Q*/P*)得到指令功率因数角 
Figure BDA0000143800020000041
a3. 
Figure BDA0000143800020000042
作为功率因数比例积分调节计算的输入，输出为变换器侧指令功率因数角 
Figure BDA0000143800020000043
a4.控制器根据输出电压传感器得到输出直流电压udc，P*/udc作为指令输出电流idc *； 
a5.控制器根据输出电流传感器得到输出直流电流idc，idc *-idc作为输出电流比例积分调节计算的输入，输出为指令电压调制比mv *； 
a6.网侧电压相位α1，变换器侧指令功率因数角 指令电压调制比mv *经过空间矢量调制计算，得到12路PWM开关信号； 
恒流充放电模式，PC机通过控制器的DSP串行通信口将系统要求的无功功率Qref和输出直流电流iref以及工作模式发送给控制器，控制流程如下： 
b1.控制器的FPGA接收交流信号调理采样电路输出的电网线电压uab、ubc，并传送给DSP，DSP将输入的uab、ubc经过电压相位计算得到网侧电压相位α1；同样，FPGA接收交流信号调理采样电路输出的的电网线电流ia、ib，并传送给DSP，DSP将输入的ia、ib经过电流相位计算得到网侧电流相位α2，实际网侧功率因数角 
Figure BDA0000143800020000045
b2.控制器根据工作模式，将PC机输入的无功功率Qref作为指令无功功率Q*，根据输出电压传感器得到输出直流电压udc，根据输出电流传感器得到输出直流电流idc，udc乘以idc得到指令有功功率P*，经过反正切arctan(Q*/P*)得到指令功率因数角 
Figure BDA0000143800020000046
b3. 
Figure BDA0000143800020000047
作为功率因数角比例积分调节计算的输入，输出为变换器侧指令功率因数角 
Figure BDA0000143800020000048
b4.将PC机输入的输出直流电流iref作为指令输出直流电流idc *； 
b5.idc *-idc作为输出电流比例积分调节计算的输入，输出为指令电压调制比mv *； 
b6.网侧电压相位α1，变换器侧指令功率因数角 指令电压调制比mv *经过空间矢量调制计算，得到12路PWM开关信号； 
恒压充电模式，PC机通过控制器的DSP串行通信口将系统要求的无功功率Qref和输出直流电压uref以及工作模式发送给控制器，控制流程如下： 
c1.控制器的FPGA接收交流信号调理采样电路输出的电网线电压uab、ubc，并传送给DSP，DSP将输入的uab、ubc经过电压相位计算得到网侧电压相位α1；同样，FPGA接收交流信号调理采样电路输出的的电网线电流ia、ib，并传送给DSP，DSP将输入的ia、ib经过电流相位计算得到网侧电流相位α2，实际网侧功率因数角 
Figure BDA0000143800020000052
c2.控制器根据工作模式，将PC机输入的无功功率Qref作为指令无功功率Q*，根据输出电压传感器得到输出直流电压udc，根据输出电流传感器得到输出直流电流idc，udc乘以idc得到指令有功功率P*，经过反正切arctan(Q*/P*)得到指令功率因数角 
Figure BDA0000143800020000053
c3. 
Figure BDA0000143800020000054
作为功率因数角比例积分调节计算的输入，输出为变换器侧指令功率因数角 
Figure BDA0000143800020000055
c4.将PC机输入的输出直流电压uref作为指令输出直流电压udc *；udc *-udc作为输出电压比例积分调节计算的输入，输出为指令输出直流电流idc *； 
c5.idc *-idc作为输出电流比例积分调节计算的输入，输出为指令电压调制比mv *； 
c6.网侧电压相位α1，变换器侧指令功率因数角 指令电压调制比mv *经过空间矢量调制计算，得到12路PWM开关信号； 
控制器输出的PWM1～PWM12脉冲通过IGBT驱动电路与开关矩阵相连，实现对液流电池的恒功率充放电控制。 
本发明的有益效果是： 
(1)采用矩阵式三相交流-直流变换器，功率因数高，能量可以双向流动，输出直流电压宽范围可调，既可用于液流电池的充电，又可以用于液 流电池的深度放电，提高了电能的有效利用率。 
(2)通过控制器控制，调整交流侧功率因数及谐波畸变率，可以了解电网侧的功率因数及谐波的状况。 
(3)采用DSP和FPGA控制方式，装置结构简单，同时大幅度提高了系统的响应速度和可靠性。 
附图说明
图1为液流电池储能并网控制装置的结构示意图。 
图2为液流电池储能并网控制装置的一种实例的结构示意图。 
图3为控制器内部算法框图。 
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的液流电池储能并网装置包括矩阵式三相交流-直流变换器、信号检测模块、IGBT驱动电路和控制器四部分。 
所述矩阵式三相交流-直流变换器包括开关矩阵模块1、三相交流滤波器2、直流滤波器3和箝位电路4。三相交流滤波器2的输入端与电网连接，输出端与开关矩阵模块1的输入端相连，开关矩阵模块1的输出端与直流滤波器3的输入端相连，直流滤波器3的输出端与液流电池连接，箝位电路4并联在开关矩阵模块1两端。 
所述信号检测模块包括交流信号检测模块5和直流信号检测模块6，交流信号检测模块5与三相交流滤波器2的输入端相连，用于检测矩阵式三相交流-直流变换器的交流侧的电压、电流信息，并将信息转换成数字信号发送给控制器。直流信号检测模块6与直流滤波器3的输出端相连，用于检测矩阵式三相交流-直流变换器的直流侧的电压、电流信息，并将信息转换成数字信号发送给控制器。 
所述IGBT驱动电路用于控制开关矩阵模块上IGBT器件的通断。 
所述控制器包括数字信号处理器(DSP)7、现场可编程门阵列(FPGA)8和故障保护电路9。 
FPGA与交流信号检测模块5和直流信号检测模块6的输出端连接，读取电压、电流数字信号并发送给DSP，同时与故障保护电路9的输入端相连，故障保护电路9的输出端接IGBT驱动电路的输入端，IGBT驱动电路的输出端与开关矩阵模块1连接，出现故障时直接封锁PWM脉冲。PC机发送的控制指令通过DSP的串行通信口传输给控制器，DSP根据PC机提供的控制指令和FPGA发送的电压、电流信息按照装置的工作模式对矩阵式三相交流-直流变换器调制策略进行计算，确定换流控制所需的信息发送给FPGA，由FPGA实现换流控制。FPGA输出PWM信号发送给IGBT驱动电路，经处理后送出驱动信号给IGBT驱动电路控制IGBT的通断，实现矩阵式三相交流-直流变换器的控制。 
实例： 
如图2所示，开关矩阵模块1由六个双向功率开关构成。其中Si，j(i＝P，N；j＝a，b，c三相)表示一个双向功率开关，每个双向功率开关由两个具有反并联二极管的绝缘栅极双极晶体管(IGBT)采用“共发射极”结构构成。上桥臂三个双向功率开关的输出端连接在一起，形成输出端P，下桥臂三个双向功率开关的输出端连接在一起，形成输出端N，最终输出直流电压UPN。矩阵式三相交流-直流变换器的输入侧为三相电网电压，分别用ua，ub，uc表示。在矩阵式三相交流-直流变换器与电网间接有三相交流滤波器2。矩阵式三相交流-直流变换器输出侧接有直流滤波器3。通过对六个双向功率开关通断控制，可以实现幅值可变化的直流输出电压。箝位电路4由10个快恢复二极管构成的两个整流桥并联电容和电阻组成。其作用主要是吸收输入输出侧电压异常和开关时产生的过电压。 
交流信号检测模块5包括交流侧电压传感器51、交流侧电流传感器52和交流信号调理采样电路53；直流信号检测模块6包括直流侧电压传感器61、直流侧电流传感器62和直流信号调理采样电路63。 
交流侧电压传感器51位于电网和三相交流滤波器2之间，检测电网输 入线电压uab、ubc；交流侧电流传感器52位于电网和三相交流滤波器2之间，检测电网输入电流ia、ib；直流侧电压传感器61位于直流滤波器3和液流电池之间，检测电池端电压udc；直流侧电流传感器62位于开关矩阵模块1和直流滤波器3之间，检测输出电流idc。 
交流信号调理采样电路53，接收交流侧电压传感器51检测到的三相电网线电压uab、ubc和交流侧电流传感器52检测到的电网线电流ia、ib，将其转换为数字信号传输给控制器。直流信号调理采样电路63，用于接收来自直流侧电压传感器61的电池两端直流电压值udc和直流侧电流传感器62检测到的直流滤波电感上的电流值idc，将其转换为数字信号传输给控制器。 
PC机通过串行通信向控制器发送相关指令，包括工作模式、有功功率Pref、无功功率Qref、输出直流电流iref、输出直流电压uref等信息。 
FPGA与交流信号调理采样电路53和直流信号调理采样电路63的输出端连接，读取采样电路53、63的电压、电流数字信号并发送给DSP，同时与故障保护电路的输入端相连，故障保护电路的输出端接IGBT驱动电路，出现故障时直接封锁PWM脉冲。PC机发送的控制指令通过DSP的串行通信口传输给控制器，DSP根据PC机提供的控制指令和FPGA发送的电压、电流信息按照装置的工作模式对矩阵式三相交流-直流变换器空间矢量调制策略进行计算，确定换流控制所需的每个调制周期的开关状态调制次序和持续时间并发送给FPGA，由FPGA实现换流控制。FPGA得到的六个双向功率开关的十二路PWM信号发送给IGBT驱动电路，经处理后送出驱动信号给开关器件IGBT，由IGBT驱动电路控制IGBT的通断，实现矩阵式三相交流-直流变换器的控制。 
本实例中，DSP可以选用TI公司的TMS320LF28335芯片，FPGA可以选用ALTERA公司的EP2C8T144C8，两者之间通过数据总线、地址总线和控制线进行信息传递。IGBT驱动电路可以选用Avago公司的HCPL-3120芯片，它具有外围电路简单、响应速度快、驱动能力强的优点。 
本发明提供的装置共有恒功率充放电模式、恒流充放电模式和恒压充电模式三种工作模式，通过PC机选择模式。如图3所示，各个模式下的控制流程如下： 
(1)恒功率充放电模式，PC机通过控制器的DSP串行通信口将系统要求的有功功率Pref和无功功率Qref以及工作模式发送给控制器，如附图3(a)所示： 
a1.控制器的FPGA接收交流信号调理采样电路53输出的电网线电压uab、ubc，并传送给DSP，DSP将输入的uab、ubc经过电压相位计算得到网侧电压相位α1；同样，FPGA接收交流信号调理采样电路53输出的电网线电流ia、ib，并传送给DSP，DSP将输入的ia、ib经过电流相位计算得到网侧电流相位α2，实际网侧功率因数角 
Figure BDA0000143800020000091
a2.控制器根据接收的工作模式，将PC机输入的有功功率Pref和无功功率Qref作为指令有功功率P*和无功功率Q*，经过反正切arctan(Q*/P*)得到指令功率因数角 
Figure BDA0000143800020000092
a3. 作为功率因数比例积分调节计算的输入，输出为变换器侧指令功率因数角 
a4.控制器根据输出电压传感器得到输出直流电压udc，P*/udc作为指令输出电流idc *； 
a5.控制器根据输出电流传感器得到输出直流电流idc，idc *-idc作为输出电流比例积分调节计算的输入，输出为指令电压调制比mv *； 
a6.网侧电压相位α1，变换器侧指令功率因数角 
Figure BDA0000143800020000095
指令电压调制比mv *经过空间矢量调制计算，得到12路PWM开关信号； 
(2)恒流充放电模式，PC机通过控制器的DSP串行通信口将系统要求的无功功率Qref和输出直流电流iref以及工作模式发送给控制器，如附图3(b)所示： 
b1.控制器的FPGA接收交流信号调理采样电路53输出的电网线电压 uab、ubc，并传送给DSP，DSP将输入的uab、ubc经过电压相位计算得到网侧电压相位α1；同样，FPGA接收交流信号调理采样电路53输出的的电网线电流ia、ib，并传送给DSP，DSP将输入的ia、ib经过电流相位计算得到网侧电流相位α2，实际网侧功率因数角 
b2.控制器根据工作模式，将PC机输入的无功功率Qref作为指令无功功率Q*，根据输出电压传感器得到输出直流电压udc，根据输出电流传感器得到输出直流电流idc，udc乘以idc得到指令有功功率P*，经过反正切arctan(Q*/P*)得到指令功率因数角 
Figure BDA0000143800020000102
b3. 
Figure BDA0000143800020000103
作为功率因数角比例积分调节计算的输入，输出为变换器侧指令功率因数角 
Figure BDA0000143800020000104
b4.将PC机输入的输出直流电流iref作为指令输出直流电流idc *； 
b5.idc *-idc作为输出电流比例积分调节计算的输入，输出为指令电压调制比mv *； 
b6.网侧电压相位α1，变换器侧指令功率因数角 
Figure BDA0000143800020000105
指令电压调制比mv *经过空间矢量调制计算，得到12路PWM开关信号； 
(3)恒压充电模式，PC机通过控制器的DSP串行通信口将系统要求的无功功率Qref和输出直流电压uref以及工作模式发送给控制器，如附图3(c)所示： 
c1.控制器的FPGA接收交流信号调理采样电路53输出的电网线电压uab、ubc，并传送给DSP，DSP将输入的uab、ubc经过电压相位计算得到网侧电压相位α1；同样，FPGA接收交流信号调理采样电路53输出的的电网线电流ia、ib，并传送给DSP，DSP将输入的ia、ib经过电流相位计算得到网侧电流相位α2，实际网侧功率因数角 
Figure BDA0000143800020000106
c2.控制器根据工作模式，将PC机输入的无功功率Qref作为指令无功功率Q*，根据输出电压传感器得到输出直流电压udc，根据输出电流传感器得到输出直流电流idc，udc乘以idc得到指令有功功率P*，经过反正切 arctan(Q*/P*)得到指令功率因数角 
Figure BDA0000143800020000111
c3. 
Figure BDA0000143800020000112
作为功率因数角比例积分调节计算的输入，输出为变换器侧指令功率因数角 
Figure BDA0000143800020000113
c4.将PC机输入的输出直流电压uref作为指令输出直流电压udc *；udc *-udc作为输出电压比例积分调节计算的输入，输出为指令输出直流电流idc *； 
c5.idc *-idc作为输出电流比例积分调节计算的输入，输出为指令电压调制比mv *； 
c6.网侧电压相位α1，变换器侧指令功率因数角 
Figure BDA0000143800020000114
指令电压调制比mv *经过空间矢量调制计算，得到12路PWM开关信号； 
控制器输出的PWM1～PWM12脉冲通过IGBT驱动电路与开关矩阵相连，实现对液流电池的恒功率充放电控制。 
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据实施例和附图公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。 

Claims (4)

1.一种能量双向流动的液流电池储能并网装置的控制方法，其特征在于，该装置包括矩阵式三相交流-直流变换器、信号检测模块、IGBT驱动电路和控制器；
所述矩阵式三相交流-直流变换器包括开关矩阵模块、三相交流滤波器、直流滤波器和箝位电路；三相交流滤波器的输入端与电网连接，输出端与开关矩阵模块的输入端相连，开关矩阵模块的输出端与直流滤波器的输入端相连，直流滤波器的输出端与液流电池连接，箝位电路并联在开关矩阵模块两端，用于吸收输入输出侧电压异常和开关时产生的过电压；
信号检测模块包括交流信号检测模块和直流信号检测模块，交流信号检测模块与三相交流滤波器的输入端相连，用于检测矩阵式三相交流-直流变换器的交流侧的电压、电流信息，并将检测到的交流侧的电压、电流信息转换成数字信号发送给控制器；直流信号检测模块与直流滤波器的输出端相连，用于检测矩阵式三相交流-直流变换器的直流侧的电压、电流信息，并将检测到的直流侧的电压、电流信息转换成数字信号发送给控制器；
所述IGBT驱动电路用于控制开关矩阵模块上IGBT器件的通断；
所述控制器包括数字信号处理器、现场可编程门阵列和故障保护电路；
现场可编程门阵列与交流信号检测模块和直流信号检测模块的输出端连接，读取电压、电流数字信号并发送给数字信号处理器，同时与故障保护电路的输入端相连，故障保护电路的输出端接IGBT驱动电路的输入端，IGBT驱动电路的输出端与开关矩阵模块连接，出现故障时直接封锁PWM脉冲；PC机发送的控制指令通过数字信号处理器的串行通信口传输给控制器，数字信号处理器根据PC机提供的控制指令和现场可编程门阵列发送的电压、电流信息按照装置的工作模式对矩阵式三相交流-直流变换器调制策略进行计算，确定换流控制所需的信息发送给现场可编程门阵列，由现场可编程门阵列实现换流控制；现场可编程门阵列输出PWM信号发送给IGBT驱动电路，经处理后送出驱动信号给IGBT驱动电路控制IGBT的通断，实现矩阵式三相交流-直流变换器的控制；
该装置有恒功率充放电模式、恒流充放电模式和恒压充电模式三种工作模式，各个模式下的控制流程如下：
恒功率充放电模式的控制流程为：
a1.控制器的现场可编程门阵列接收交流信号调理采样电路输出的电网线电压uab、ubc，并传送给数字信号处理器，数字信号处理器将输入的uab、ubc经过电压相位计算得到网侧电压相位α1；同样，现场可编程门阵列接收交流信号调理采样电路输出的电网线电流ia、ib，并传送给数字信号处理器，数字信号处理器将输入的ia、ib经过电流相位计算得到网侧电流相位α2，实际网侧功率因数角
a2.控制器根据接收的工作模式，将PC机输入的有功功率Pref和无功功率Qref作为指令有功功率P*和无功功率Q*，经过反正切arctan(Q*/P*)得到指令功率因数角
Figure FDA0000433605620000022
a3.
Figure FDA0000433605620000023
作为功率因数比例积分调节计算的输入，输出为变换器侧指令功率因数角
Figure FDA0000433605620000024
a4.控制器根据输出电压传感器得到输出直流电压udc，P*/udc作为指令输出电流idc *；
a5.控制器根据输出电流传感器得到输出直流电流idc，idc *-idc作为输出电流比例积分调节计算的输入，输出为指令电压调制比mv *；
a6.网侧电压相位α1，变换器侧指令功率因数角
Figure FDA0000433605620000025
指令电压调制比mv *经过空间矢量调制计算，得到12路PWM开关信号；
恒流充放电模式的控制流程为：
b1.控制器的现场可编程门阵列接收交流信号调理采样电路输出的电网线电压uab、ubc，并传送给数字信号处理器，数字信号处理器将输入的uab、ubc经过电压相位计算得到网侧电压相位α1；同样，现场可编程门阵列接收交流信号调理采样电路输出的的电网线电流ia、ib，并传送给数字信号处理器，数字信号处理器将输入的ia、ib经过电流相位计算得到网侧电流相位α2，实际网侧功率因数角
Figure FDA0000433605620000031
b2.控制器根据工作模式，将PC机输入的无功功率Qref作为指令无功功率Q*，根据输出电压传感器得到输出直流电压udc，根据输出电流传感器得到输出直流电流idc，udc乘以idc得到指令有功功率P*，经过反正切arctan(Q*/P*)得到指令功率因数角
Figure FDA0000433605620000032
b3.作为功率因数角比例积分调节计算的输入，输出为变换器侧指令功率因数角
Figure FDA0000433605620000034
b4.将PC机输入的输出直流电流iref作为指令输出直流电流idc *；
b5.idc *-idc作为输出电流比例积分调节计算的输入，输出为指令电压调制比mv *；
b6.网侧电压相位α1，变换器侧指令功率因数角
Figure FDA0000433605620000035
指令电压调制比mv *经过空间矢量调制计算，得到12路PWM开关信号；
恒压充电模式的控制流程为：
c1.控制器的现场可编程门阵列接收交流信号调理采样电路输出的电网线电压uab、ubc，并传送给数字信号处理器，数字信号处理器将输入的uab、ubc经过电压相位计算得到网侧电压相位α1；同样，现场可编程门阵列接收交流信号调理采样电路输出的的电网线电流ia、ib，并传送给数字信号处理器，数字信号处理器将输入的ia、ib经过电流相位计算得到网侧电流相位α2，实际网侧功率因数角
c2.控制器根据工作模式，将PC机输入的无功功率Qref作为指令无功功率Q*，根据输出电压传感器得到输出直流电压udc，根据输出电流传感器得到输出直流电流idc，udc乘以idc得到指令有功功率P*，经过反正切arctan(Q*/P*)得到指令功率因数角
Figure FDA0000433605620000037
c3.
Figure FDA0000433605620000041
作为功率因数角比例积分调节计算的输入，输出为变换器侧指令功率因数角
Figure FDA0000433605620000042
c4.将PC机输入的输出直流电压uref作为指令输出直流电压udc *；udc *-udc作为输出电压比例积分调节计算的输入，输出为指令输出直流电流idc *；
c5.idc *-idc作为输出电流比例积分调节计算的输入，输出为指令电压调制比mv *；
c6.网侧电压相位α1，变换器侧指令功率因数角
Figure FDA0000433605620000043
指令电压调制比mv *经过空间矢量调制计算，得到12路PWM开关信号；
控制器输出的PWM1～PWM12脉冲通过IGBT驱动电路与开关矩阵相连，实现对液流电池的恒功率充放电控制。
2.根据权利要求1所述的能量双向流动的液流电池储能并网装置的控制方法，其特征在于，开关矩阵模块由六个双向功率开关构成；每个双向功率开关由两个具有反并联二极管的绝缘栅极双极晶体管采用共发射极结构构成；上桥臂三个双向功率开关的输出端连接在一起，形成输出端，下桥臂三个双向功率开关的输出端连接在一起，形成输出端N，最终输出直流电压，矩阵式三相交流-直流变换器的输入侧为三相电网电压。
3.根据权利要求1或2所述的能量双向流动的液流电池储能并网装置的控制方法，其特征在于，箝位电路由十个快恢复二极管构成的两个整流桥并联电容和电阻组成。
4.根据权利要求1或2所述的能量双向流动的液流电池储能并网装置的控制方法，其特征在于，交流信号检测模块包括交流侧电压传感器、交流侧电流传感器和交流信号调理采样电路；直流信号检测模块包括直流侧电压传感器、直流侧电流传感器和直流信号调理采样电路；
交流侧电压传感器位于电网和三相交流滤波器之间，检测电网输入线电压uab、ubc；交流侧电流传感器位于电网和三相交流滤波器之间，检测电网输入电流ia、ib；直流侧电压传感器位于直流滤波器和液流电池之间，检测电池端电压udc；直流侧电流传感器位于开关矩阵模块和直流滤波器之间，检测输出电流idc；
交流信号调理采样电路用于接收交流侧电压传感器检测到的三相电网线电压uab、ubc和交流侧电流传感器检测到的电网线电流ia、ib，将其转换为数字信号传输给控制器；直流信号调理采样电路用于接收来自直流侧电压传感器的电池两端直流电压值udc和直流侧电流传感器检测到的直流滤波电感上的电流值idc，将其转换为数字信号传输给控制器。
CN201210068717.0A 2012-03-15 2012-03-15 一种能量双向流动的液流电池储能并网装置及其控制方法 Active CN102624016B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210068717.0A CN102624016B (zh) 2012-03-15 2012-03-15 一种能量双向流动的液流电池储能并网装置及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210068717.0A CN102624016B (zh) 2012-03-15 2012-03-15 一种能量双向流动的液流电池储能并网装置及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102624016A CN102624016A (zh) 2012-08-01
CN102624016B true CN102624016B (zh) 2014-05-07

Family

ID=46563758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210068717.0A Active CN102624016B (zh) 2012-03-15 2012-03-15 一种能量双向流动的液流电池储能并网装置及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102624016B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103236783B (zh) * 2013-04-02 2016-08-03 南京航空航天大学 一种拓宽双级式矩阵变换器功率因数角调节范围的方法
JP5794274B2 (ja) * 2013-10-24 2015-10-14 株式会社安川電機 マトリクスコンバータ
CN103780072B (zh) * 2014-02-27 2017-04-12 深圳市英威腾电气股份有限公司 一种箝位保护电路及矩阵变换器
CN104319877B (zh) * 2014-09-25 2018-08-31 广东易事特电源股份有限公司 非同步快速微电网智能网关系统及控制方法
CN107134914B (zh) * 2017-06-05 2019-05-14 浙江大学 一种应用于低压配电终端的自组织电能路由器
CN108418450B (zh) * 2018-02-27 2020-09-25 西安理工大学 一种可调压pwm整流器及其apfc控制方法
CN110661274B (zh) * 2019-09-29 2021-06-15 国网山东省电力公司电力科学研究院 一种复合型动态功率支撑系统及其协调控制方法
CN116505564A (zh) * 2023-04-03 2023-07-28 深圳市恩玖科技有限公司 储能变流器的控制电路

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201167289Y (zh) * 2007-11-16 2008-12-17 华中科技大学 一种用于矩阵变换器的控制装置
CN101527462A (zh) * 2008-12-30 2009-09-09 中国电力科学研究院 一种变流器的数字控制装置
CN101534062A (zh) * 2009-04-16 2009-09-16 华南理工大学 用于矩阵式变换器的改进型双电压控制方法及其装置
CN101729014A (zh) * 2008-10-24 2010-06-09 上海输配电股份有限公司 双馈风力发电机组中的变换器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201167289Y (zh) * 2007-11-16 2008-12-17 华中科技大学 一种用于矩阵变换器的控制装置
CN101729014A (zh) * 2008-10-24 2010-06-09 上海输配电股份有限公司 双馈风力发电机组中的变换器
CN101527462A (zh) * 2008-12-30 2009-09-09 中国电力科学研究院 一种变流器的数字控制装置
CN101534062A (zh) * 2009-04-16 2009-09-16 华南理工大学 用于矩阵式变换器的改进型双电压控制方法及其装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN102624016A (zh) 2012-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102624016B (zh) 一种能量双向流动的液流电池储能并网装置及其控制方法
CN102215012B (zh) 一种太阳能与电能双向变换系统
CN100563086C (zh) 有源双向电力调节器
CN104702140B (zh) T型三电平光伏并网逆变器并联环流抑制和中点平衡方法
CN201466775U (zh) 蓄电池充放电装置
CN101557115A (zh) 谷电峰用储能装置
CN102005772B (zh) 一种并网逆变系统的控制方法
CN102916435B (zh) 一种含z源网络的电池储能功率转换系统及其控制方法
CN102832842A (zh) 一种新型三相光伏并网逆变器系统
CN112072716A (zh) 一种配电网末端电能路由器及其控制方法
CN103259286A (zh) 三电平z源风力发电并网系统
CN103023344A (zh) 一种通用的智能电网电力电子装置
CN105703689A (zh) 大功率无刷双馈电机三电平双向变频调速系统
CN102570488B (zh) 基于锂电池储能的功率转换系统及其控制方法
CN203027153U (zh) 一种通用的智能电网电力电子装置
CN202260483U (zh) 能量回收电动汽车动力电池测试控制系统
CN103618327A (zh) 一种大功率储能变流器及其主电路
CN103972963A (zh) 一种基于单体电池电能变换的拓扑电路及系统
CN205070450U (zh) 一种并联并网电池储能系统控制器
CN106877726A (zh) 一种具有故障穿越能力的储能型变流器拓扑的控制方法
CN103618328B (zh) 一种移动储能的功率转换系统
CN104506069A (zh) 非隔离型光伏并网逆变器
CN205453533U (zh) Shepwm控制电路、两台t型三电平shepwm逆变器并联系统
Pulikanti et al. Control of five-level flying capacitor based active-neutral-point-clamped converter for grid connected wind energy applications
CN102769295A (zh) 一种风电变流器静态无功补偿系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant