CN103441667A

CN103441667A - 一种应用于多级储能系统的直流控制装置

Info

Publication number: CN103441667A
Application number: CN2013104270344A
Authority: CN
Inventors: 盘宏斌; 彭秋波; 向礼丹; 刘勇; 刘林海; 唐健
Original assignee: Xiangtan University
Current assignee: Xiangtan University
Priority date: 2013-09-18
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: CN103441667B

Abstract

本发明公开了一种应用于多级储能系统的直流控制装置，包括数据采集模块、模式及策略控制模块、升压控制模块、降压控制模块、升压驱动模块和降压驱动模块，所述数据采集模块的输入端与升降压直流变换器相连，输出端分别与模式及策略控制模块、升压控制模块、降压控制模块相连，模式及策略控制模块分别与升压控制模块、降压控制模块相连，升压控制模块与升压驱动模块相连，升压驱动模块与升降压直流变换器相连，降压控制模块与降压驱动模块相连，降压驱动模块与升降压直流变换器相连。本发明能够控制主电路完成能量的双向流动，使其在升压模式和降压模式之间可以自由切换，安全可靠地将电池储存的能量回馈电网和将电网富裕电能储存进电池。

Description

一种应用于多级储能系统的直流控制装置

技术领域

本发明一种应用于多级储能系统的直流控制装置，特别涉及一种应用于多级储能系统中能量双向流动的升降压直流变换器的控制装置。

背景技术

储能技术已被视为电网运行过程中“采-发-输-配-用-储”六大环节中的重要组成部分。系统中引入储能环节后，可以有效地进行需求侧管理，消除昼夜峰谷差，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，或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。

目前储能系统根据其拓扑结构，可以分为单级和多级。单级储能变流器仅由一个DC/AC环节构成，其优点是结构简单，控制相对简便，转换效率较高，但是单级结构存在一些缺点：储能系统的容量配置固定，不能升级容量；蓄电池的电压工作范围较小，限制了蓄电池的应用；另外，电池组的均流特性不好，影响电池使用寿命。多级储能变流器与单级型相比，多一个DC/DC环节，若给每个电池组配一个独立的DC/DC环节，可以接入多组电池，实现对多组电池组的独立充/放电控制；电池组的工作电压范围也较宽；可以避免电池组之间的环流；实现对储能系统容量的灵活配置。

在多级储能系统中，当系统将电池中储存的能量回馈电网时，DC/DC环节需要将低压侧母线电压变换为稳定的且电压值达到一定要求的高压侧母线电压，即实现对高压侧母线电压的闭环控制；而当系统将电网富裕的能量储存到电池中时，AC/DC环节输出的高压侧母线电压通过DC/DC环节对电池充电，由于储能电池的充电特性要求恒压充电或者恒流充电，即需要对低压侧进行恒压控制或恒流控制。因此，一个完整的多级储能变流器不仅需要有整流逆变功能的DC/AC环节完成交流直流的变换，还需要一个具有能量双向流动功能的DC/DC变换器完成直流变换，并且能在不同的模式之间自由切换，以达到对电池快速有效的充放电以及延长电池使用寿命的目的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够使主电路完成能量的双向流动，使其在升压模式和降压模式之间可以自由切换的应用于多级储能系统的直流控制装置。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种应用于多级储能系统的直流控制装置，包括数据采集模块、模式及策略控制模块、升压控制模块、降压控制模块、升压驱动模块和降压驱动模块，所述数据采集模块的输入端与升降压直流变换器相连，输出端分别与模式及策略控制模块、升压控制模块、降压控制模块相连，模式及策略控制模块分别与升压控制模块、降压控制模块相连，升压控制模块与升压驱动模块相连，升压驱动模块与升降压直流变换器相连，降压控制模块与降压驱动模块相连，降压驱动模块与升降压直流变换器相连。

所述数据采集模块包括第一电流传感器、第二电流传感器和第一电压传感器，所述第一电流传感器、第二电流传感器、第一电压传感器的输入端与升降压直流变换器相连，输出端与降压控制模块相连。

所述数据采集模块包括第二电压传感器和第三电流传感器，所述第二电压传感器、第三电流传感器的输入端与升降压直流变换器相连，输出端与升压控制模块相连。

所述数据采集模块包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器的输入端与升降压直流变换器相连，输出端与模式及策略控制模块相连。

所述应用于多级储能系统的直流控制装置还包括驱动互锁模块，驱动互锁模块分别与升压控制模块、降压控制模块、模式及策略控制模块相连。

本发明的有益效果在于：本发明设有升、降压控制模块和升、降压驱动模块，能够控制主电路完成能量的双向流动，使其在升压模式和降压模式之间可以自由切换，并且利用模式及策略控制模块对储能电池按所需策略进行充放电，安全可靠地完成将电池储存的能量回馈电网和将电网富裕电能储存进电池的功能。

附图说明

图1为本发明的整体结构框图。

图2为本发明的应用实例图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明包括包括数据采集模块、模式及策略控制模块210、升压控制模块205、降压控制模块206、升压驱动模块201、降压驱动模块202、驱动互锁模块203和系统电源模块212，所述数据采集模块的输入端与升降压直流变换器102相连，输出端分别与模式及策略控制模块210、升压控制模块205、降压控制模块206相连，模式及策略控制模块210分别与升压控制模块205、降压控制模块206相连，升压控制模块205与升压驱动模块201相连，升压驱动模块201与升降压直流变换器102相连，降压控制模块206与降压驱动模块202相连，降压驱动模块202与升降压直流变换器102相连，驱动互锁模块203分别与升压控制模块205、降压控制模块206、模式及策略控制模块210相连。

所述数据采集模块包括第一电流传感器TA1 207、第二电流传感器TA2 208、第三电流传感器TA3 204、第一电压传感器TV1 211、第二电压传感器TV2 209、第一温度传感器ST1 213、第二温度传感器ST2 214，所述的升降压直流变换器102包括低压侧电容、高压侧电容、储能电感、升压IGBT和降压IGBT。升压驱动模块201输出端接升降压直流变换器102的升压IGBT；降压驱动模块202输出端接升降压直流变换器102的降压IGBT；第一电流传感器TA1 207的输入端套接在升降压直流变换器102低压侧正极，正方向为低压侧向外，用于采集降压充电时对储能电池的充电电流，输出端与降压控制模块206相连；第二电流传感器TA2 208的输入端套接在升降压直流变换器102的降压IGBT发射极引线上，正方向为背向降压IGBT，用于采集降压充电时流过降压IGBT的电流，输出端与降压控制模块206相连；第三电流传感器TA3 204的输入端套接在升降压直流变换器102的升压IGBT发射极引线上，正方向为背向升压IGBT，用于采集升压放电时流过升压IGBT的电流，输出端与升压控制模块205相连；第一电压传感器TV1 211的输入端接升降压直流变换器102的低压侧电容的正极，用于采集降压充电时直流变换器低压侧对储能电池的充电电压，输出端与降压控制模块206相连；第二电压传感器TV2 209的输入端接升降压直流变换器102的高压侧电容的正极，用于采集升压放电时直流变换器高压侧母线电压，输出端与升压控制模块205相连；第一温度传感器ST1 213的输入端贴装在升降压直流变换器102的升压IGBT的散热器上，用于采集升压IGBT工作时的温度信息，输出端与模式及策略控制模块210相连；第二温度传感器ST2 214的输入端贴装在升降压直流变换器102的降压IGBT的散热器上，用于采集降压IGBT工作时的温度信息，输出端与模式及策略控制模块210相连。

系统电源模块212给系统中其他控制模块提供电源，它提供多种电压等级的电源以适应系统中各个控制模块不同的电源需求。

模式及策略控制模块210根据外部模式及策略给定信号分别使能和禁止升压控制模块205或降压控制模块206，给定输出期望值，决定直流变换器的工作模式和充放电策略，以及接收第一温度传感器ST1 213和第二温度传感器ST2 214采集升压IGBT与降压IGBT的工作温度信息，决定是否执行过温保护。另外，模式及策略控制模块210在使能一个控制模块的同时将禁止另一个控制模块，使两个控制模块不会同时工作，保证系统安全可靠运行。

当升压控制模块205被使能并给定输出期望值时，升压控制模块205通过接收第三电流传感器TA3 204采集的升压IGBT中流过电流信息和第二电压传感器TV2 209采集的直流变换器高压侧母线电压信息，通过计算给出频率一定占空比按需变化的控制信号传递给升压驱动模块201，升压驱动模块201将控制信号进行功率放大，驱动升压IGBT动作，来控制流过升压IGBT的电流大小和直流变换器高压侧母线电压大小，最终达到控制升压放电时直流变换器高压侧母线电压稳定，并按一定策略放电的目的。另外，升压放电时若发生过压、欠压及过流故障，则由升压控制模块205控制执行预设的过压、欠压及过流保护动作。

当降压控制模块206被使能并给定输出期望值时，降压控制模块206通过接收第一电流传感器TA1 207采集的充电电流信息、第二电流传感器TA2 208采集的降压IGBT中流过电流信息和第一电压传感器TV1 211采集的直流变换器低压侧母线电压信息(即充电电压信息)，通过计算给出频率一定占空比按需变化的控制信号传递给降压驱动模块202，降压驱动模块202将控制信号进行功率放大，驱动降压IGBT动作，来控制给储能电池的充电电流大小、流过降压IGBT的电流大小和直流变换器低压侧母线电压大小，最终达到控制降压充电时直流变换器按照一定的充电策略(恒压充电、恒流充电或恒功率充电)对储能电池充电的目的。另外，降压充电时若发生过压、欠压及过流故障，则由降压控制模块206控制执行预设的过压、欠压及过流保护动作。

此外，为了系统工作的安全性，保证IGBT不发生误动作，控制装置中设有驱动互锁模块203。在一个控制模块工作时，可靠关闭另一个控制模块的驱动，即强制关闭对应的IGBT，使两个IGBT不会同时动作，保证不发生误动作，系统能安全可靠的运行。

如图2所示，图2为本发明工作时的结构示意框图，图中包括储能电池101、升降压直流变换器102、DC/AC双向变流器103、电网104和多级储能系统的直流控制装置105。其中，储能电池101与升降压直流变换器102连接，能量可以在它们两者之间双向流动；升降压直流变换器102与DC/AC双向变流器103连接，能量可以在它们两者之间双向流动；DC/AC双向变流器103与电网104连接，能量可以在它们两者之间双向流动；多级储能系统的直流控制装置105与升降压直流变换器102连接，前者控制后者完成能量的双向流动，使其在升压模式和降压模式之间可以自由切换，对储能电池按所需策略进行充放电，配合储能系统其余部分，安全可靠地完成将电池储存的能量回馈电网和将电网富裕电能储存进电池的功能。

Claims

1.一种应用于多级储能系统的直流控制装置，其特征在于：包括数据采集模块、模式及策略控制模块、升压控制模块、降压控制模块、升压驱动模块和降压驱动模块，所述数据采集模块的输入端与升降压直流变换器相连，输出端分别与模式及策略控制模块、升压控制模块、降压控制模块相连，模式及策略控制模块分别与升压控制模块、降压控制模块相连，升压控制模块与升压驱动模块相连，升压驱动模块与升降压直流变换器相连，降压控制模块与降压驱动模块相连，降压驱动模块与升降压直流变换器相连。

2.如权利要求1所述的应用于多级储能系统的直流控制装置，其特征在于：所述数据采集模块包括第一电流传感器、第二电流传感器和第一电压传感器，所述第一电流传感器、第二电流传感器、第一电压传感器的输入端与升降压直流变换器相连，输出端与降压控制模块相连。

3.如权利要求1所述的应用于多级储能系统的直流控制装置，其特征在于：所述数据采集模块包括第二电压传感器和第三电流传感器，所述第二电压传感器、第三电流传感器的输入端与升降压直流变换器相连，输出端与升压控制模块相连。

4.如权利要求1所述的应用于多级储能系统的直流控制装置，其特征在于：所述数据采集模块包括第一温度传感器和第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器的输入端与升降压直流变换器相连，输出端与模式及策略控制模块相连。

5.如权利要求1所述的应用于多级储能系统的直流控制装置，其特征在于：还包括驱动互锁模块，驱动互锁模块分别与升压控制模块、降压控制模块、模式及策略控制模块相连。