CN106160433B - 一种用于控制变流器的反馈系统和储能系统 - Google Patents
一种用于控制变流器的反馈系统和储能系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种用于控制变流器的反馈系统和储能系统。该反馈系统包括：高通滤波器，被配置为对变流器中的高压直流中的母线电压纹波信号进行滤波，并将滤波后的滤波信号输出给补偿电路；补偿电路，被配置为接收所述滤波信号并对所述滤波信号进行电流或电压补偿；反馈电路，被配置为接收外部控制信号和已进行电流或电压补偿的滤波信号，并基于所述外部控制信号和已进行电流或电压补偿的滤波信号对所述变流器进行电压反馈。本发明实施例提供的用于控制储能变流器的单元可以有效地对储能变流器的稳定性进行控制，使储能变流器纹波得到明显抑制。
Description
技术领域
本发明涉及电网控制领域，尤其涉及一种用于控制变流器的反馈系统和储能系统。
背景技术
在电网领域，变流器作为电池和电网之间的接口设备，用于实现直流电池和交流电网之间的能量传递。变流器的电路结构决定着整个储能系统的效率和稳定性，而目前的变流器稳定性较差，因而如何对变流器的稳定性进行有效地控制进而提升整个储能系统的效率和稳定性，是电网领域亟待解决的难题之一。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种用于控制变流器的单元，以对变流器的稳定性进行有效地控制，使变流器具有较低的纹波。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于控制变流器的反馈系统，包括：
高通滤波器，被配置为对变流器中的高压直流中的母线电压纹波信号进行滤波，并将滤波后的滤波信号输出给补偿电路；
补偿电路，被配置为接收所述滤波信号并对所述滤波信号进行电流或电压补偿；
反馈电路，被配置为接收外部控制信号和已进行电流或电压补偿的滤波信号，并基于所述外部控制信号和已进行电流或电压补偿的滤波信号对所述变流器进行电压反馈。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种储能系统，包括：
储能单元，被配置为储存电能；
变流器，被配置为对所述储能电脑的电压或/和电流进行转换；以及
用于控制所述变流器的上文所述的反馈系统。
与现有技术相比，本发明的实施例具有以下优点：
由于本发明的实施例在反馈系统中引入了补偿电路，从而通过反馈电路对所述变流器的电压或电流的补偿，减小所述变流器中直流母线电压上的纹波，并降低所述变流器的电磁噪声，从而提升变流器所应用的电网系统的鲁棒性。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1示出了变流器所应用的储能系统的一个例子；
图2示出了所述图1中各具体元件连接的示意图；
图3为根据本发明的实施例的用于控制变流器的反馈系统2的示意性框图；
图4(a)示出了本发明一个实施例的对二级变流器进行控制的反馈系统2的示意图；
图4(b)示出了本发明一个实施例的对二级变流器进行控制的反馈系统2的另一示意图；
图5(a)示出了根据本发明另一个实施例的对二级变流器进行控制的反馈系统2的示意图；
图5(b)示出了根据本发明另一个实施例的对二级变流器进行控制的反馈系统2的另一示意图；
图6(a)-1、图6(a)-2和图7(a)-1、图7(a)-2分别示出了现有技术的变流器直流母线的电压、电流以及作为储能单元11的蓄电池组的电压、电流的仿真结果图；
图6(b)-1、图6(b)-2示出了在采用本发明实施例图4(a)所示的反馈系统2后变流器直流母线的电压、电流以及作为储能单元11的蓄电池组电压、电流的仿真结果图；
图7(b)-1、图7(b)-2示出了在采用本发明实施例图5(a)所示的反馈系统2后变流器直流母线的电压、电流以及作为储能单元11的蓄电池组电压、电流的仿真结果图；
附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
为了更清楚地描述本发明的内容，先对变流器应用的场景进行概括地说明。请参考图1，图1示出了变流器所应用的储能系统的一个例子。如图1所示，所述储能系统1包括：
储能单元11，被配置为储存电能；
变流器12，被配置为对所述储能单元的电压或/和电流进行转换。
其中，所述变流器12可以为单级变流器，也可以为多级变流器。以多级变流器为例，图1所示的变流器12为二级变流器，包括第一级的直流到直流变流器和级联所述直流到直流变流器(DC/DC变流器)的第二级的直流到交流变流器(DC/AC变流器)；
其中第一级的直流到直流变流器被配置为将输入的低压直流转换为输出的高压直流；
其中第二级的直流到交流变流器被配置为输入所述高压直流并将所述高压直流转换为输出的交流。
通常，所述储能单元11通过变流器12连接到负载，如图1所示，其中以自发电能且自用电能的电机作为负载的一个例子。
其中所述储能单元11可以为诸如低压电池、蓄电池组等等。
为了更清楚地说明图1所示的DC/DC变流器121和DC/AC变流器122的结构，可继续参考图2，图2示出了所述图1中各具体元件连接的示意图。
如图2所示，DC/DC变流器121主要由电感器L1、第一晶体管S1、第二晶体管S2和电容C1构成，形成升降压电路。其中，所述第一晶体管S1、第二晶体管S2和电容C1串接，电感L1的一端与第一晶体管S1和第二晶体管S2的公共端连接，电感L1的另一端与第一晶体管S1和电容 C1的公共端连接。
图2所示的储能单元输出的直流电压通过电感L1后在第一晶体管S1和第二晶体管S2进行斩波，电容C1对所述斩波后的电压高频纹波进行滤波。
如图2所示，DC/AC变流器122主要由三个独立的全桥逆变器构成，即包括由Sa1～Sa4、Sb1～Sb4、Sc1～Sc4分别组成的全桥逆变电路，并分别通过每一相的隔离变压器向电网或负载输出交流电。以Sa1～Sa4、A相为例，储能系统中的母线电压通过Sa1～Sa4组成的全桥逆变电路，输出交流电，并通过A相的隔离变压器将变压后的交流电提供给负载或电网。同理，B相、C相也通过高频隔离变压器将变压后的交流电提供给负载或电网。
需要说明的是，图2所示的电感、晶体管、电容可以由其他能够实现同样功能的元件或电路替代，在此不作限定。
为了提升整个储能系统的稳定性，减少变流器上输出的母线电压上的纹波，请参考图3，本发明实施例提供了一种用于控制变流器的反馈系统2，包括：
高通滤波器101，被配置为对变流器中的高压直流中的母线电压纹波信号进行滤波，并将滤波后的滤波信号输出给补偿电路；
补偿电路102，被配置为接收所述滤波信号并对所述滤波信号进行电流或电压补偿；
反馈电路103，被配置为接收外部控制信号和已进行电流或电压补偿的滤波信号，并基于所述外部控制信号和已进行电流或电压补偿的滤波信号对所述变流器进行电压反馈。
其中所述补偿电路102可以为由分压电阻构成的分压电路，所述分压电路用于对所述滤波信号进行电流补偿，也可以为积分电路，所述积分电路用于对所述滤波信号进行电压补偿。
图3所示的所述变流器可以为单级变流器，也可以为多级变流器。
当图3所示的所述变流器为二级变流器，且包括第一级的直流到直流变流器和级联所述直流到直流变流器的第二级的直流到交流变流器时，所述补偿电路102可以为由分压电阻构成的分压电路，所述分压电路用于对所述 滤波信号进行电流补偿。
请参考图4(a)，图4(a)示出了对二级变流器进行控制的反馈系统2的一个实施例。
其中第一级的直流到直流变流器被配置为将输入的低压直流转换为输出的高压直流，第二级的直流到交流变流器被配置为输入所述高压直流并将所述高压直流转换为输出的交流。
如图4(a)所示，所述高通滤波器101被配置为对所述第一级的直流到直流变流器输出的高压直流中的母线电压纹波信号进行滤波，并将滤波后的滤波信号输出给补偿电路；
所述补偿电路102被配置为对所述滤波信号进行电流补偿；
所述反馈电路103被配置为接收外部控制信号和已进行电流补偿的滤波信号，并基于所述外部控制信号和已进行电流补偿的滤波信号对所述变流器进行电压反馈。
可选地，所述反馈电路103包括比例积分调节器(PI调节器)，则所述反馈电路103基于所述外部控制信号和已进行电流补偿的滤波信号进行电压反馈包括：
-检测所述第二级的直流到交流变流器的所述输出的交流的三相电流；
-将所述三相电流解耦成两相同步旋转坐标系(dq旋转坐标系)下对应的值；
-基于所述外部控制信号和已进行电流补偿的滤波信号以及所述两相同步旋转坐标系下对应的值，通过比例积分调节器对所述第二级的直流到交流变流器进行电压反馈。
其中所述将所述三相电流解耦成两相同步旋转坐标系(dq旋转坐标系)下对应的值，例如，将三相电流I解耦成Id和Iq。
可选地，请参考图4(b)，其中所述外部控制信号可以为三相电流I的参考信号I_ref，则可选地，所述基于所述外部控制信号和已进行电流补偿的滤波信号以及所述两相同步旋转坐标系下对应的值，通过比例积分调节器对所述第二级的直流到交流变流器进行电压反馈包括：
-将参考信号I_ref解耦成Id_ref和Iq_ref；
-将所述已进行电流补偿的滤波信号与所述Iq_ref叠加，得到第一叠加信号；
-将所述第一叠加信号和所述Id_ref叠加，得到第二叠加信号；
-将所述第二叠加信号和所述三相电流I在两相同步旋转坐标系下对应的值Id和Iq输入比例积分调节器并由所述比例积分调节器产生相应的电压反馈信号；
-将所述电压反馈信号输入到所述第二级的直流到交流变流器。
需要说明的是，上述叠加操作可以通过相应的加法器或减法器来执行，也可以通过其他具有信号叠加功能的部件来执行，所述叠加既包括信号的相加，也可以包括信号的相减。
当图3所示的所述变流器包括直流到直流变流器时，例如所述变流器仍为图4(a)所示的由第一级的直流到直流变流器和级联所述直流到直流变流器的第二级的直流到交流变流器构成的二级变流器。所述补偿电路102可以为积分电路，所述积分电路用于对所述滤波信号进行电压补偿。
请参考图5(a)，图5(a)示出了对二级变流器进行控制的反馈系统2的另一个实施例。
其中所述直流到直流变流器被配置为将输入的低压直流转换为输出的高压直流。
如图5(a)所示，所述高通滤波器101被配置为对所述直流到直流变流器输出的高压直流中的母线电压纹波信号进行滤波，并将滤波后的滤波信号输入给补偿电路；
所述补偿电路102被配置为对所述滤波信号进行电压补偿；
所述反馈电路103被配置为接收外部信号和已进行电压补偿的滤波信号，并基于所述外部信号和已进行电压补偿的滤波信号对所述变流器进行电压反馈。
可选地，所述反馈电路103包括比例积分调节器，
所述反馈电路103基于所述外部信号和已进行电压补偿的滤波信号对所述变流器进行电压反馈包括：
-检测所述直流到直流变流器输出的高压直流中的电压；
-基于所述外部控制信号和所述检测的高压直流中的电压，通过所述比例积分调节器对所述高压直流中的电压进行调节；
-基于已调节的所述高压直流中的电压和已进行电压补偿的滤波信号，对所述直流到直流变流器进行电压反馈。
可选地，请参考图5(b)，其中所述外部控制信号可以为所述高压直流中的电压V的参考信号V_ref，则可选地，所述基于已调节的所述高压直流中的电压和已进行电压补偿的滤波信号，对所述直流到直流变流器进行电压反馈包括：
-将所述高压直流中的电压V和所述参考信号V_ref叠加，得到第三叠加信号；
-将所述第三叠加信号输入比例积分调节器；
-将所述比例积分调节器输出的信号和已进行电压补偿的滤波信号叠加，得到电压反馈信号；
-将所述电压反馈信号输入到所述直流到直流变流器。
需要说明的是，上述叠加操作可以通过相应的加法器或减法器来执行，也可以通过其他具有信号叠加功能的部件来执行，所述叠加既包括信号的相加，也可以包括信号的相减。
需要说明的是，虽然图4(a)和图5(a)仅示出了两级变流器，但是如果其他多级变流器或单级变流器如可适用于本发明，也同样包含于此。另外，所述变流器可以为双向变化的变流器，例如作为直流到直流变流器，所述直流到直流变流器既可以将第一端的低压直流转换为第二端的高压直流，也可以将第二端的高压直流转换为第一端的低压直流，也即所述变流器的输入端和输入端可以互换。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种新的储能系统，包括：
储能单元，被配置为储存电能；
变流器，被配置为对所述储能单元的电压或/和电流进行转换；以及
用于控制所述变流器的本实施例上文所述的反馈系统2。
如上文所述，所述储能单元可以为诸如低压电池、蓄电池组等等。
所述变流器可以为单级变流器，也可以为多级变流器。
通过采用图3所示的用于控制变流器的反馈系统2，所述变流器的直流母线上的纹波大幅减小，输出电压稳定性显著增强，而采用所述反馈系统2的储能系统因变流器上的输出电压的稳定性增强而使得所述储能系统的系统电磁噪声下降，整体控制稳定性提高，鲁棒性变好。
为了进一步说明本发明实施例的优点，可进一步参考图6(a)-1、图6(a)-2和图6(b)-1、图6(b)-2。图6(a)-1、图6(a)-2示出了现有技术的变流器直流母线的电压、电流以及作为储能单元11的蓄电池组的电压、电流的仿真结果图，图6(b)-1、图6(b)-2示出了在采用本发明实施例图4(a)所示的反馈系统2后变流器直流母线的电压、电流以及作为储能单元11的蓄电池组电压、电流的仿真结果图。
图6(a)-1、图6(a)-2和图6(b)-1、图6(b)-2分别从上至下依次示出了四条曲线，其中第一条曲线为作为储能单元11的蓄电池组的电压波形、第二条曲线为作为储能单元11的蓄电池组的电流波形、第三条曲线为变流器直流母线的电压波形、第四条曲线为变流器的电流波形。
从图6(a)-1、图6(a)-2和图6(b)-1、图6(b)-2的对比，可以明显看出在使用本发明实施例前所述蓄电池组和所述变流器上具有较大的电压纹波和电流纹波，而在实施本发明实施例后所述蓄电池组和所述变流器上的纹波得到明显的抑制。
同理，可参考图7(a)-1、图7(a)-2和图7(b)-1、图7(b)-2，图7(a)-1、图7(a)-2示出了现有技术的变流器直流母线的电压、电流以及作为储能单元11的蓄电池组的电压、电流的仿真结果图，图7(b)-1、图7(b)-2示出了在采用本发明实施例图5(a)所示的反馈系统2后变流器直流母线的电压、电流以及作为储能单元11的蓄电池组电压、电流的仿真结果图。
应当理解，图4(a)或图5(a)所示的结构仅仅是为了示例的目的，而不是对本发明范围的限制。在某些情况下，可以根据具体情况增加或减少某些设备。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性 的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (6)
1.一种用于控制变流器的反馈系统(2)，包括：
高通滤波器(101)，被配置为对变流器中的高压直流中的母线电压纹波信号进行滤波，并将滤波后的滤波信号输出给补偿电路；
补偿电路(102)，被配置为接收所述滤波信号并对所述滤波信号进行电流或电压补偿；
反馈电路(103)，被配置为接收外部控制信号和已进行电流或电压补偿的滤波信号，并基于所述外部控制信号和已进行电流或电压补偿的滤波信号对所述变流器进行电压反馈；
其中所述变流器为二级变流器，包括第一级的直流到直流变流器和级联所述直流到直流变流器的第二级的直流到交流变流器；
其中第一级的直流到直流变流器被配置为将输入的低压直流转换为输出的高压直流；
其中第二级的直流到交流变流器被配置为输入所述高压直流并将所述高压直流转换为输出的交流；
其中所述高通滤波器(101)被配置为对所述第一级的直流到直流变流器输出的高压直流中的母线电压纹波信号进行滤波，并将滤波后的滤波信号输出给补偿电路；
其中所述补偿电路(102)被配置为对所述滤波信号进行电流补偿；
其中所述反馈电路(103)被配置为接收外部控制信号和已进行电流补偿的滤波信号，并基于所述外部控制信号和已进行电流补偿的滤波信号对所述变流器进行电压反馈；或者
其中所述变流器包括直流到直流变流器，所述直流到直流变流器被配置为将输入的低压直流转换为输出的高压直流；
其中所述高通滤波器(101)被配置为对所述直流到直流变流器输出的高压直流中的母线电压纹波信号进行滤波，并将滤波后的滤波信号输入给补偿电路；
其中所述补偿电路(102)被配置为对所述滤波信号进行电压补偿；
其中所述反馈电路(103)被配置为接收外部信号和已进行电压补偿的滤波信号，并基于所述外部信号和已进行电压补偿的滤波信号对所述变流器进行电压反馈。
2.根据权利要求1所述的反馈系统(2)，其中
所述补偿电路(102)为由分压电阻构成的分压电路，所述分压电路用于对所述滤波信号进行电流补偿。
3.根据权利要求1所述的反馈系统(2)，其中
所述补偿电路(102)为积分电路，所述积分电路用于对所述滤波信号进行电压补偿。
4.根据权利要求1所述的反馈系统(2)，其中所述反馈电路(103)包括比例积分调节器，
所述反馈电路(103)基于所述外部控制信号和已进行电流补偿的滤波信号进行电压反馈包括：
检测所述第二级的直流到交流变流器的所述输出的交流的三相电流；
将所述三相电流解耦成两相同步旋转坐标系下对应的值；
基于所述外部控制信号和已进行电流补偿的滤波信号以及所述两相同步旋转坐标系下对应的值，通过比例积分调节器对所述第二级的直流到交流变流器进行电压反馈。
5.根据权利要求3所述的反馈系统(2)，其中所述反馈电路(103)包括比例积分调节器，
所述反馈电路(103)基于所述外部信号和已进行电压补偿的滤波信号对所述变流器进行电压反馈包括：
检测所述直流到直流变流器输出的高压直流中的电压；
基于所述外部控制信号和所述检测的高压直流中的电压，通过所述比例积分调节器对所述高压直流中的电压进行调节；
基于已调节的所述高压直流中的电压和已进行电压补偿的滤波信号，对所述直流到直流变流器进行电压反馈。
6.一种储能系统，包括：
储能单元，被配置为储存电能；
变流器，被配置为对所述储能单元的电压或/和电流进行转换；以及
用于控制所述变流器的权利要求1-5中任一项所述的反馈系统(2)。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: No. 22, diazepam West Binhe Road, Dongcheng District, Beijing, Beijing Applicant after: National energy investment Refco Group Ltd Applicant after: National Institute of Clean and Low Carbon Energy Address before: 100011 Shenhua building, 22, Ping Men Road, West Binhe Road, Dongcheng District, Beijing Applicant before: Shenhua Group LLC Applicant before: National Institute of Clean and Low Carbon Energy |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
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