CN111416370A - 一种电池储能电站变流装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池储能电站变流装置及控制方法，包括正极直流升压模块、负极直流升压模块、直流电容器、逆变器；所述正极直流升压模块负极端与负极直流升压模块正极端连接处引出接地端口，与电站接地网连接；所述直流电容器并联在直流升压模块两端；所述逆变器直流侧与直流电容器连接，交流侧与地方电网连接。本发明在同等蓄电池容量下，直流侧短路电流水平低，正常工作时全控功率开关器件开断电流小，对蓄电池组的电流冲击小；控制系统稳定，可靠性高。

Description

一种电池储能电站变流装置及控制方法

技术领域

本发明涉及电池储能领域，尤其涉及一种电池储能电站变流装置及控制方法。

背景技术

电池储能电站能够快速动态输出给定的有功功率和无功功率，与抽水蓄能、飞轮储能等储能形式相比，具有响应速度快、能量密度大、模块化生产易于拓展等优势，在电网调峰调频、功率平滑和改善电能质量等方面具有广泛应用前景，近年来成为研究热点。

电池储能电站变流装置分为单级和双级变流两种，双级变流直流母线电压稳定，可实现多组不同型式、不同电压的储能装置并联，适用于多种能源型式组合的分布式储能电站中。中国专利文献CN106787908公布了一种储能变流器，这种储能变流器直流侧正负极直接连接，当发生极间短路时直流短路电流大，导致直流断路器难度大，成本高；同时由于直流母线电压采用闭环控制，而对于直流—直流变流器，闭环控制所设定的参数通常只针对少数几种工况时有效，在一些在工况变化或过渡过程中，容易引起直流母线电压振荡，控制参数设置难度大。

中国专利文献201711310609.9公布了一种储能变流器，这种储能变流器属于级联式，优势是省去了变压器、断路器等低压配电装置，节约占地面积，适用于交流侧直接并联至10kV及以上电压的地方电网，但一个模块单元故障会引起若干回路故障，可靠性低，且采用了较多的全控功率开关器件，成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池储能电站变流装置及控制方法，对蓄电池组的电流冲击小，可靠性高。

根据本发明的第一个方面，本发明采用以下技术方案：

一种电池储能电站变流装置，其特征在于包括正极直流升压模块、负极直流升压模块、直流电容器、逆变器；所述正极直流升压模块负极端与负极直流升压模块正极端连接处引出接地端口，与电站接地网连接；所述直流电容器并联在直流升压模块两端；所述逆变器直流侧与直流电容器连接，交流侧与地方电网连接。

进一步的，所述正极直流升压模块包括蓄电池组、直流电抗器、串联全控功率开关、并联全控功率开关、正极直流电容器；所述蓄电池组正极与直流电抗器连接，所述串联全控功率开关一端与直流电抗器连接，另一端直流电容器连接；所述并联全控功率开关一端与直流电抗器连接，另一端与蓄电池组负极连接。

进一步的，所述负极直流升压模块包括蓄电池组、直流电抗器、串联全控功率开关、并联全控功率开关、负极直流电容器；所述蓄电池组正极与直流电抗器连接，所述串联全控功率开关一端与直流电抗器连接，另一端直流电容器连接；所述并联全控功率开关一端与直流电抗器连接，另一端与蓄电池组负极连接。

进一步的，所述正极直流升压模块蓄电池组与负极直流升压模块蓄电池组的蓄电池块数相同。

本发明中，所述正极直流升压模块和负极直流升压模块采用开环控制，直流电容器两端电压与设定值会存在误差。所述逆变器无电压控制环，直流电压处于不控状态。

根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种上述电池储能电站变流装置的控制方法，包括以下步骤：

(1).根据直流升压电路原理，Uo＝Ui/(1-D)，(其中D为全控功率开关器件驱动信号占空比)，设置正极直流升压模块的并联全控功率开关VTp1占空比Dp1＝1-Vdcp/Vref，正极直流升压模块的串联全控功率开关VTp2占空比Dp2＝Vdcp/Vref；设置负极直流升压模块的并联全控功率开关VTn1占空比Dn1＝1-Vdcn/Vref，负极直流升压模块的串联全控功率开关VTn2占空比Dn2＝Vdcn/Vref；进而生成VTp1、VTp2、VTn1、VTn2四个功率开关器件的驱动信号；其中，Vref为直流母线电压设定值，Vpref为正极直流升压模块的直流电容器电压设定值，Vnref为负极直流升压模块的直流电容器电压设定值；

(2).对电网侧电压usa，usb，usc信号进行采样，通过锁相环得到A相电压相位信号sinwt、coswt；

(3).对电网侧电流isa，isb，isc信号进行采样，并进行abc/dq变换得到isd，isq；abc/dq变换公式为：

isd＝2/3*[isa*coswt+isb*cos(wt-2π/3)+isc*cos(wt+2π/3)]

isq＝2/3*[isa*sinwt+isb*sin(wt-2π/3)+isc*sin(wt+2π/3)]；

(4).将isd、isq信号通过低通滤波器滤出交流分量，低通滤波器截断频率为5～10Hz；

(5).将滤波后的isd、isq与指令信号isdref、isqref相减得到ifd,ifq，并进行dq/abc变换，得到指令调制正弦波信号ifa、ifb、ifc；dq/abc变换公式为：

ifa＝ifd*coswt；

ifb＝ifd*cos(wt-2π/3)；

ifc＝ifd*cos(wt+2π/3)；

(6).对直流母线电压Udc采样，并与直流电压给定值Udcref比较，将三角波发生器的三角波峰-峰幅值为isdref*Udc/Udcref；三角波频率为20～100f，f为电网电压的频率；

(7).将ifa、ifb、ifc与第一三角波发生器产生的信号相比较，产生逆变器全控功率开关器件VT1～VT6的驱动信号。

本发明的有益效果是：

1、在同等蓄电池容量下，直流侧蓄电池组正、负极独立控制，直流侧短路电流水平低，正常工作时全控功率开关器件开断电流小，对蓄电池组的电流冲击小；

2、直流母线电压开环控制，控制系统稳定，可靠性高；

3、直流侧功率开关器件电压等级较低、成本低、开关损耗小。

附图说明

图1是本发明的电气原理图。

图2是本发明实施例电气原理及控制系统图。

具体实施方式

下面详述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照附图。本发明提供的一种电池储能电站变流装置，包括正极直流升压模块1、负极直流升压模块2、直流电容器3、逆变器4。所述正极直流升压模块1负极端与负极直流升压模块2正极端连接处引出接地端口，与电站接地网连接；所述直流电容器3并联在直流升压模块两端；所述逆变器4直流侧与直流电容器3连接，交流侧与地方电网连接。

所述正极直流升压模块包括蓄电池组11、直流电抗器12、串联全控功率开关14、并联全控功率开关13、正极直流电容器15。所述蓄电池组11正极与直流电抗器12连接，所述串联全控功率开关14一端与直流电抗器12连接，另一端直流电容器15连接；所述并联全控功率开关13一端与直流电抗器12连接，另一端与蓄电池组11负极连接。

所述负极直流升压模块包括蓄电池组、直流电抗器、串联全控功率开关、并联全控功率开关、负极直流电容器。所述蓄电池组正极与直流电抗器连接，所述串联全控功率开关一端与直流电抗器连接，另一端直流电容器连接；所述并联全控功率开关一端与直流电抗器连接，另一端与蓄电池组负极连接。

所述正极直流升压模块1的蓄电池组与负极直流升压模块2的蓄电池组的蓄电池块数相同。

以下进一步结合图2，详细说明本发明上述电池储能电站变流装置的控制步骤：

第一步：直流母线电压设定值为1200V，正极直流电容器电压设定值为600V，负极直流电容器电压设定值为600V。

第二步：设置正极并联全控功率开关VTp1占空比Dp1＝0.5，正极串联全控功率开关VTp2占空比Dp2＝0.5；设置负极并联全控功率开关VTn1占空比Dn1＝0.5，负极串联全控功率开关VTn2占空比Dn2＝0.5；进而生成VTp1、VTp2、VTn1、VTn2四个功率开关器件的驱动信号。

第三步：对电网侧电压usa，usb，usc信号进行采样，通过锁相环得到A相电压相位信号sinwt、coswt；锁相环是一种成熟的现有技术。

第四步：对电网侧电流isa，isb，isc信号进行采样，并进行abc/dq变换得到isd，isq；abc/dq变换公式为：

isd＝2/3*[isa*coswt+isb*cos(wt-2π/3)+isc*cos(wt+2π/3)]

isq＝2/3*[isa*sinwt+isb*sin(wt-2π/3)+isc*sin(wt+2π/3)]

第五步：将isd、isq信号通过低通滤波器滤出交流分量，低通滤波器截断频率为10Hz，低通滤波器传递函数T(s)为1/(1+0.03183s)。

第六步：将滤波后的isd、isq与指令信号isdref、isqref相减得到ifd,ifq，并进行dq/abc变换，得到指令调制正弦波信号ifa、ifb、ifc；dq/abc变换公式为：

ifa＝ifd*coswt；

ifb＝ifd*cos(wt-2π/3)；

ifc＝ifd*cos(wt+2π/3)；

第七步：对直流母线电压Udc采样，并与直流电压给定值1200V比较，将第一三角波发生器的三角波峰-峰幅值为isdref*Udc/1200；三角波频率为2500Hz；

第八步：将ifa、ifb、ifc与第一三角波发生器产生的信号相比较，产生逆变器全控功率开关器件VT1～VT6的驱动信号。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围，即凡依本发明所作的均等变化与修饰，皆为本发明权利要求范围所涵盖，这里不再一一举例。

Claims (7)

1.一种电池储能电站变流装置，其特征在于包括正极直流升压模块、负极直流升压模块、直流电容器、逆变器；所述正极直流升压模块负极端与负极直流升压模块正极端连接处引出接地端口，与电站接地网连接；所述直流电容器并联在直流升压模块两端；所述逆变器直流侧与直流电容器连接，交流侧与地方电网连接。

2.如权利要求1所述的一种电池储能电站变流装置，其特征在于所述正极直流升压模块包括蓄电池组、直流电抗器、串联全控功率开关、并联全控功率开关、直流电容器；所述蓄电池组正极与直流电抗器连接，所述串联全控功率开关一端与直流电抗器连接，另一端直流电容器连接；所述并联全控功率开关一端与直流电抗器连接，另一端与蓄电池组负极连接。

3.如权利要求1所述的一种电池储能电站变流装置，其特征在于所述负极直流升压模块包括蓄电池组、直流电抗器、串联全控功率开关、并联全控功率开关、直流电容器；所述蓄电池组正极与直流电抗器连接，所述串联全控功率开关一端与直流电抗器连接，另一端直流电容器连接；所述并联全控功率开关一端与直流电抗器连接，另一端与蓄电池组负极连接。

4.如权利要求1所述的一种电池储能电站变流装置，其特征在于所述正极直流升压模块的蓄电池组的蓄电池块数与所述负极直流升压模块的蓄电池组的蓄电池块数相同。

5.如权利要求1所述的一种电池储能电站变流装置，其特征在于所述正极直流升压模块和负极直流升压模块采用开环控制，直流电容器两端电压与设定值会存在误差。

6.如权利要求1所述的一种电池储能电站变流装置，其特征在于所述逆变器无电压控制环，直流电压处于不控状态。

7.如权利要求1所述的一种电池储能电站变流装置的控制方法，其特征在于所述正极直流升压模块包括蓄电池组、直流电抗器、串联全控功率开关、并联全控功率开关、直流电容器；所述蓄电池组正极与直流电抗器连接，所述串联全控功率开关一端与直流电抗器连接，另一端直流电容器连接；所述并联全控功率开关一端与直流电抗器连接，另一端与蓄电池组负极连接；所述负极直流升压模块包括蓄电池组、直流电抗器、串联全控功率开关、并联全控功率开关、直流电容器；所述蓄电池组正极与直流电抗器连接，所述串联全控功率开关一端与直流电抗器连接，另一端直流电容器连接；所述并联全控功率开关一端与直流电抗器连接，另一端与蓄电池组负极连接；

所述方法包括以下步骤：

(1).设置正极直流升压模块的并联全控功率开关VTp1占空比Dp1＝1-Vdcp/Vref，正极直流升压模块的串联全控功率开关VTp2占空比Dp2＝Vdcp/Vref；设置负极直流升压模块的并联全控功率开关VTn1占空比Dn1＝1-Vdcn/Vref，负极直流升压模块的串联全控功率开关VTn2占空比Dn2＝Vdcn/Vref；进而生成VTp1、VTp2、VTn1、VTn2四个功率开关器件的驱动信号；其中，Vref为直流母线电压设定值，Vpref为正极直流升压模块的直流电容器电压设定值，Vnref为负极直流升压模块的直流电容器电压设定值；

(2).对电网侧电压usa，usb，usc信号进行采样，通过锁相环得到A相电压相位信号sinwt、coswt；

(3).对电网侧电流isa，isb，isc信号进行采样，并进行abc/dq变换得到isd，isq；abc/dq变换公式为：

isd＝2/3*[isa*coswt+isb*cos(wt-2π/3)+isc*cos(wt+2π/3)]

isq＝2/3*[isa*sinwt+isb*sin(wt-2π/3)+isc*sin(wt+2π/3)]；

(4).将isd、isq信号通过低通滤波器滤出交流分量，低通滤波器截断频率为5～10Hz；

(5).将滤波后的isd、isq与指令信号isdref、isqref相减得到ifd,ifq，并进行dq/abc变换，得到指令调制正弦波信号ifa、ifb、ifc；dq/abc变换公式为：

ifa＝ifd*coswt；

ifb＝ifd*cos(wt-2π/3)；

ifc＝ifd*cos(wt+2π/3)；

(6).对直流母线电压Udc采样，并与直流电压给定值Udcref比较，将三角波发生器的三角波峰-峰幅值为isdref*Udc/Udcref；三角波频率为20～100f，f为电网电压的频率；

(7).将ifa、ifb、ifc与第一三角波发生器产生的信号相比较，产生逆变器全控功率开关器件VT1～VT6的驱动信号。

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