[发明专利]一种双向变流器对蓄电池充放电的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双向变流器对蓄电池充放电的控制方法。

背景技术

基于分布式发电的微网系统是由各种微源、储能装置、负荷、保护和监控装置等组成的小型电网，微网的能源输入形式多种多样，由于太阳能、风能等一些可再生能源具有显著的间歇性和随机性的特点，且负荷也是随机变化的，分布式储能环节成为支持微网自主运行和作为可控单元联网运行不可缺少的重要组成部分，主要起到平抑系统扰动、维持供需平衡及支撑孤岛运行时电压/频率稳定的作用。

双向变流器主要功能和作用是实现交流电网电能与储能电池电能之间的能量双向传递，可以适配多种直流储能单元，如超级电容器组、蓄电池组、飞轮电池等，其不仅可以快速有效地实现平抑分布式发电系统随机电能或潮流的波动，提高电网对大规模可再生能源发电（风能、光伏）的接纳能力，且可以接受调度指令，吸纳或补充电网的峰谷电能，及提供无功功率，以提高电网的供电质量和经济效益。

目前，双向变流器大多采用全控器件以实现能量双向流动、功率因数可调、减少电流谐波的目的。然而，四象限运行的双向变流器配合蓄电池用于微电网时，有多种运行状态需要灵活平滑切换，例如：恒压充电、恒流充电、恒功率放电、无功支撑等。迫切需要一种统一的控制方法以实现上述功能。

CN 102055368 A《100KVA微网储能双向变流器》，给出了100KVA微网储能双向变流器作为产品整体的结构和特性，提出了并网四段式自动充电(预充、快充、均充、浮充)，但是没有给出详细的充放电各个状态间平滑切换的控制方法。CN 102694388 A《一种双向变流器控制装置》，采用直流电压外环、直流电流中间环以及交流电流内环的串行结构，实现整流、逆变双向变流统一控制，但是控制时三个环同时工作，增加了控制和调试难度，而且响应速度比较慢，不利于保证蓄电池充放电的稳压和稳流精度。CN 101621212 A《蓄电池充电控制方法》给出了一种蓄电池充电控制方法，采用输出电压和输出电流两个独立的闭环，交替控制充电装置的输出，虽然提高了输出电压和电流的精度，但是也没有具体给出恒压、恒流状态的平滑切换控制，同时未对蓄电池放电的控制进行相关介绍。

发明内容

本发明的目的是克服现有双向变流器对蓄电池充放电的控制时，各个状态间不能平滑切换，且控制策略复杂的缺点，提出一种适用于双向变流器对蓄电池充放电的双环控制方法。本发明根据蓄电池充、放电状态的不同，采用直流电压外环和直流电流外环的平滑切换方法，能够灵活切换充、放电状态，无冲击。

本发明的技术方案如下：

本发明双向变流器对蓄电池充放电的控制方法，采用一种双环控制方法，内环为交流电流环控制，外环为直流环控制。该直流环控制方法可根据蓄电池充放电状态的不同，双向变流器选择直流电压外环控制或直流电流外环控制。当蓄电池处于恒流充电状态和恒流放电状态时，双向变流器的直流电流外环控制和交流电流内环控制同时工作。当蓄电池处于恒压限流充电状态时，双向变流器的直流电压外环控制和交流电流内环控制同时工作。同时，本发明的双向变流器对蓄电池采用四段式智能充电控制，当蓄电池电压较低时，先用一个较小的电流值对蓄电池进行充电，即涓流充电控制；当蓄电池电压逐渐建立后，再转为恒流充电，同时限制蓄电池电压不超过恒压充电电压阈值，即恒流限压充电；当蓄电池电压达到恒压控制值时，转为恒压充电，同时限制恒压充电时直流电流值，即恒压限流控制；当直流电流低于浮充电流值时，转为浮充恒压充电控制；蓄电池放电时，双向变流器采用恒流放电控制策略。双向变流器通过采用直流电压外环和直流电流外环控制平滑切换的方法，能够灵活切换蓄电池的充、放电状态，无冲击，使蓄电池充、放电控制达到最优，延长了蓄电池的寿命。

本发明的具体控制方法如下：

当蓄电池处于恒流充电状态和恒流放电状态时，双向变流器的直流电流外环控制和交流电流内环控制同时工作。为了防止直流母线电流波动，将双向变流器的直流电流传感器采集到直流电流进行巴特沃斯低通滤波处理，保证电流环控制稳定，进而提高稳流精度。然后再进行电流闭环运算，将直流电流环的输出作为交流电流内环的给定。

当蓄电池处于恒压限流充电状态时，双向变流器的直流电压外环控制和交流电流内环控制同时工作。为了防止直流母线电压波动，将双向变流器直流电压传感器采集到直流电压进行滤波处理，保证电压环控制稳定，进而提高稳压精度。然后再进行电压闭环运算，将直流电压环的输出作为交流电流内环的给定。