直流微電網(wǎng)儲能接口變換器并聯(lián)的控制電路及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于變換器并聯(lián)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直流微電網(wǎng)儲能接口變換器 并聯(lián)的控制電路，本發(fā)明還涉及直流微電網(wǎng)儲能接口變換器并聯(lián)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在當(dāng)前情況下，功率器件無法在短期內(nèi)取得電壓和功率上的突破，單臺儲能接口 變換器無法滿足當(dāng)前直流微電網(wǎng)中大功率儲能接口變換器的需求，基于這種原因，采用多 臺變換器并聯(lián)是提升儲能接口變換器輸出功率的一種很重要的實現(xiàn)方案。
[0003] 在儲能接口變換器并聯(lián)的相關(guān)研宄內(nèi)容中，各個儲能模塊的功率分配問題具有突 出的重要性。如果分配負載功率不合理，儲能接口變換器可能長時間工作于過載或輕載，導(dǎo) 致儲能接口變換器的可靠性和工作效率的降低。
[0004] 目前，有關(guān)并聯(lián)儲能接口變換器功率分配的研宄已經(jīng)取得一定的研宄成果，主要 集中在并聯(lián)儲能接口變換器的均流控制方面，現(xiàn)階段的均流控制方案基本上分為兩種類 型：有均流母線控制法和無均流母線控制法。
[0005] 有均流母線控制法，通過在各變換器之間連接一條均流母線，達到各個模塊獲取 均流信號的目的，但這降低了系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)均流信號的種類，可將有均流母線控制法 分為平均電流法、最大電流法和主從均流法。
[0006] 無均流母線控制法不需要在各變換器控制之間增加均流母線，提高了并聯(lián)系統(tǒng)的 可靠性。當(dāng)前應(yīng)用的DC/DC變換器并聯(lián)無均流母線控制方法可以分為輸出特性下垂控制法 和基于頻率的均流控制法等。其中輸出特性下垂控制法實現(xiàn)方法簡單，但犧牲了變換器的 輸出外特性，輸出端電壓不能達到指令值?；陬l率的均流控制法所有儲能模塊通過一根 均流母線相互連接，這實際上降低了系統(tǒng)的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種直流微電網(wǎng)儲能接口變換器并聯(lián)的控制電路，解決了現(xiàn) 有技術(shù)中存在的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性差且控制精度不高的問題。
[0008] 本發(fā)明的另一目的是提供直流微電網(wǎng)儲能接口變換器并聯(lián)的控制方法。
[0009] 本發(fā)明所采用的第一技術(shù)方案是，直流微電網(wǎng)儲能接口變換器并聯(lián)的控制電路， 包括若干依次并聯(lián)的儲能模塊，每個儲能模塊均對應(yīng)連接一個儲能接口變換器，若干儲能 接口變換器均連接至直流母線上面，直流母線后接直流負載，若干依次并聯(lián)的儲能模塊還 均連接至SOC檢測裝置，每個儲能接口變換器相應(yīng)連接一個儲能模塊控制器，儲能模塊控 制器又與直流母線和上層控制器連接，SOC檢測裝置和上層控制器又均連接至CAN總線。
[0010] 本發(fā)明第一技術(shù)方案的特點還在于，
[0011] 儲能模塊控制器具體結(jié)構(gòu)為：包括連接在直流母線上的電壓霍爾傳感器，電壓霍 爾傳感器又依次與頻率估計單元、電壓補償單元、電壓控制器、交流擾動產(chǎn)生單元、電流控 制器、PWM控制及驅(qū)動單元連接，PWM控制及驅(qū)動單元連接至儲能接口變換器，電壓霍爾傳 感器同時還與電壓控制器連接，電壓控制器同時還與電流控制器連接，交流擾動產(chǎn)生單元 同時還與電壓補償單元連接，電流控制器還連接至上層控制器。
[0012] 頻率估計單元具體結(jié)構(gòu)為：包括帶通濾波器，帶通濾波器依次與頻寬和增益受限 的微分器、有效值轉(zhuǎn)換電路和除法器連接，帶通濾波器還依次與有效值轉(zhuǎn)換電路和除法器 連接。
[0013] 交流擾動產(chǎn)生單元通過XR2206函數(shù)發(fā)生器實現(xiàn)功能。
[0014] 上層控制器基于TMS320F28335芯片作為控制芯片，通過CAN總線將檢測的各儲能 模塊的SOC數(shù)據(jù)傳送至上層控制器并進行處理。
[0015] 本發(fā)明所采用的第二技術(shù)方案是，直流微電網(wǎng)儲能接口變換器并聯(lián)的控制方法， 其特征在于，具體按照以下步驟實施：
[0016] 步驟1、通過CAN總線將檢測的各儲能模塊的SOC數(shù)據(jù)傳送至上層控制器，如果儲 能模塊的SOC值小于20 %或者SOC值大于90 %，則上層控制器會封鎖此儲能模塊對應(yīng)的儲 能模塊控制器；
[0017] 步驟2、確定步驟1中參與工作的儲能模塊的個數(shù)，并依次從1號開始編號至n號， 計算步驟1中經(jīng)檢測SOC值介于20 %~90 %之間的儲能模塊的SOC值的不平衡度e ;
[0018] 步驟3、構(gòu)建步驟2中SOC值介于20%~90%之間的儲能模塊的SOC值不平衡度 矩陣A，將不平衡度矩陣A中的元素aij與設(shè)定的不平衡度閾值e _相比，設(shè)不平衡度閾值 e _= 2%，如果不平衡度矩陣A中有元素元素aij> e _，則使用上層控制器控制法，否則， 使用基于頻率的無母線均流控制法；
[0019] 步驟4、當(dāng)采用步驟3中的基于頻率的無母線均流控制法時，采用在儲能模塊控制 器輸出端上疊加高頻交流信號傳遞儲能模塊控制器輸出電流信息的方法實現(xiàn)儲能接口變 換器的均流控制；當(dāng)采用步驟2中的上層控制器控制法時，根據(jù)各個儲能模塊的S0C值計算 各儲能模塊控制器應(yīng)分配的功率。
[0020] 步驟2中不平衡度閾值e的計算具體如下：
[0021] 設(shè)編號為1號的儲能模塊的S0C值為SOCi，編號為n號的儲能模塊的S0C值為 S0C n，兩者的算數(shù)平均值為S0Cav，則1號儲能模塊和n號儲能模塊之間，第i號儲能模塊的 S0C不平衡度e 為：
[0022]
[0023] 式中，^為兩個儲能模塊之間S0C的不平衡度，當(dāng)e i越大，表明兩個儲能模塊 (1)的S0C差別越大，若e ，則認為兩儲能模塊之間S0C平衡；反之，則認為兩者S0C 不平衡。
[0024] 步驟3中構(gòu)建的儲能模塊的S0C值不平衡度矩陣A為：
[0025]
[0026] 式中，aij表示第i號儲能模塊和第j號儲能模塊之間，第i號儲能模塊的SOC值 不平衡度e i。
[0027] 步驟4中基于頻率的無母線均流控制法具體為：
[0028] 4. 1)將電壓控制器的輸出電流1#通過交流擾動產(chǎn)生單元，得到高頻擾動信號 IpOTt及高頻擾動信號I pCTt的頻率《 pCTt，高頻擾動信號IpOTt的頻率《 _的大小與輸出電流 IMf成正比，通過頻率判斷輸出電流的大小；
[0029] 4. 2)將步驟4. 1)中得到的高頻擾動信號Ipert與輸出電流I ,ef疊加，得到實際的 電流指令值1。^
[0030] 4. 3)由于各個儲能模塊的電流指令值IMd中包含高頻擾動信號I pOTt，各儲能模塊 的交流信號將通過儲能接口變換器疊加至直流母線，然后采集直流母線電壓Vbus，將測得的 直流母線電壓v bus通過頻率估計單元，得到綜合高頻擾動信號的頻率《 est;
[0031] 4. 4)將步驟4. 3)得到的綜合高頻擾動信號的頻率《 est與當(dāng)前儲能模塊的高頻擾 動信號頻率《pOTt比較，經(jīng)過電壓補償單元，如果《 est>?pOTt，給定電壓補償量AV為正，如 果給定電壓補償量為負，電壓補償量由下式確定：
[0032]
[0033] 式中，《 est為綜合高頻擾動信號頻率，《 pOTt為高頻擾動信號頻率，V bus為直流母線 電壓；
[0034] 4. 5)設(shè)電壓基準值為Vbase，Vbase>0,根據(jù)需要給電壓基準值Vbase賦值，將賦值后的 電壓基準值V b_和步驟4. 4)中得到的電壓補償量AV之和作為電壓控制的給定電壓指令 值VMf，將給定電壓指令值VMf和測得的直流母線電壓V bus通過電壓控制器，得到I Mf;
[0035] 4. 6)將步驟4. 5)得到的IMf和步驟4. 1)中的高頻擾動信號I pert之和作為電流 控制的給定電流指令值1^，經(jīng)電流控制器作用后生成控制所需要的PWM波，然后將PWM波 送至儲能接口變換器以驅(qū)動儲能接口變換器各開關(guān)管的通斷。
[0036] 步驟4中采用上層控制器控制法時具體步驟為：
[0037] 步驟a)、確定工作的儲能模塊的數(shù)量n，封鎖S0C最小的儲能模塊；
[0038] 步驟b)、提取步驟a)中被封鎖的S0C最小的儲能模塊和其余各儲能模塊之間的 S0C不平衡度e，構(gòu)成一個向量0 = [0 4^ f3n]，其中向量0為步驟3中構(gòu)建的儲能模 塊的S0C值不平衡度矩陣A中的其中一列；
[0039] 步驟c)、將步驟b)中S0C最小的儲能模塊承擔(dān)的功率，按照比例分配于其余儲能 模塊，該比例由其余儲能模塊和S0C最小的儲能模塊之間的不平衡度 e確定，具體如下： n
[0040] 步驟c.l)、計算步驟b)中的向量0的所有元素的和并計算出向量0中 *=i ， 每個元素占文汊的比例匕，匕的計算公式如下： k-^l
[0041]
[0042] 步驟c. 2)、將步驟b)中SOC最小的儲能模塊的輸出功率指令與步驟c. 1)中 ? 計算得到的h的乘積AP ,疊加至第i號儲能模塊的輸出功率指令中，得到第i號儲能模塊 的輸出功率Pi，APjPPi的計算公式如下：
[0043]
[0044]
[0045] 式中，PlMd為負載功率，P i為儲能模塊的輸出功率，n為參與工作的儲能模塊的個 數(shù)；
[0046] 步驟c. 3)、根據(jù)步驟c. 2)中得到的各儲能模塊的輸出功率匕計算出各儲能模塊 的電流指令值，經(jīng)電流控制器作用后生成控制所需要的PWM波，然后將PWM波送至儲能接口 變換器以驅(qū)動儲能接口變換器中各開