一種無(wú)需交直流電流傳感器的多電平儲(chǔ)能功率轉(zhuǎn)換控制裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種無(wú)需交直流電流傳感器的多電平儲(chǔ)能功率轉(zhuǎn)換控制裝置，屬于發(fā)電、變電或配電技術(shù)領(lǐng)域。該裝置設(shè)于非并網(wǎng)能源存儲(chǔ)裝置與電網(wǎng)之間，包括以下部分：并網(wǎng)控制器、充放電控制器、直流充放電單元、多電平功率轉(zhuǎn)換單元、陷波器。該裝置對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充放電控制，因此輸出電壓更穩(wěn)定，多電平功率轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)換效率高，采取陷波器設(shè)計(jì)，濾除高次諧波，并網(wǎng)電能質(zhì)量好，前饋型控制計(jì)算有效抑制諧振產(chǎn)生，取消了交直流傳感器，成本更低。
【專利說(shuō)明】
一種無(wú)需交直流電流傳感器的多電平儲(chǔ)能功率轉(zhuǎn)換控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種無(wú)需交直流電流傳感器的功率轉(zhuǎn)換裝置，屬于發(fā)電、變電或 配電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)能、太陽(yáng)能是一種巨量的可再生能源，在國(guó)家政策的激勵(lì)下，我國(guó)可再生能源發(fā) 展迅速?？稍偕茉粗校L(fēng)電開發(fā)技術(shù)最成熟，開發(fā)成本最低，我國(guó)已規(guī)劃建設(shè)數(shù)十個(gè)百萬(wàn) 千瓦和九個(gè)千萬(wàn)千瓦風(fēng)電基地。到2013年底我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量在全球搖搖領(lǐng)先，達(dá)到9.14 萬(wàn)千瓦。由于成本等原因，我國(guó)太陽(yáng)能光伏發(fā)電起步較晚，隨著光伏發(fā)電成本的答復(fù)降低， 近幾年發(fā)展迅速，2013年全年新增容量超過(guò)1000萬(wàn)，是2012年的近3倍，至2013年底，我國(guó)光 伏發(fā)電裝機(jī)容量已超過(guò)1700萬(wàn)千瓦。
[0003] 然而風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能光伏發(fā)電是一種特殊的電力，具有許多不同于常規(guī)能源發(fā) 電的特點(diǎn)，它們具有間歇性和波動(dòng)性的特點(diǎn)，因而大規(guī)模風(fēng)電、光伏發(fā)電的并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)的安 全運(yùn)行等諸多方面帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，同時(shí)風(fēng)電的這些特性也將成為制約可再生大規(guī)模發(fā)展 的嚴(yán)重障礙。
[0004] 儲(chǔ)能技術(shù)是將電能通過(guò)某種裝置轉(zhuǎn)換成其他便于存儲(chǔ)的能量高效存儲(chǔ)起來(lái)，在需 要時(shí)，可以將所存儲(chǔ)的能量方便地?fù)Q成所需形式能量的一種技術(shù)。使用儲(chǔ)能技術(shù)，可以充分 發(fā)揮電能的許多優(yōu)良特性，使得電網(wǎng)可以容納包含可再生能源在內(nèi)的多種不同類型發(fā)電。 儲(chǔ)能技術(shù)能夠平抑風(fēng)電、光伏發(fā)電等可再生能源發(fā)電的功率波動(dòng)，可以在特定的時(shí)間提供 所需的電能，而增加電網(wǎng)調(diào)度的自由度，在電力不足時(shí)為電網(wǎng)提供電能。
[0005] 多電平功率轉(zhuǎn)換其特點(diǎn)事開關(guān)頻率很高，一般在18KHz左右，直流電逆變?yōu)榻涣麟?后，諧波頻率主要為開關(guān)次頻率，低次諧波很小，由于高頻諧波的存在，并網(wǎng)后電網(wǎng)的穩(wěn)定 性將受到影響，危害嚴(yán)重。而LC或LCL濾波的方法雖然能在一定程度上降低高次諧波注入電 網(wǎng)，但容易引起諧振，致使高頻諧波注入電網(wǎng)，影響并網(wǎng)后電網(wǎng)的穩(wěn)定性。此外，交直流傳感 器的精度與穩(wěn)定性帶來(lái)的測(cè)量問(wèn)題，也一直影響著功率轉(zhuǎn)換裝置的性能。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種能夠很好抑制高 次諧波注入電網(wǎng)中的無(wú)需交直流電流傳感器的多電平儲(chǔ)能功率轉(zhuǎn)換控制裝置。
[0007] 本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問(wèn)題提出的技術(shù)方案是:一種無(wú)需交直流電流傳感器 的多電平儲(chǔ)能功率轉(zhuǎn)換控制裝置，該裝置串接在非并網(wǎng)能源存儲(chǔ)裝置與電網(wǎng)之間，該裝置 包括:并網(wǎng)控制器、充放電控制器、直流充放電單元、多電平功率轉(zhuǎn)換單元、陷波器；
[0008] 所述直流充放電單元、所述多電平功率轉(zhuǎn)換單元及所述陷波器依次串聯(lián);所述并 網(wǎng)控制器的本地端與所述充放電控制器的通訊端相連，所述并網(wǎng)控制器的通訊端與所述充 放電控制器的本地端相連；
[0009] 所述并網(wǎng)控制器的控制端與所述多電平功率轉(zhuǎn)換單元的受控端相連，所述充放電 控制器的控制端與所述直流充放電單元的受控端相連；
[0010]所述陷波器的輸出端連接有電壓互感器，所述電壓互感器輸出端連接到所述并網(wǎng) 控制器的電壓輸入端。
[0011] 本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案的有益效果是:將陷波器與多電平功率轉(zhuǎn)換單元串 聯(lián)，避免了兩者諧振出現(xiàn)高頻分量，同時(shí)陷波器用于抑制開關(guān)次諧波，使并網(wǎng)后的電網(wǎng)保持 穩(wěn)定。同時(shí)上述各組成構(gòu)成一個(gè)以電壓參數(shù)為基礎(chǔ)的前饋式的反饋控制電路，僅需知道電 路中指定點(diǎn)的電壓值便可用于實(shí)現(xiàn)前饋控制，用以保證多電平功率轉(zhuǎn)換器的輸入端是恒 壓，無(wú)需依賴電路中電流參數(shù)。將并網(wǎng)控制器中的交流功率波動(dòng)與充放電控制器中的直流 功率波動(dòng)比較，保證一個(gè)隨電網(wǎng)變動(dòng)功率輸出，以保證并網(wǎng)的穩(wěn)定。
[0012] 通過(guò)上述前饋控制計(jì)算，各反饋控制其對(duì)應(yīng)的電路，根據(jù)實(shí)測(cè)情況中的陷波器的 電網(wǎng)側(cè)電壓Va。、直流充放電單元輸出端的直流母線電壓Vd。及所述存儲(chǔ)裝置的輸出電壓Vb等 參數(shù)的值確定整個(gè)裝置應(yīng)該如何調(diào)整，其中直流充放電單元的輸出功率為
[0013] Pdc= [vac X (Vac-e*)/ZLC]/ri，ri為逆變器效率，等于0 · 98，以維持整個(gè)裝置的整體輸 入和輸出功率的穩(wěn)定，除去并網(wǎng)能源的間歇性與不穩(wěn)定性，并抑制多點(diǎn)平功率轉(zhuǎn)換器的開 關(guān)次頻率及電網(wǎng)側(cè)擾動(dòng)對(duì)并網(wǎng)后穩(wěn)定性的影響，以保證并網(wǎng)后電網(wǎng)穩(wěn)定工作。
[0014] -般濾波電路，尤其是帶通濾波電路主要采用并聯(lián)方式連接，一般是采集多電流 進(jìn)行反饋控制；而本實(shí)用新型中采用陷波器代替濾波器，以單電壓的檢測(cè)的方法實(shí)現(xiàn)了電 流反饋的應(yīng)用，由于測(cè)量數(shù)據(jù)的減少，其測(cè)量的準(zhǔn)確性相對(duì)提高，因此并網(wǎng)電壓更為穩(wěn)定， 同時(shí)抑制了二次諧振。
[0015] 上述技術(shù)方案的改進(jìn)是:所述陷波器為一個(gè)并聯(lián)諧振回路。
[0016] 本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案的有益效果是:通過(guò)設(shè)置特定的電感值L與電容值 C，抑制對(duì)應(yīng)的頻率高頻諧波fs使得陷波器對(duì)高頻諧波的抑制更有針對(duì)性。使得整個(gè)裝置更 為靈活，可依據(jù)實(shí)際情況測(cè)試出最優(yōu)狀況，以提高抑制高頻諧波的效果。
[0017]上述技術(shù)方案的改進(jìn)是:所述充放電控制器還監(jiān)測(cè)所述存儲(chǔ)裝置的電壓，對(duì)所述 存儲(chǔ)裝置的充放電和所述直流充放電單元的輸出功率進(jìn)行控制;所述存儲(chǔ)裝置為電池或超 級(jí)電容中的一種。
[0018]本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案的進(jìn)一步有益效果是:通過(guò)設(shè)置直流儲(chǔ)能裝置，減 小非并網(wǎng)能源的間歇性特不穩(wěn)定特性對(duì)裝置產(chǎn)生的擾動(dòng)。
[0019]上述技術(shù)方案的改進(jìn)是:所述多電平功率轉(zhuǎn)換單元用于將從直流充放電單元接收 到的恒壓直流電轉(zhuǎn)換成交流電輸送給所述陷波器，所述多電平功率轉(zhuǎn)換單元為三電平逆變 電路。
[0020]本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案的改進(jìn)后的進(jìn)一步有益效果是:整個(gè)裝置為多電平 功率轉(zhuǎn)換單元提供穩(wěn)定恒壓直流電以保證得到交流電頻率穩(wěn)定；同時(shí)三電平逆變電路在將 直流轉(zhuǎn)換成交流時(shí)產(chǎn)生的高次諧波相對(duì)二電平或其他電平來(lái)說(shuō)更少，更容易抑制。因此本 實(shí)用新型可以在并網(wǎng)時(shí)造成較小的諧波，不影響電網(wǎng)的正常運(yùn)行，因此不需要再在電網(wǎng)中 配套響應(yīng)的濾波器組。同時(shí)通過(guò)限波器兩端電壓，計(jì)算出電流，取代了交流電流傳感器;通 過(guò)轉(zhuǎn)換效率計(jì)算儲(chǔ)能單元輸出功率，取消了直流傳感器，解決了交直流傳感器帶來(lái)的測(cè)量 精度和穩(wěn)定性問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0022] 圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例無(wú)需交直流電流傳感器的多電平儲(chǔ)能功率轉(zhuǎn)換控制裝置 結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖2是圖1中的充放電單元的最小組成電路圖。
[0024] 圖3是圖1中的并網(wǎng)控制器的電路圖。
[0025] 圖4是圖1中的充放電控制器的電路圖。
[0026] 圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的前饋控制計(jì)算的邏輯框圖。
【具體實(shí)施方式】 [0027]實(shí)施例
[0028]本實(shí)施例的一種無(wú)需交直流電流傳感器的多電平儲(chǔ)能功率轉(zhuǎn)換控制裝置，如圖1 所示，該裝置串接在用于存儲(chǔ)非并網(wǎng)能源的超級(jí)電容與電網(wǎng)之間，該裝置包括:并網(wǎng)控制器 1、充放電控制器2、直流充放電單元3、多電平功率轉(zhuǎn)換單元4、陷波器5。
[0029]本實(shí)施例的多電平功率轉(zhuǎn)換單元4為三電平逆變電路。
[0030]直流充放電單元3、三電平逆變電路及陷波器5依次串聯(lián);并網(wǎng)控制器1的本地端與 充放電控制器2的通訊端相互連接，并網(wǎng)控制器1的通訊端與充放電控制器2的本地端相連。 [0031] 并網(wǎng)控制器1的控制端與三電平逆變電路的受控端相連，充放電控制器2的控制端 與直流充放電單元3的受控端相連。
[0032]陷波器5的輸出端連接有電壓互感器，電壓互感器輸出端連接到并網(wǎng)控制器1的電 壓輸入端。
[0033] 陷波器5為一個(gè)并聯(lián)諧振回路，且組成并聯(lián)諧振回路的電感值L和電容值C與三電 平逆變電路的開關(guān)頻率f s滿足：
[0034] 并網(wǎng)控制器1用于測(cè)量陷波器5的電網(wǎng)側(cè)電壓Va。，并無(wú)需交直流電流的基于陷波器 5的電網(wǎng)側(cè)電壓V a。的前饋控制計(jì)算，如圖5所示，該前饋控制計(jì)算包括第一加法器輸出fi計(jì) 算、第二加法器輸出f2計(jì)算、第三加法器輸出f 3計(jì)算、第四加法器輸出f4計(jì)算及第五加法器 輸出f5計(jì)算，算式如下，fi = i*_i XH(S)
[0035] f2 = fi XGi(s)
[0036] f3= (f2-e*)/ZL
[0037] f4= i-f3
[0038] f5 = e*-Vac
[0039] e* = f4XZc
[0040] i = f5/zLc
[0041] e*為多電平功率轉(zhuǎn)換單元4輸出電壓的計(jì)算值；
[0042] Vac為陷波器5的網(wǎng)側(cè)電壓測(cè)量值；
[0043] i為陷波器5電流估算值；
[0044] P為陷波器5的網(wǎng)側(cè)電流參考值；
[0045] H(S)為陷波器5電流的反饋系數(shù)，0〈 I |H(s) I I〈1;
[0046] Gi(S)為系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，0〈 I |Gi(s)| I〈1;
[0047] Zl為陷波器5的電感阻抗，Zc為陷波器5的電容阻抗，Zlc為陷波器5回路中電容與電 感的并聯(lián)阻。
[0048]通過(guò)上述前饋控制計(jì)算，各反饋控制其對(duì)應(yīng)的電路，根據(jù)實(shí)測(cè)情況中的陷波器的 電網(wǎng)側(cè)電壓Va。、直流充放電單元3輸出端的直流母線電壓Vd。及所述存儲(chǔ)裝置的輸出電壓Vb 等參數(shù)的值確定整個(gè)裝置應(yīng)該如何調(diào)整，其中，直流充放電單元3輸出端的直流母線上功率 的實(shí)測(cè)值為Pd。，該功率的實(shí)測(cè)值所述直流充放電單元3輸出端的直流母線電壓值 比;直流充放電單元3輸出端電壓值V dc與存儲(chǔ)裝置的輸出電壓Vb成正比，比例系數(shù)為直流充 放電單元3的轉(zhuǎn)換系數(shù)，根據(jù)實(shí)測(cè)直流充放電單元3輸出端的直流母線上功率值與計(jì)算直流 充放電單元3輸出端的直流母線上功率值比較來(lái)調(diào)整該比例系數(shù)以保證輸送到三電平逆變 電路的功率恒定;直流充放電單元的輸出功率為:？ (1。=^。\^。-，)/^]/11，11為逆變器效 率，等于0.98,以維持整個(gè)裝置的整體輸入和輸出功率的穩(wěn)定，除去并網(wǎng)能源的間歇性與不 穩(wěn)定性，并抑制多點(diǎn)平功率轉(zhuǎn)換器的開關(guān)次頻率及電網(wǎng)側(cè)擾動(dòng)對(duì)并網(wǎng)后穩(wěn)定性的影響，以 保證并網(wǎng)后電網(wǎng)穩(wěn)定工作。
[0049 ] 充放電控制器2還監(jiān)測(cè)超級(jí)電容的電壓與電流，對(duì)超級(jí)電容的充放電進(jìn)行控制，充 放電控制器2控制直流充放電單元3為三電平逆變電路提供穩(wěn)定恒壓。三電平逆變電路將恒 壓直流電轉(zhuǎn)換成定頻交流電，并輸送到陷波器中。
[0050]在本實(shí)施例中，如圖3、4所示，并網(wǎng)控制器1包括DSP28335、交流電壓電流采集電路 和第一控制驅(qū)動(dòng)電路，交流電壓采集電路將電壓互感器6上的交流電壓輸送到DSP28335的 交流電壓輸入端，DPS28335將交流功率波動(dòng)發(fā)送給充放電控制器2,并通過(guò)所述控制驅(qū)動(dòng)電 路控制三電平逆變單元根據(jù)功率的波動(dòng)進(jìn)行工作。
[0051 ] 充放電控制器2包括DPS28335、直流電壓電流采集電路和控制驅(qū)動(dòng)電路，直流電壓 采集電路將超級(jí)電容上的直流電壓輸送到DSP的直流電壓輸入端，直流電流采集電路將超 級(jí)電容上的直流電流輸送到DSP28335的直流電流輸入端，DPS28335通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電路控制 直流充放電單元3的輸出功率。
[0052] 本實(shí)施例的無(wú)需交直流電流傳感器的多電平儲(chǔ)能功率轉(zhuǎn)換控制裝置優(yōu)勢(shì)在于：
[0053] 1)既取消了交流電流傳感器，又取消了直流電流傳感器，成本大大降低，系統(tǒng)設(shè)計(jì) 大大簡(jiǎn)化；
[0054] 2)解決了電流傳感器帶來(lái)的誤差問(wèn)題；
[0055] 3)對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充放電控制；
[0056] 4)多電平功率轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)換效率高；
[0057] 5)采取陷波器設(shè)計(jì)，濾除高次諧波，并網(wǎng)電能質(zhì)量好；
[0058] 6)前饋型控制方法有效抑制諧振。
[0059] 本實(shí)施例還可以用超級(jí)電池來(lái)存儲(chǔ)非并網(wǎng)能源(風(fēng)光能源）。
[0060] 本實(shí)用新型不局限于上述實(shí)施例。凡采用等同替換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí) 用新型要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無(wú)需交直流電流傳感器的多電平儲(chǔ)能功率轉(zhuǎn)換控制裝置，該裝置串接在非并網(wǎng) 能源存儲(chǔ)裝置與電網(wǎng)之間，其特征在于包括:并網(wǎng)控制器、充放電控制器、直流充放電單元、 多電平功率轉(zhuǎn)換單元、陷波器； 所述直流充放電單元、所述多電平功率轉(zhuǎn)換單元及所述陷波器依次串聯(lián);所述并網(wǎng)控 制器的本地端與所述充放電控制器的通訊端相連，所述并網(wǎng)控制器的通訊端與所述充放電 控制器的本地端相連； 所述并網(wǎng)控制器的控制端與所述多電平功率轉(zhuǎn)換單元的受控端相連，所述充放電控制 器的控制端與所述直流充放電單元的受控端相連； 所述陷波器的輸出端連接有電壓互感器，所述電壓互感器輸出端連接到所述并網(wǎng)控制 器的電壓輸入端。2. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)需交直流電流傳感器的多電平儲(chǔ)能功率轉(zhuǎn)換控制裝置，其特 征在于:所述陷波器為一個(gè)并聯(lián)諧振回路。3. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)需交直流電流傳感器的多電平儲(chǔ)能功率轉(zhuǎn)換控制裝置，其特 征在于:所述充放電控制器還監(jiān)測(cè)所述存儲(chǔ)裝置的電壓，對(duì)所述存儲(chǔ)裝置的充放電和所述 直流充放電單元的輸出功率進(jìn)行控制;所述存儲(chǔ)裝置為電池或超級(jí)電容中的一種。4. 如權(quán)利要求1所述的無(wú)需交直流電流傳感器的多電平儲(chǔ)能功率轉(zhuǎn)換控制裝置，其特 征在于:所述多電平功率轉(zhuǎn)換單元用于將從直流充放電單元接收到的恒壓直流電轉(zhuǎn)換成交 流電輸送給所述陷波器，所述多電平功率轉(zhuǎn)換單元為三電平逆變電路。
【文檔編號(hào)】H02J3/01GK205544322SQ201620065335
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年1月22日
【發(fā)明人】韋磊, 趙新建, 王峰
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司南京供電公司, 上海交通大學(xué)