一种含Z源网络的电池储能功率转换系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种含Z源网络的电池储能功率转换系统及其控制方法，所述功率转换系统包括锂电池系统、Z源网络、双向DC/AC变流器、滤波电路和DSP?芯片；所述锂电池系统、Z源网络、双向DC/AC变流器、滤波电路依次连接；所述控制方法包括下述步骤：DSP芯片实时监测锂电池系统并控制其充放电；所述DSP芯片监测Z源网络；所述DSP芯片监测双向DC/AC变流器。本发明专利技术提供的方案克服现有功率转换系统在设备复杂、双向功率转换效率低、缺少储能电池系统保护、直流链电压允许波动范围小、逆变桥臂开关管不能直通、并网谐波滤波效果不好等缺点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力设备设计
，具体涉及一种含Z源网络的电池储能功率转换系统及其控制方法。
技术介绍
2011年我国光伏装机为3GW，而国家能源局统计数据指出，光伏并网装机容量仅为2. 14GW。这意味着，全国光伏装机中约有29%光伏系统尚未并网。电池储能系统不仅能够提高间歇性能源并网发电能力，而且在电力系统的发电、输电、配电和用电环节中都发挥着积极的作用，可以完成电网的削峰填谷、过负荷冲击调节、频率调节及提高电能质量，达到电网安全性的目的。其中锂电池因其比能量大、循环寿命长、安全性能好、可快速充放电、自放电少和无记忆效应等优点，在间歇性能源并网发电方面有很好的应用前景。电池储能系统的一个重要组成部分就是能量转换系统(power conversionsystem, PCS)。通过PCS可以实现电池储能系统直流电池与交流电网之间的双向能量传递，通过控制策略实现对电池系统的充放电管理、对网侧负荷功率的跟踪、对电池储能系统充放电功率的控制、对正常及孤岛运行方式下网侧电压的控制等。PCS装置已在太阳能、风能等分布式发电技术中有较多的应用，并逐渐应用于飞轮储能、超级电容器、电池储能等小容量双向功率传递的储能系统中。近些年来，随着电池技术与电力电子技术的不断进步，使得PCS拓扑结构能够不断改进。新型PCS拓扑结构正向着具有更小装置整体损耗、更高可靠性以及形成更加方便和高效的模块化结构方向发展。申请号为201110193855. 7，名称为“基于锂电池和超级电容的储能并网电路及其控制方法”，提出储能并网电路及其控制思路。但在系统结构方面，其使用DC/DC设备，增加设备数量且功率很难做大，并使双向能量转换环节效率降低；在控制策略方面，没有考虑对电池系统进行保护，不利于电池系统长期安全稳定运行。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种含Z源网络的电池储能功率转换系统及其控制方法，本专利技术提供的方案克服现有功率转换系统在设备复杂、双向功率转换效率低、缺少储能电池系统保护、直流链电压允许波动范围小、逆变桥臂开关管不能直通、并网谐波滤波效果不好等缺点。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的—种含Z源网络的电池储能功率转换系统，其改进之处在于，所述功率转换系统包括锂电池系统、Z源网络、双向DC/AC变流器、滤波电路和DSP芯片；所述锂电池系统、Z源网络、双向DC/AC变流器、滤波电路依次连接；所述锂电池系统用于电能的存储与释放；所述的Z源网络用于调节锂电池系统充电电压和放电电压；所述锂电池系统的直流输出和输入经过Z源网络调节后通过双向DC/AC变流器转换为三相交流输出；所述双向DC/AC变流器输出通过滤波电路滤波后连接到电网，采用DSP芯片的SVPWM调制技术控制双向DC/AC变流器；所述双向DC/AC变流器用于将直流电压输出转换为三相交流电压输出；所述滤波电路是用于滤除所述双向DC/AC变流器的交流电压输出谐波；所述DSP芯片用于对所述锂电池系统、Z源网络和双向DC/AC变流器的控制。其中，所述锂电池系统通过Z源网络连接到双向DC/AC变流器的直流端；所述双向DC/AC变流器的交流端连接滤波电路；所述DSP芯片通过隔离驱动电路连接到双向DC/AC变流器的电子开关器件。其中，所述隔离驱动电路包括隔离器和驱动器。其中，所述锂电池系统由锂电池单体串并联组成。其中，在所述锂电池系统和Z源网络之间设有IGBT模块S7。其中，所述Z源网络的拓扑为升降压拓扑，所述Z源网络包括两个等值电感和两个等值电容；所述两个等值电容呈X形放置，所述两个等值电容之间不连接；每个等值电容一端均连接一个等值电感，每个等值电容另一端均连接另一等值电感。其中，所述两个等值电感分别用L1和L2表示；所述两个等值电容分别用C1和C2表/Jn ο其中，所述滤波电路为LCL滤波器；所述LCL滤波器包括三组串联电感组和三个电容；所述三组串联电感组并联；每组串联电感组包括串联的两个电感；所述三组串联电感组的三端分别连接双向DC/AC变流器三相的交流输出端；所述串联电感组的另外三端连接电网；所述三个电容并联；每个电容的一端分别与另两个电容的一端相互连接形成公共端；每个电容的另一端分别连接三组串联电感组的公共端。其中，所述双向DC/AC变流器包括三相六桥臂；每个桥臂由IGBT模块组成；所述IGBT模块由反并联的IGBT芯片和二极管组成。其中，每相上下两个桥臂的IGBT模块或同时导通。其中，所述三相六桥臂均与隔离驱动电路连接；所述IGBT模块S7与隔离驱动电路连接。本专利技术基于另一目的提供的一种含Z源网络的电池储能功率转换系统的控制方法，其改进之处于，所述控制方法包括下述步骤(I)所述DSP芯片实时监测锂电池系统并控制其充放电；(2)所述DSP芯片监测Z源网络；(3)所述DSP芯片监测双向DC/AC变流器。其中，所述步骤(I)中，所述DSP芯片监测所述锂电池系统的荷电状态S0C、充电电流Ic、充电电压Vc、放电电流Id和放电电压VD，判断各监测量是否越限，当有任意一个监测量越限时，锂电池系统不动作。其中，判断各监测量是否越限包括A、仅当锂电池系统荷电状态SOC〈推荐SOC使用窗口上限b，充电电压V。〈充电上限电压Vemax，充电电流I。彡最大充电电流Iaiax，三个条件同时满足时，锂电池系统响应电网侧功率吸收的需求，进行充电；6B、仅当锂电池系统荷电状态SOC >推荐SOC使用窗口下限a，放电电压Vd >放电终止电压Vftnin，放电电流Id彡最大放电电流Iftnax，三个条件同时满足时，锂电池系统响应电网侧功率补偿的需求，进行放电；C、除A和B外锂电池系统不动作。其中，所述步骤(2)中，所述DSP芯片监测Z源网络等值电容C1的电压Va和等值电感L2的电流I。。其中，所述电压Va与给定直流链电压V:做差，差值经过一个PI环节后，再与电流Iu做差，得到直通时间Dtl，所述直通时间Dtl作为DSP芯片SVPWM调制技术的控制电压信号参考。其中，所述步骤(3)中，所述DSP芯片监测双向DC/AC变流器电网侧三相电流iabc和电网侧三相电压Uabc。其中，所述监测双向DC/AC变流器包括下述步骤I、所述电网侧三相电压Uab。经过PLL锁相环，得到相角Θ ;所述相角Θ用于参与Park变换和Park反变换；II、所述电网侧三相电流iab。和电网侧三相电压Uabe分别经过Clarke变换和Park变换，得到dq轴分量i,、id、Uq和Ud ；其中与给定有功电流做差后，差值经过一个PI环节，与直流轴电压补偿分量id L做差后，再与u,做差，得到双向DC/AC变流器给定电压V,；其中id与给定无功电流i*d做差后，差值经过一个PI环节，与交流轴电压补偿分量做差后，再与Ud做差，得到双向DC/AC变流器给定电压Vd ；III、所述双向DC/AC变流器给定电压V,和给定电压Vd分别经过Clarke反变换，得到控制电压定子静止坐标系分量να和￥0，所述Va和、经过DSP芯片输出双向DC/AC变流器开关管控制电压信号。其中，所述i,表示交流轴电压补偿分量；所述id表示直流轴电压补偿分量；所述ud、Uq分别为三相电压在dq轴的分量。其中，所述方法采用DSP芯片的SVPWM调制技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含Z源网络的电池储能功率转换系统，其特征在于，所述功率转换系统包括锂电池系统、Z源网络、双向DC/AC变流器、滤波电路和DSP芯片；所述锂电池系统、Z源网络、双向DC/AC变流器、滤波电路依次连接；所述锂电池系统用于电能的存储与释放；所述的Z源网络用于调节锂电池系统充电电压和放电电压；所述锂电池系统的直流输出和输入经过Z源网络调节后通过双向DC/AC变流器转换为三相交流输出；所述双向DC/AC变流器输出通过滤波电路滤波后连接到电网，采用DSP芯片的SVPWM调制技术控制双向DC/AC变流器；所述双向DC/AC变流器用于将直流电压输出转换为三相交流电压输出；所述滤波电路是用于滤除所述双向DC/AC变流器的交流电压输出谐波；所述DSP芯片用于对所述锂电池系统、Z源网络和双向DC/AC变流器的控制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李建林，谢志佳，徐少华，修晓青，惠东，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：