一种双向变流器对蓄电池充放电的控制方法技术

一种双向变流器对蓄电池充放电的控制方法，其双向变流器采用双环控制方法，内环为交流电流环控制，外环为直流环控制。该直流环控制可根据蓄电池充放电状态的不同，选择是直流电压外环控制或直流电流外环控制：当蓄电池处于恒流限压充电和恒流放电时，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和浮充恒压充电时，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；所述的直流电压外环控制和直流电流外环控制采用平滑切换方法；同时双向变流器对蓄电池采用四段式智能充电控制及恒流放电控制策略。

【技术实现步骤摘要】
一种双向变流器对蓄电池充放电的控制方法
本专利技术涉及一种双向变流器对蓄电池充放电的控制方法。
技术介绍
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。CN102055368A《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。CN102694388A《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。CN101621212A《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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术根据蓄电池充、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。本专利技术的技术方案如下：本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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。所述的双向变流器对蓄电池的四段式智能充电控制，包括涓流充电控制、恒流充电控制、恒压充电控制和浮充恒压充电控制，蓄电池放电时双向变流器采用恒流放电控制策略。控制过程中包含了蓄电池的几种充、放电状态：涓流充电状态、恒流限压充电状态、恒压限流充电状态、浮充恒压充电状态、恒流放电状态、过放电状态。当双向变流器给蓄电池充电时，自动根据直流母线电压和直流电流值，对当前蓄电池处于何种充电状态进行判定，待充电状态确定后，进行相应的电压或电流的给定。首先判定蓄电池的当前电压是否满足涓流充电条件，即直流母线电压小于电池电压阈值一，电池电压阈值一由蓄电池本身特性决定，此时蓄电池端电压较低，如满足涓流充电条件，则双向变流器控制蓄电池进入涓流充电状态；如果蓄电池的当前电压不满足涓流充电条件，则双向变流器进入蓄电池恒流限压充电的判定。当蓄电池的当前电压满足恒流限压充电条件时，即直流母线电压高于电池电压阈值一且低于电池电压阈值二，电池电压阈值二也由蓄电池本身特性决定，所述的电池电压阈值二高于电池电压阈值一，为蓄电池恒压充电的最优控制电压，所述的双向变流器控制蓄电池进入恒流限压充电状态，给定相应的电流给定或有功功率值，并进行恒压限幅。如果蓄电池的当前电压不满足恒流限压充电条件时，则双向变流器进入蓄电池恒压限流充电的判定。在恒流充电判定条件中，除了直流电压阈值判定外，还要结合当前蓄电池的状态，满足涓流充电或恒流放电时，才可以进入恒流充电阶状态，这样能避免因直流母线电压波动带来相邻状态间频繁切换，尤其是恒压充电向恒流充电的状态频繁切换问题。当蓄电池的当前电压满足恒压限流充电条件时，即直流母线电压高于电池电压阈值二，则双向变流器控制蓄电池进入恒压限流充电状态，给定相应的电压给定值，并进行恒流限幅；如果蓄电池的当前电压不满足恒压限流充电条件，则双向变流器进入蓄电池浮充恒压充电的判定。在恒压充电判定条件中，除了直流电压阈值判定外，也要受直流电流的限制，保证直流电流同时满足大于蓄电池浮充电流值，避免因为直流电流波动频繁进入浮充恒压充电状态。当蓄电池的当前电压满足浮充恒压充电条件时，即直流电流低于蓄电池浮充电流值，浮充电流值根据蓄电池电池特性确定，一般为蓄电池额定容量的0.005倍，则双向变流器控制蓄电池进入浮充恒压充电状态；充电一定时间后，充电过程结束，表明蓄电池已充满，等待下一控制指令。在恒压充电时限制直流侧电压输出电压，不能超过蓄电池的充电截止电压。双向变流器给蓄电池放电时，采用恒流放电控制策略，给定相应的电流给定或有功功率给定值，进行恒流控制。放电时，保证蓄电池电压不低于放电截止电压。双向变流器实时检测直流母线电压，当直流母线电压略高于放电截止电压时，放电截止电压由蓄电池本身特性决定，则双向变流器会先做告警处理，并将告警状态传给上层监本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双向变流器对蓄电池充放电的控制方法，所述双向变流器对蓄电池采用四段式智能充电控制及恒流放电控制策略，同时，所述的双向变流器对蓄电池充放电采用双环控制方法，内环为交流电流环控制，外环为直流环控制；所述的直流环控制方法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：当蓄电池处于恒流限压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；所述的直流电压外环控制和直流电流外环控制采用平滑切换方法，所述的双向变流器从直流电压外环控制切换到直流电流外环控制方法(103)的逻辑为：将当前直流电压外环的输出，也即交流电流内环的给定，进行滤波处理，与电网d轴电压做乘积后，根据功率守恒原理，再除以当前直流母线电压值，计算出直流电流外环所用的直流电流给定值，作为切换后直流电流环的给定输入，使得所述的双向变流器切换至直流电流环控制工作时，电流给定平滑切换；所述的双向变流器从直流电流外环控制切换到直流电压外环控制方法(104)的逻辑为：将当前的直流母线电压进行滤波后，作为直流电压环所用的直流电压给定值，同时初始化电压外环的状态，即将直流电压的误差值初始化为交流内环有功d轴电流给定值，使得当所述的双向变流器切换至直流电压环工作时，电压给定平滑切换。2.根据权利要求1所述的双向变流器对蓄电池充放电的控制方法，其特征是对直流电压外环输出的滤波及对直流母线电压的滤波使用巴特沃兹低通滤波器。3.根据权利要求1所述的双向变流器对蓄电池充放电的控制方法，其特征是所述的双向变流器对蓄电池采用四段式智能充电控制策略为涓流充电控制、恒流充...

【专利技术属性】
技术研发人员：高俊娥，王永超，王一波，吕佃顺，林资旭，李海东，郭金东，赵栋利，曹笃峰，许洪华，
申请(专利权)人：北京科诺伟业科技股份有限公司，中国科学院电工研究所，保定科诺伟业控制设备有限公司，
类型：发明
国别省市：