一種雙向變流器對(duì)蓄電池充放電的控制方法
【專(zhuān)利摘要】一種雙向變流器對(duì)蓄電池充放電的控制方法，其雙向變流器采用雙環(huán)控制方法，內(nèi)環(huán)為交流電流環(huán)控制，外環(huán)為直流環(huán)控制。該直流環(huán)控制可根據(jù)蓄電池充放電狀態(tài)的不同，選擇是直流電壓外環(huán)控制或直流電流外環(huán)控制：當(dāng)蓄電池處于恒流限壓充電和恒流放電時(shí)，雙向變流器的直流電流外環(huán)控制和交流電流內(nèi)環(huán)控制同時(shí)工作；當(dāng)蓄電池處于恒壓限流充電和浮充恒壓充電時(shí)，雙向變流器的直流電壓外環(huán)控制和交流電流內(nèi)環(huán)控制同時(shí)工作；所述的直流電壓外環(huán)控制和直流電流外環(huán)控制采用平滑切換方法；同時(shí)雙向變流器對(duì)蓄電池采用四段式智能充電控制及恒流放電控制策略。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種雙向變流器對(duì)蓄電池充放電的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種雙向變流器對(duì)蓄電池充放電的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]基于分布式發(fā)電的微網(wǎng)系統(tǒng)是由各種微源、儲(chǔ)能裝置、負(fù)荷、保護(hù)和監(jiān)控裝置等組成的小型電網(wǎng)，微網(wǎng)的能源輸入形式多種多樣，由于太陽(yáng)能、風(fēng)能等一些可再生能源具有顯著的間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，且負(fù)荷也是隨機(jī)變化的，分布式儲(chǔ)能環(huán)節(jié)成為支持微網(wǎng)自主運(yùn)行和作為可控單元聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行不可缺少的重要組成部分，主要起到平抑系統(tǒng)擾動(dòng)、維持供需平衡及支撐孤島運(yùn)行時(shí)電壓/頻率穩(wěn)定的作用。
[0003]雙向變流器主要功能和作用是實(shí)現(xiàn)交流電網(wǎng)電能與儲(chǔ)能電池電能之間的能量雙向傳遞，可以適配多種直流儲(chǔ)能單元，如超級(jí)電容器組、蓄電池組、飛輪電池等，其不僅可以快速有效地實(shí)現(xiàn)平抑分布式發(fā)電系統(tǒng)隨機(jī)電能或潮流的波動(dòng)，提高電網(wǎng)對(duì)大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電(風(fēng)能、光伏)的接納能力，且可以接受調(diào)度指令，吸納或補(bǔ)充電網(wǎng)的峰谷電能，及提供無(wú)功功率，以提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。
[0004]目前，雙向變流器大多采用全控器件以實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)、功率因數(shù)可調(diào)、減少電流諧波的目的。然而，四象限運(yùn)行的雙向變流器配合蓄電池用于微電網(wǎng)時(shí)，有多種運(yùn)行狀態(tài)需要靈活平滑切換，例如:恒壓充電、恒流充電、恒功率放電、無(wú)功支撐等。迫切需要一種統(tǒng)一的控制方法以實(shí)現(xiàn)上述功能。
[0005]CN 102055368 A《100KVA微網(wǎng)儲(chǔ)能雙向變流器》，給出了 100KVA微網(wǎng)儲(chǔ)能雙向變流器作為產(chǎn)品整體的結(jié)構(gòu)和特性，提出了并網(wǎng)四段式自動(dòng)充電(預(yù)充、快充、均充、浮充)，但是沒(méi)有給出詳細(xì)的充放電各個(gè)狀態(tài)間平滑切換的控制方法。CN 102694388 A《一種雙向變流器控制裝置》，采用直流電壓外環(huán)、直流電流中間環(huán)以及交流電流內(nèi)環(huán)的串行結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)整流、逆變雙向變流統(tǒng)一控制，但是控制時(shí)三個(gè)環(huán)同時(shí)工作，增加了控制和調(diào)試難度，而且響應(yīng)速度比較慢，不利于保證蓄電池充放電的穩(wěn)壓和穩(wěn)流精度。CN 101621212 A《蓄電池充電控制方法》給出了一種蓄電池充電控制方法，采用輸出電壓和輸出電流兩個(gè)獨(dú)立的閉環(huán)，交替控制充電裝置的輸出，雖然提高了輸出電壓和電流的精度，但是也沒(méi)有具體給出恒壓、恒流狀態(tài)的平滑切換控制，同時(shí)未對(duì)蓄電池放電的控制進(jìn)行相關(guān)介紹。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有雙向變流器對(duì)蓄電池充放電的控制時(shí)，各個(gè)狀態(tài)間不能平滑切換，且控制策略復(fù)雜的缺點(diǎn)，提出一種適用于雙向變流器對(duì)蓄電池充放電的雙環(huán)控制方法。本發(fā)明根據(jù)蓄電池充、放電狀態(tài)的不同，采用直流電壓外環(huán)和直流電流外環(huán)的平滑切換方法，能夠靈活切換充、放電狀態(tài)，無(wú)沖擊。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0008]本發(fā)明雙向變流器對(duì)蓄電池充放電的控制方法，采用一種雙環(huán)控制方法，內(nèi)環(huán)為交流電流環(huán)控制，外環(huán)為直流環(huán)控制。該直流環(huán)控制方法可根據(jù)蓄電池充放電狀態(tài)的不同，雙向變流器選擇直流電壓外環(huán)控制或直流電流外環(huán)控制。當(dāng)蓄電池處于恒流充電狀態(tài)和恒流放電狀態(tài)時(shí)，雙向變流器的直流電流外環(huán)控制和交流電流內(nèi)環(huán)控制同時(shí)工作。當(dāng)蓄電池處于恒壓限流充電狀態(tài)時(shí)，雙向變流器的直流電壓外環(huán)控制和交流電流內(nèi)環(huán)控制同時(shí)工作。同時(shí)，本發(fā)明的雙向變流器對(duì)蓄電池采用四段式智能充電控制，當(dāng)蓄電池電壓較低時(shí)，先用一個(gè)較小的電流值對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，即涓流充電控制；當(dāng)蓄電池電壓逐漸建立后，再轉(zhuǎn)為恒流充電，同時(shí)限制蓄電池電壓不超過(guò)恒壓充電電壓閾值，即恒流限壓充電；當(dāng)蓄電池電壓達(dá)到恒壓控制值時(shí)，轉(zhuǎn)為恒壓充電，同時(shí)限制恒壓充電時(shí)直流電流值，即恒壓限流控制；當(dāng)直流電流低于浮充電流值時(shí)，轉(zhuǎn)為浮充恒壓充電控制；蓄電池放電時(shí)，雙向變流器采用恒流放電控制策略。雙向變流器通過(guò)采用直流電壓外環(huán)和直流電流外環(huán)控制平滑切換的方法，能夠靈活切換蓄電池的充、放電狀態(tài)，無(wú)沖擊，使蓄電池充、放電控制達(dá)到最優(yōu)，延長(zhǎng)了蓄電池的壽命。
[0009]本發(fā)明的具體控制方法如下:
[0010]當(dāng)蓄電池處于恒流充電狀態(tài)和恒流放電狀態(tài)時(shí)，雙向變流器的直流電流外環(huán)控制和交流電流內(nèi)環(huán)控制同時(shí)工作。為了防止直流母線電流波動(dòng)，將雙向變流器的直流電流傳感器采集到直流電流進(jìn)行巴特沃斯低通濾波處理，保證電流環(huán)控制穩(wěn)定，進(jìn)而提高穩(wěn)流精度。然后再進(jìn)行電流閉環(huán)運(yùn)算，將直流電流環(huán)的輸出作為交流電流內(nèi)環(huán)的給定。
[0011]當(dāng)蓄電池處于恒壓限流充電狀態(tài)時(shí)，雙向變流器的直流電壓外環(huán)控制和交流電流內(nèi)環(huán)控制同時(shí)工作。為了防止直流母線電壓波動(dòng)，將雙向變流器直流電壓傳感器采集到直流電壓進(jìn)行濾波處理，保證電壓環(huán)控制穩(wěn)定，進(jìn)而提高穩(wěn)壓精度。然后再進(jìn)行電壓閉環(huán)運(yùn)算，將直流電壓環(huán)的輸出作為交流電流內(nèi)環(huán)的給定。
[0012]所述的雙向變流器對(duì)蓄電池的四段式智能充電控制，包括涓流充電控制、恒流充電控制、恒壓充電控制和浮充恒壓充電控制，蓄電池放電時(shí)雙向變流器采用恒流放電控制策略。控制過(guò)程中包含了蓄電池的幾種充、放電狀態(tài):涓流充電狀態(tài)、恒流限壓充電狀態(tài)、恒壓限流充電狀態(tài)、浮充恒壓充電狀態(tài)、恒流放電狀態(tài)、過(guò)放電狀態(tài)。
[0013]當(dāng)雙向變流器給蓄電池充電時(shí)，自動(dòng)根據(jù)直流母線電壓和直流電流值，對(duì)當(dāng)前蓄電池處于何種充電狀態(tài)進(jìn)行判定，待充電狀態(tài)確定后，進(jìn)行相應(yīng)的電壓或電流的給定。
[0014]首先判定蓄電池的當(dāng)前電壓是否滿足涓流充電條件，即直流母線電壓小于電池電壓閾值一，電池電壓閾值一由蓄電池本身特性決定，此時(shí)蓄電池端電壓較低，如滿足涓流充電條件，則雙向變流器控制蓄電池進(jìn)入涓流充電狀態(tài)；如果蓄電池的當(dāng)前電壓不滿足涓流充電條件，則雙向變流器進(jìn)入蓄電池恒流限壓充電的判定。
[0015]當(dāng)蓄電池的當(dāng)前電壓滿足恒流限壓充電條件時(shí)，即直流母線電壓高于電池電壓閾值一且低于電池電壓閾值二，電池電壓閾值二也由蓄電池本身特性決定，所述的電池電壓閾值二高于電池電壓閾值一，為蓄電池恒壓充電的最優(yōu)控制電壓，所述的雙向變流器控制蓄電池進(jìn)入恒流限壓充電狀態(tài)，給定相應(yīng)的電流給定或有功功率值，并進(jìn)行恒壓限幅。如果蓄電池的當(dāng)前電壓不滿足恒流限壓充電條件時(shí)，則雙向變流器進(jìn)入蓄電池恒壓限流充電的判定。在恒流充電判定條件中，除了直流電壓閾值判定外，還要結(jié)合當(dāng)前蓄電池的狀態(tài)，滿足涓流充電或恒流放電時(shí)，才可以進(jìn)入恒流充電階狀態(tài)，這樣能避免因直流母線電壓波動(dòng)帶來(lái)相鄰狀態(tài)間頻繁切換，尤其是恒壓充電向恒流充電的狀態(tài)頻繁切換問(wèn)題。
[0016]當(dāng)蓄電池的當(dāng)前電壓滿足恒壓限流充電條件時(shí)，即直流母線電壓高于電池電壓閾值二，則雙向變流器控制蓄電池進(jìn)入恒壓限流充電狀態(tài)，給定相應(yīng)的電壓給定值，并進(jìn)行恒流限幅；如果蓄電池的當(dāng)前電壓不滿足恒壓限流充電條件，則雙向變流器進(jìn)入蓄電池浮充恒壓充電的判定。在恒壓充電判定條件中，除了直流電壓閾值判定外，也要受直流電流的限制，保證直流電流同時(shí)滿足大于蓄電池浮充電流值，避免因?yàn)橹绷麟娏鞑▌?dòng)頻繁進(jìn)入浮充恒壓充電狀態(tài)。
[0017]當(dāng)蓄電池的當(dāng)前電壓滿足浮充恒壓充電條件時(shí)，即直流電流低于蓄電池浮充電流值，浮充電流值根據(jù)蓄電池電池特性確定，一般為蓄電池額定容量的0.005倍，則雙向變流器控制蓄電池進(jìn)入浮充恒壓充電狀態(tài)；充電一定時(shí)間后，充電過(guò)程結(jié)束，表明蓄電池已充滿，等待下一控制指令。在恒壓充電時(shí)限制直流側(cè)電壓輸出電壓，不能超過(guò)蓄電池的充電截止電壓。
[0018]雙向變流器給蓄電池放電時(shí)，采用恒流放電控制策略，給定相應(yīng)的電流給定或有功功率給定值，進(jìn)行恒流控制。
[0019]放電時(shí)，保證蓄電池電壓不低于放電截止電壓。雙向變流器實(shí)時(shí)檢測(cè)直流母線電壓，當(dāng)直流母線電壓略高于放電截止電壓時(shí)，放電截止電壓由蓄電池本身特性決定，則雙向變流器會(huì)先做告警處理，并將告警狀態(tài)傳給上層監(jiān)控系統(tǒng)，上層監(jiān)控系統(tǒng)是雙向變流器的上層功率調(diào)度系統(tǒng)，與雙向變流器間可進(jìn)行各種信息的交互，可向雙向變流器下發(fā)控制指令，也可獲得雙向變流器的運(yùn)行狀態(tài)信息，表明放電基本完成，若一段時(shí)間后，上層監(jiān)控發(fā)出停止放電指令，則變流器停止放電；若仍未得到上層監(jiān)控系統(tǒng)的停止放電指令，直流母線電壓值等于放電截止電壓時(shí)，雙向變流器退出放電逆變狀態(tài)，以免引起過(guò)放，有效保護(hù)蓄電池的壽命。
[0020]本發(fā)明所述的直流電壓外環(huán)控制和直流電流外環(huán)控制的平滑切換方法主要分為兩種情況:
[0021 ] 一種是從直流電壓環(huán)控制到直流電流環(huán)控制的切換:當(dāng)蓄電池處于恒壓充電狀態(tài)或浮充恒壓充電狀態(tài)，需要過(guò)渡到恒流充電狀態(tài)時(shí)，將雙向變流器當(dāng)前直流電壓外環(huán)的輸出，也即交流電流內(nèi)環(huán)的給定，進(jìn)行巴特沃斯低通濾波處理，再與電網(wǎng)d軸電壓做乘積，根據(jù)功率守恒原理，將上述結(jié)果除以當(dāng)前直流母線電壓值，計(jì)算出直流電流外環(huán)的直流電流給定值，作為切換后直流電流外環(huán)的給定輸入。這樣，當(dāng)切換至直流電流外環(huán)時(shí)，保證電流給定平滑切換。
[0022]另一種是從直流電流環(huán)控制到直流電壓環(huán)控制的切換:當(dāng)蓄電池處于恒流充電狀態(tài)過(guò)渡到恒壓充電狀態(tài)時(shí)，將雙向變流器當(dāng)前的直流母線電壓進(jìn)行巴特沃斯低通濾波后，作為直流電壓環(huán)的直流電壓給定值，同時(shí)初始化電壓外環(huán)的狀態(tài)，即將直流電壓的誤差值初始化為交流內(nèi)環(huán)有功d軸電流給定值。這樣，當(dāng)切換至直流電壓外環(huán)時(shí)，保證電壓給定平滑切換。
[0023]本發(fā)明所述的低通濾波器為巴特沃茲低通濾波器，截止頻率的選擇以可以濾除變流器的開(kāi)關(guān)頻率附近紋波為目標(biāo)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1本發(fā)明雙環(huán)控制整體框圖；
[0025]圖2蓄電池充放電控制策略流程圖；[0026]圖3蓄電池充放電狀態(tài)雙環(huán)控制切換示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明雙環(huán)控制方法具體如下:
[0029]蓄電池電壓和充、放電電流分別由雙向變流器直流側(cè)的電壓傳感器和電流傳感器測(cè)得。所測(cè)得的蓄電池電壓和充、放電電流分別經(jīng)過(guò)直流電壓低通濾波器101和直流電流低通濾波器102濾波處理。交流三相電壓、三相電流采集的是變壓器低壓側(cè)的電壓、電流值，即雙向變流器一側(cè)的電壓、電流值。三相低壓側(cè)電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)三相靜止到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，得到dq軸電壓叫和!!，的值，并經(jīng)過(guò)電網(wǎng)鎖相處理，得到電網(wǎng)角度Θ，用于參與SVPWM矢量控制。三相電流也經(jīng)過(guò)三相靜止到兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換，得到dq軸電流^和i,的值，作為充、放電有功電流和無(wú)功電流的反饋。
[0030]所述的雙向變流器采用雙環(huán)控制方式，內(nèi)環(huán)控制為交流電流環(huán)控制，外環(huán)控制為直流環(huán)控制，該直流環(huán)控制可根據(jù)蓄電池充放電狀態(tài)的不同，選擇直流電流外環(huán)控制或者直流電壓外環(huán)控制。這兩種直流控制方式的切換由模式選擇開(kāi)關(guān)105實(shí)現(xiàn)。
[0031]當(dāng)蓄電池處于恒壓充電狀態(tài)時(shí)，雙向變流器的直流電壓外環(huán)控制和交流電流內(nèi)環(huán)
控制同時(shí)工作。直流電壓pi調(diào)節(jié)器的輸入為直流電壓給定值^4與直流側(cè)電壓Vd。的差值，該差值用于交流側(cè)電流的控制，計(jì)算得出交流電流內(nèi)環(huán)d軸電流給定值Z作為交流電流內(nèi)環(huán)
的給定。其中直流電壓給定值vl在進(jìn) 入外環(huán)PI調(diào)節(jié)器前，需要進(jìn)行限幅和斜坡加載處理；
直流電壓采樣值需要進(jìn)行巴特沃斯一階低通濾波處理，濾除直流電壓中的高頻紋波成分。
[0032]當(dāng)蓄電池處于恒流充電或恒流放電狀態(tài)時(shí)，雙向變流器的直流電流外環(huán)控制和交
流電流內(nèi)環(huán)控制同時(shí)工作。直流電流PI調(diào)節(jié)器的輸入為直流電流給定值4與直流側(cè)電流id。的差值，該差值用于交流側(cè)電流的控制。計(jì)算得出交流電流內(nèi)環(huán)d軸電流給定值?，作為
交流電流內(nèi)環(huán)的給定。其中直流電流給定值G即充放電電流給定，在進(jìn)入外環(huán)PI調(diào)節(jié)器
前，需要進(jìn)行限幅和斜坡加載處理；直流電流采樣值id。，即充、放電實(shí)際電流值也需要進(jìn)行一階低通濾波處理，濾除直流電流中的高頻紋波成分。
[0033]由上述得到的交流電流內(nèi)環(huán)d軸電流給定值&，結(jié)合交流電流內(nèi)環(huán)q軸電流給定
值ζ，該值可以由上層監(jiān)控系統(tǒng)得到，經(jīng)過(guò)有功、無(wú)功限幅后，才能作為電流內(nèi)環(huán)的給定，再
結(jié)合實(shí)際的dq軸電流值，經(jīng)過(guò)交流電流內(nèi)環(huán)PI調(diào)節(jié)器，得到dq軸電壓值Vd'、V(/，結(jié)合dq軸電壓ud、uq,電流解耦控制運(yùn)算，輸出控制量vd、vq,經(jīng)過(guò)兩相旋轉(zhuǎn)到三相靜止坐標(biāo)反變換，得到控制量um、ubr, Ura，然后經(jīng)過(guò)SVPWM調(diào)制，得到雙向變流器主電路IGBT開(kāi)關(guān)的PWM控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)其實(shí)現(xiàn)雙向變流器對(duì)蓄電池進(jìn)行充、放電控制。
[0034]當(dāng)蓄電池充電狀態(tài)向放電狀態(tài)的過(guò)渡時(shí)，雙向變流器需要進(jìn)行直流電壓環(huán)控制向直流電流環(huán)控制的平滑切換控制103 ;當(dāng)蓄電池由恒流充電到恒壓充電狀態(tài)及放電狀態(tài)向充電狀態(tài)過(guò)渡時(shí)，雙向變流器需要進(jìn)行直流電流環(huán)控制向直流電壓環(huán)控制的平滑切換控制104。
[0035]直流電壓外環(huán)控制切換至直流電流外環(huán)控制103的詳細(xì)邏輯為:將當(dāng)前直流電壓外環(huán)控制的輸出，也即交流電流內(nèi)環(huán)的給定，進(jìn)行一階低通濾波處理，濾除高頻紋波成分，與電網(wǎng)d軸電壓做乘積后，根據(jù)功率守恒原理，除以當(dāng)前直流母線電壓值，計(jì)算出直流電流外環(huán)所用的直流電流給定值，作為切換后直流電流環(huán)的給定輸入。這樣，當(dāng)所述的雙向變流器切換至直流電流環(huán)控制工作時(shí)，保證電流給定平滑切換。
[0036]直流電流外環(huán)控制切換至直流電壓外環(huán)控制104的詳細(xì)邏輯為:將當(dāng)前的直流母線電壓進(jìn)行一階濾波后，作為直流電壓環(huán)所用的直流電壓給定值，同時(shí)初始化電壓外環(huán)的狀態(tài)，即將直流電壓的誤差值初始化為交流內(nèi)環(huán)有功d軸電流給定值。這樣，當(dāng)所述的雙向變流器切換至直流電壓環(huán)工作時(shí)，保證電壓給定平滑切換。
[0037]詳細(xì)的蓄電池充放電控制策略如圖2所示。如圖2所示，針對(duì)蓄電池智能四段式充電及恒流放電控制策略，控制過(guò)程中包含了蓄電池的幾種充、放電狀態(tài):涓流充電狀態(tài)、恒流限壓充電狀態(tài)、恒壓限流充電狀態(tài)、浮充恒壓充電狀態(tài)、恒流放電狀態(tài)、過(guò)放電狀態(tài)。
[0038]當(dāng)雙向變流器給蓄電池充電時(shí)，自動(dòng)根據(jù)直流母線電壓和直流電流值，對(duì)當(dāng)前蓄電池處于何種充電狀態(tài)進(jìn)行判定，待充電狀態(tài)確定后，進(jìn)行相應(yīng)的電壓或電流的給定。
[0039]首先判定蓄電池的當(dāng)前電壓是否滿足涓流充電條件，即直流母線電壓小于電池電壓閾值一，如滿足蓄電池涓流充電條件，則雙向變流器控制蓄電池進(jìn)入涓流充電狀態(tài)；如果蓄電池的當(dāng)前電壓不滿足涓流充電階段條件，則雙向變流器進(jìn)入蓄電池恒流限壓充電的判定。
[0040]當(dāng)蓄電池的當(dāng)前電壓滿足恒流限壓充電條件時(shí)，即直流母線電壓高于電池電壓閾值一且低于電池電壓閾值二，所述的電池電壓閾值二高于電池電壓閾值一，則雙向變流器控制蓄電池進(jìn)入恒流限壓充電狀態(tài)，給定相應(yīng)的電流給定或有功功率給定值，并進(jìn)行恒壓限幅；如果蓄電池的當(dāng)前電壓不滿足恒流限壓充電條件時(shí)，則雙向變流器進(jìn)入蓄電池恒壓限流充電的判定。在恒流充電判定條件中，除了直流電壓閾值判定外，還要結(jié)合當(dāng)前蓄電池的狀態(tài)，當(dāng)蓄電池滿足涓流充電或恒流放電時(shí)，才可以進(jìn)入恒流充電狀態(tài)，這樣能避免因直流電壓波動(dòng)帶來(lái)相鄰狀態(tài)間頻繁切換，尤其是恒壓充電向恒流充電的狀態(tài)頻繁切換問(wèn)題。
[0041]當(dāng)蓄電池的當(dāng)前電壓滿足恒壓限流充電條件時(shí)，即直流母線電壓高于電池電壓閾值二，則雙向變流器控制蓄電池進(jìn)入恒壓限流充電狀態(tài)，給定相應(yīng)的電壓給定值，并進(jìn)行恒流限幅；如果蓄電池的當(dāng)前電壓不滿足恒壓限流充電條件，則雙向變流器進(jìn)入蓄電池浮充恒壓充電的判定。在蓄電池恒壓充電判定條件中，除了直流電壓閾值判定外，也要受直流電流的限制，保證直流電流同時(shí)大于蓄電池浮充電流值，避免因?yàn)橹绷麟娏鞑▌?dòng)頻繁進(jìn)入浮充恒壓充電狀態(tài)。當(dāng)蓄電池的當(dāng)前電壓滿足浮充恒壓充電條件時(shí)，即直流電流低于浮充電流值，浮充電流值根據(jù)蓄電池電池特性確定，一般為蓄電池額定容量的0.005倍，則雙向變流器控制蓄電池進(jìn)入浮充恒壓充電狀態(tài)；蓄電池充電一定時(shí)間后，充電過(guò)程結(jié)束，表明蓄電池已充滿，等待下一控制指令。在蓄電池恒壓充電時(shí)限制直流側(cè)電壓輸出電壓不能超過(guò)蓄電池的充電截止電壓 。
[0042]雙向變流器給蓄電池放電時(shí)，采用恒流放電控制策略，給定相應(yīng)的電流給定或有功功率給定值，進(jìn)行恒流控制。
[0043]放電時(shí)，保證蓄電池電壓不低于放電截止電壓。雙向變流器實(shí)時(shí)檢測(cè)直流母線電壓，當(dāng)直流母線電壓略高于放電截止電壓時(shí)，該放電截止電壓的閾值可靈活設(shè)定，則雙向變流器會(huì)先做告警處理，并將告警狀態(tài)傳給上層監(jiān)控系統(tǒng)，表明放電基本完成。若一段時(shí)間后，上層監(jiān)控發(fā)出停止放電指令，則變流器停止放電；若仍未得到上層監(jiān)控系統(tǒng)的停止放電指令，直流母線電壓值等于放電截止電壓時(shí)，雙向變流器退出放電逆變狀態(tài)，以免引起過(guò)放，有效保護(hù)蓄電池的壽命。
[0044]圖3是蓄電池充放電狀態(tài)雙環(huán)控制切換示意圖。
[0045]蓄電池充放電的幾種狀態(tài)間的過(guò)渡如圖3所示，針對(duì)不同的充放電狀態(tài)，雙向變流器采用不同的雙環(huán)控制方式。當(dāng)直流電壓環(huán)控制向直流電流環(huán)控制切換時(shí)，啟用電壓環(huán)切換電流環(huán)控制策略；當(dāng)直流電流環(huán)控制向直流電流環(huán)控制切換時(shí)，啟用電流環(huán)切換電壓環(huán)控制策略，最后統(tǒng)一經(jīng)過(guò)交流電流內(nèi)環(huán)，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了蓄電池的充放電控制。
[0046]直流電壓環(huán)控制到直流電流環(huán)控制的切換控制具體方法是:當(dāng)蓄電池處于恒壓充電狀態(tài)或浮充恒壓充電狀態(tài)，需要過(guò)渡到恒流充電狀態(tài)時(shí)，將雙向變流器當(dāng)前直流電壓外環(huán)的輸出，也即交流電流內(nèi)環(huán)的給定，進(jìn)行巴特沃斯低通濾波處理，再與電網(wǎng)d軸電壓做乘積，根據(jù)功率守恒原理，將上述結(jié)果除以當(dāng)前直流母線電壓值，計(jì)算出直流電流外環(huán)的直流電流給定值，作為切換后直流電流外環(huán)的給定輸入。這樣，當(dāng)切換至直流電流外環(huán)控制時(shí)，保證電流給定平滑切換。
[0047]直流電流環(huán)控制到直流電壓環(huán)控制切換的具體方法是:當(dāng)蓄電池處于恒流充電狀態(tài)過(guò)渡到恒壓充電狀態(tài)時(shí)，將雙向變流器當(dāng)前的直流母線電壓進(jìn)行巴特沃斯低通濾波后，作為直流電壓環(huán)的直流電壓給定值，同時(shí)初始化電壓外環(huán)的狀態(tài)，即將直流電壓的誤差值初始化為交流內(nèi)環(huán)有功d軸電流給定值。這樣，當(dāng)切換至直流電壓外環(huán)控制時(shí)，保證電壓給定平滑切換。
【權(quán)利要求】
1.一種雙向變流器對(duì)蓄電池充放電的控制方法，其特征是所述的對(duì)蓄電池充放電的控制方法為雙向變流器采用雙環(huán)控制方法，內(nèi)環(huán)為交流電流環(huán)控制，外環(huán)為直流環(huán)控制；所述的直流環(huán)控制方法根據(jù)蓄電池充放電狀態(tài)的不同，雙向變流器選擇直流電壓外環(huán)控制或直流電流外環(huán)控制:當(dāng)蓄電池處于恒流限壓充電狀態(tài)和恒流放電狀態(tài)時(shí)，雙向變流器的直流電流外環(huán)控制和交流電流內(nèi)環(huán)控制同時(shí)工作；當(dāng)蓄電池處于恒壓限流充電狀態(tài)時(shí)，雙向變流器的直流電壓外環(huán)控制和交流電流內(nèi)環(huán)控制同時(shí)工作；所述的直流電壓外環(huán)控制和直流電流外環(huán)控制采用平滑切換方法；同時(shí)雙向變流器對(duì)蓄電池采用四段式智能充電控制及恒流放電控制策略。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向變流器對(duì)蓄電池充放電的控制方法，其特征是所述的雙向變流器從直流電壓外環(huán)控制切換到直流電流外環(huán)控制方法(103)的邏輯為:將當(dāng)前直流電壓外環(huán)的輸出，也即交流電流內(nèi)環(huán)的給定，進(jìn)行濾波處理，與電網(wǎng)d軸電壓做乘積后，根據(jù)功率守恒原理，再除以當(dāng)前直流母線電壓值，計(jì)算出直流電流外環(huán)所用的直流電流給定值，作為切換后直流電流環(huán)的給定輸入，使得所述的雙向變流器切換至直流電流環(huán)控制工作時(shí)，電流給定平滑切換；所述的雙向變流器從直流電流外環(huán)控制切換到直流電壓外環(huán)控制方法(104)的邏輯為:將當(dāng)前的直流母線電壓進(jìn)行濾波后，作為直流電壓環(huán)所用的直流電壓給定值，同時(shí)初始化電壓外環(huán)的狀態(tài)，即將直流電壓的誤差值初始化為交流內(nèi)環(huán)有功d軸電流給定值，使得當(dāng)所述的雙向變流器切換至直流電壓環(huán)工作時(shí)，電壓給定平滑切換。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙向變流器對(duì)蓄電池充放電的控制方法，其特征是對(duì)直流電壓外環(huán)輸出的濾波及對(duì)直流母線電壓的濾波使用巴特沃茲低通濾波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向變流器對(duì)蓄電池充放電的控制方法，其特征是所述的雙向變流器對(duì)蓄電池采用四段式智能充電控制策略為涓流充電控制、恒流充電控制、恒壓充電控制，以及浮充恒壓充電控制: 雙向變流器給蓄電池充電時(shí)，根據(jù)直流母線電壓和直流電流判定蓄電池所處的充電狀態(tài)，待充電狀態(tài)確定后，進(jìn)行電壓、電流或功率的給定； 首先判定蓄電池的當(dāng)前電壓是否滿足涓流充電條件，即直流母線電壓低于蓄電池電壓閾值一，如滿足涓流充電條件，所述的雙向變流器控制蓄電池進(jìn)入涓流充電狀態(tài)；如果不滿足涓流充電條件，則所述的雙向變流器進(jìn)入蓄電池恒流限壓充電的判定； 當(dāng)蓄電池的當(dāng)前電壓滿足恒流限壓充電條件時(shí)，即直流母線電壓高于電池電壓閾值一且低于蓄電池電壓閾值二，所述的電池電壓閾值二高于電池電壓閾值一，所述的雙向變流器控制蓄電池進(jìn)入恒流限壓充電狀態(tài)，給定相應(yīng)的電流給定或有功功率值，并進(jìn)行恒壓限幅；如果蓄電池的當(dāng)前電壓不滿足恒流限壓充電條件，所述的雙向變流器進(jìn)入蓄電池恒壓限流充電的判定；在恒流限壓充電判定條件中，除了判定直流母線電壓閾值外，還要結(jié)合當(dāng)前蓄電池狀態(tài)，即蓄電池處于涓流充電或恒流放電時(shí)，才能夠進(jìn)入恒流充電狀態(tài)； 當(dāng)蓄電池的當(dāng)前電壓滿足恒壓限流充電條件時(shí)，即直流母線電壓高于蓄電池電壓閾值二，所述的雙向變流器控制蓄電池進(jìn)入恒壓限流充電階段，給定相應(yīng)的電壓給定值，并進(jìn)行恒流限幅；如果蓄電池的當(dāng)前電壓不滿足恒壓限流充電條件，則所述的雙向變流器進(jìn)入蓄電池浮充恒壓充電的判定；在蓄電池恒壓充電判定條件中，除了判定直流母線電壓閾值外，還要保證直流電流同時(shí)大于蓄電池浮充電流值； 當(dāng)蓄電池的當(dāng)前電壓滿足浮充恒壓充電條件時(shí)，即直流母線電壓高于電池電壓閾值二且直流電流低于浮充電流值，則所述的雙向變流器控制蓄電池進(jìn)入浮充恒壓充電階段；充電過(guò)程結(jié)束，表明蓄電池已充滿，等待下一指令；在恒壓充電階段限制雙向變流器直流側(cè)電壓輸出電壓不能超過(guò)蓄電池的充電截止電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向變流器對(duì)蓄電池充放電的控制方法，其特征是所述的雙向變流器對(duì)蓄電池放電時(shí)，給定相應(yīng)的電流給定或有功功率給定值，進(jìn)行恒流放電控制: 放電時(shí)實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池電壓，當(dāng)蓄電池電壓略高于放電截止電壓時(shí)，則雙向變流器先做告警處理，并將告警狀態(tài)傳給上層監(jiān)控系統(tǒng)，表明放電基本完成，若一段時(shí)間后，上層監(jiān)控發(fā)出停止放電指令，則雙向變流器停止放電；若仍未得到上層監(jiān)控系統(tǒng)的停止放電指令，直流母線電壓值等于放電截止電壓時(shí)，雙向變流器退 出放電逆變狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK103762628SQ201310753187
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】高俊娥, 王永超, 王一波, 呂佃順, 林資旭, 李海東, 郭金東, 趙棟利, 曹篤峰, 許洪華 申請(qǐng)人:北京科諾偉業(yè)科技股份有限公司, 中國(guó)科學(xué)院電工研究所, 保定科諾偉業(yè)控制設(shè)備有限公司