CN112600216A - 母线电压和功率的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电气工程技术领域,公开了一种母线电压和功率的控制方法,包括对所述储能***的运行状态进行判断;当所述储能***处于并网运行状态时,利用所述DC/AC变换器控制注入直流母线的总功率,并利用所述DC/DC变换器控制所述直流母线高压侧的母线电压;当所述储能***处于离网运行状态时,利用所述DC/DC变换器控制所述母线电压的稳定。将本发明提供的所述母线电压和功率的控制方法应用于储能***中时,在并网运行和离网运行时都利用DC/DC变换器对母线电压进行调节,DC/DC变换器始终处于定电压控制模式。因此,在储能***进行并离网运行状态切换时,不需要额外进行对DC/DC变换器的控制模式进行切换的操作,从而简化了控制步骤。

Description

母线电压和功率的控制方法
技术领域
本发明涉及电气工程技术领域,特别是涉及一种母线电压和功率的控制方法。
背景技术
储能装置可根据***运行的需求储存和释放电能,以维持整个***内部能量的供需平衡,提高电力***供电的电能质量和供电可靠性。对于母线电压和功率的控制,常规的控制方法为双向DC/AC变换器控制母线电压,双向DC/DC变换器控制高压侧电流,通过给定双向DC/DC变换器高压侧电流大小和方向,调节充放电功率,但离网时需要将双向DC/DC变换器切换为控制母线电压,模式切换较复杂。
发明内容
基于此,有必要针对使用现有技术控制方法对储能装置进行控制时,储能装置在离网运行时的模式切换较为复杂的问题,提供一种母线电压和功率的控制方法。
一种母线电压和功率的控制方法,应用于储能***,所述储能***包括DC/AC变换器和DC/DC变换器,所述方法包括对所述储能***的运行状态进行判断;当所述储能***处于并网运行状态时,利用所述DC/AC变换器控制注入直流母线的总功率,并利用所述DC/DC变换器控制所述直流母线高压侧的母线电压;当所述储能***处于离网运行状态时,利用所述DC/DC变换器控制所述母线电压的稳定。
上述母线电压和功率的控制方法,对储能***的运行状态进行判断。储能***的运行状态包括并网运行状态和离网运行状态。当储能***处于并网状态时,利用DC/AC变换器向直流母线注入总功率,利用DC/DC变换器对直流母线的母线电压进行控制。当储能***处于离网运行状态时,利用DC/DC变换器来控制直流母线上母线电压的稳定。将本发明提供的所述母线电压和功率的控制方法应用于储能***中时,在并网运行和离网运行时都DC/DC变换器对直流母线的母线电压进行调节,DC/DC变换器始终处于定电压控制模式。因此,当储能***的运行状态变化时,DC/DC变换器的控制模式不需要进行调整。与现有的控制方法相比,本发明提供的母线电压和功率的控制方法避免了并离网切换时DC/DC储能变换器的控制模式需要在定电流和定电压控制模式之间进行切换,简化了并离网切换时所需的步骤。
在其中一个实施例中,所述直流母线通过所述DC/AC变换器与交流电网相连接,所述对所述储能***的运行状态进行判断,包括当所述交流电网正常工作时,所述储能***处于并网运行状态;当所述交流电网出现故障时,所述储能***处于离网运行状态。
在其中一个实施例中,通过断开所述直流母线与所述交流电网的连接通路,使所述储能***进入离网运行状态。
在其中一个实施例中,所述当所述储能***处于并网运行状态时,利用所述DC/AC变换器控制注入直流母线的总功率,并利用所述DC/DC变换器控制所述直流母线高压侧的母线电压,包括根据调节电流指令,通过所述DC/AC变换器控制注入所述直流母线的总功率;根据所述母线电压切换充放电模式,通过所述DC/DC变换器控制所述直流母线高压侧的母线电压。
在其中一个实施例中,所述根据所述母线电压切换充放电模式,通过所述DC/DC变换器控制所述直流母线高压侧的母线电压,包括当所述母线电压小于放电阈值时,控制所述DC/DC变换器切换至放电模式,以抬升所述母线电压;当所述母线电压大于充电阈值时,控制所述DC/DC变换器切换至充电模式,以降低所述母线电压。
在其中一个实施例中,所述储能***还包括多个电池模组,多个所述电池模组分别通过多个所述DC/DC变换器与所述直流母线相连接,其特征在于,所述当所述母线电压小于放电阈值时,所述DC/DC变换器切换至放电模式,以抬升所述母线电压,包括对多个所述电池模组的电池状态进行判断;控制各所述DC/DC变换器根据不同的所述电池模组的电池状态对放电功率进行分配;通过所述电池模组向所述直流母线进行放电,以抬升所述母线电压。
在其中一个实施例中,所述当所述母线电压大于充电阈值时,所述DC/DC变换器切换至充电模式,以降低所述母线电压,包括对多个所述电池模组的电池状态进行判断;控制各所述DC/DC变换器根据不同的所述电池模组的电池状态对充电功率进行分配;通过所述直流母线向所述电池模组进行充电,以降低所述母线电压。
在其中一个实施例中,各所述DC/DC变换器通过下垂控制进行并联,其特征在于,各所述DC/DC变换器通过预设的U/I控制特性曲线,根据所述母线电压的变化,调节输出功率。
在其中一个实施例中,通过调节所述U/I控制特性曲线的下垂斜率,以调节所述DC/DC变换器对所述母线电压的控制速率。
在其中一个实施例中,所述方法还包括当所述储能***处于离网运行状态时,通过所述电池模组放电来维持所述直流母线的母线电压。
附图说明
图1为本发明其中一实施例中的母线电压和功率的控制方法的方法流程图;
图2为本发明其中一实施例中的储能***的电路拓扑图;
图3为本发明其中一实施例中的对储能***的运行状态的判断方法流程图;
图4为本发明其中一实施例中的储能***处于并网运行状态时的控制方法流程图;
图5为本发明其中一实施例中的DC/DC变换器对母线电压的控制方法流程图;
图6为本发明其中一实施例中的DC/DC变换器控制抬升母线电压的方法流程图;
图7为本发明其中一实施例中的DC/DC变换器控制降低母线电压的方法流程图;
图8为本发明其中一实施例中的DC/DC变换器的U/I控制特性曲线。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的优选实施方式。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反的,提供这些实施方式的目的是为了对本发明的公开内容理解得更加透彻全面。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”、“周向”以及类似的表述是基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
常规的对于储能***的控制方法中为实现对母线电压和功率的控制,利用双向DC/AC变换器控制母线电压,利用双向DC/DC变换器控制高压侧电流。当储能***处于并网运行时,双向DC/DC变换器处于定电流控制模式,通过给定双向DC/DC变换器高压侧电流的大小和方向,来调节直流母线的充放电功率。当储能***出现故障需要离网运行时,需要将双向DC/DC变换器的控制模式从定电流控制模式切换为定电压控制模式,通过双向DC/DC变换器来控制直流母线的母线电压。然而,双向DC/DC变换器的模式切换过程较为复杂,因此,导致对于储能***的控制方法较为复杂。本发明提出的母线电压和功率的控制方法在并离网切换时,不需要对双向DC/DC变换器的控制模式进行切换,从而简化了控制步骤。
图1为本发明其中一实施例中的母线电压和功率的控制方法的方法流程图。本发明提供了一种母线电压和功率的控制方法,应用于储能***,所述储能***包括DC/AC变换器和DC/DC变换器。在其中一个实施例中,所述母线电压和功率的控制方法包括如下步骤S100至S300。
S100:对所述储能***的运行状态进行判断。
S200:当所述储能***处于并网运行状态时,利用所述DC/AC变换器控制注入直流母线的总功率,并利用所述DC/DC变换器控制所述直流母线高压侧的母线电压。
S300:当所述储能***处于离网运行状态时,利用所述DC/DC变换器控制所述母线电压的稳定。
在本实施例中,所述DC/DC变换器为双向DC/DC变换器,所述DC/AC变换器为双向DC/AC变换器。
图2为本发明其中一实施例中的储能***的电路拓扑图,所述储能***储能***由电池模组、双向DC/DC变换器和实现并网的双向DC/AC变换器构成。电池模组通过双向DC/DC变换器与直流母线相连接,直流母线通过双向DC/AC变换器与交流电网相连接。
对储能***的运行状态进行判断,运行状态包括并网运行状态和离网运行状态。当储能***处于并网运行状态时,双向DC/AC变换器通过控制其输出的总电流来控制注入直流母线的总功率。同时双向DC/DC变换器处于定电压控制模式,对直流母线高压侧的母线电压进行调节,将其控制在一定的范围内。
当储能***处于离网运行状态时,储能***只通过双向DC/DC变换器对直流母线上的母线电压进行调节。双向DC/DC变换器处于定电压控制模式,将母线电压控制在一定的范围内,以保证直流母线在离网后仍能稳定运行。
由于双向DC/DC变换器在并网运行状态和离网运行状态时均处于定电压控制模式,因此储能***在并离网状态切换时,不需要额外增加对双向DC/DC变换器的控制模式进行切换的操作,从而简化了母线电压和功率的控制方法的步骤,控制过程更为简便。
图3为本发明其中一实施例中的对储能***的运行状态的判断方法流程图,在其中一个实施例中,所述对所述储能***的运行状态进行判断,包括如下步骤S110至S120。
S110:当所述交流电网正常工作时,所述储能***处于并网运行状态。
S120:当所述交流电网出现故障时,所述储能***处于离网运行状态。
通常情况下,当交流电网正常工作时,储能***处于并网运行状态,由交流电网向直流母线提供电能。双向DC/AC变换器分别与交流电网和直流母线相连接,用于将交流电网中的交流电能整流后并入直流母线,以便直流母线向负载进行充电;或者,用于将直流母线中的直流电能逆变为交流电能后并入交流电网。
当交流电网出现故障或损坏时,为避免对直流母线造成影响,储能***需要进入离网运行状态,不再由交流电网向直流母线提供电能,而是利用电池模组中的存储的电能向直流母线提供电能。双向DC/DC变换器用于将电池模组中的电能经过升压后并入直流母线,或将直流母线中的电能经过降压后充入电池模组。
在其中一个实施例中,通过断开所述直流母线与所述交流电网的连接通路,使所述储能***进入离网运行状态。当交流电网出现故障或损坏时,为避免故障对直流母线造成影响,影响直流母线对负载的正常供电,因此,需要断开直流母线与交流电网的连接通路。不再由交流电网向直流母线提供电能,而是利用电池模组中的存储的电能向直流母线提供电能,以保证直流母线在离网后仍然能依靠电池模组中存储的电能正常运行。
图4为本发明其中一实施例中的储能***处于并网运行状态时的控制方法流程图,在其中一个实施例中,所述当所述储能***处于并网运行状态时,利用所述DC/AC变换器控制注入直流母线的总功率,并利用所述DC/DC变换器控制所述直流母线高压侧的母线电压,包括如下步骤S210至S220。
S210:根据调节电流指令,通过所述DC/AC变换器控制注入所述直流母线的总功率。
S220:根据所述母线电压切换充放电模式,通过所述DC/DC变换器控制所述直流母线高压侧的母线电压。
当储能***处于并网运行状态时,由交流电网向直流母线提供电能。双向DC/AC变换器采用调节电流指令的方式,控制注入直流母线的总功率。所述电流指令用于调节双向DC/AC变换器的向直流母线注入电流的大小和方向,即用于调节调节双向DC/AC变换器的向直流母线注入功率的大小和方向。当双向DC/AC变换器向直流母线注入功率时,直流母线的母线电压就会上升;当双向DC/AC变换器向直流母线抽取功率时,直流母线的母线电压就会下降。
由于双向DC/DC变换器处于定电压控制模式,用于将母线电压控制在一定的电压范围内。因此,双向DC/DC变换器需要根据所述母线电压切换其充放电模式,从而实现对直流母线的调节,保证其母线电压稳定在一定的电压范围内。
图5为本发明其中一实施例中的DC/DC变换器对母线电压的控制方法流程图,在其中一个实施例中,所述根据所述母线电压切换充放电模式,通过所述DC/DC变换器控制所述直流母线高压侧的母线电压,包括如下步骤S221至S222。
S221:当所述母线电压小于放电阈值时,控制所述DC/DC变换器切换至放电模式,以抬升所述母线电压。
S222:当所述母线电压大于充电阈值时,控制所述DC/DC变换器切换至充电模式,以降低所述母线电压。
为避免由于母线电压频繁浮动,而导致双向DC/DC变换器出现充发电模式来回切换导致的震荡现象,因此,需要对双向DC/DC变换器设计不同的充电阈值和放电阈值,设定放电阈值U1和充电阈值U2
当双向DC/AC变换器向直流母线抽取的功率过多导致直流母线的母线电压下降过多,导致母线电压小于放电阈值U1时,此时母线电压过小需要对直流母线进行充电。双向DC/DC变换器切换至放电模式控制电池模组对母线电压放电,以抬升所述母线电压,将其电压抬升至预设范围内。
当双向DC/AC变换器向直流母线注入的功率过多导致直流母线的母线电压上升过多,导致母线电压大于充电阈值U2时,此时母线电压过大需要对直流母线进行放电。双向DC/DC变换器切换至充电模式,利用母线电压对电池模组进行充电,以降低所述母线电压,使其电压下降至预设范围内。
图6为本发明其中一实施例中的DC/DC变换器控制抬升母线电压的方法流程图。在其中一个实施例中,所述当所述母线电压小于放电阈值时,所述DC/DC变换器切换至放电模式,以抬升所述母线电压,包括如下步骤S10至S30。
S10:对多个所述电池模组的电池状态进行判断。
S20:控制各所述DC/DC变换器根据不同的所述电池模组的电池状态对放电功率进行分配。
S30:通过所述电池模组向所述直流母线进行放电,以抬升所述母线电压。
请参见图2,所述储能***中的电池模组为多个时,所述电池模组分别通过多个DC/DC变换器与直流母线相连接。当母线电压下降至小于放电阈值U1时,双向DC/DC变换器需要控制各电池模组对直流母线进行充电。由于储能***中包括多个电池模组,而电池模组中存储的电能各不相同,因此需要根据不同电池模组的电池状态对放电功率进行分配。例如,当某一电池模组中存储的电能较多时,对该电池模组分配多一些的放电功率;当某一电池模组中存储的电能较少时,对该电池模组分配少一些的放电功率;当若某一电池模组中没有存储电能时,则不对该电池模组分配放电功率。通过对各个电池模组的电池状态进行判断,双向DC/DC变换器根据不同电池模组的电池状态对放电功率进行分配,可以防止电池模组因过放而造成损坏。
图7为本发明其中一实施例中的DC/DC变换器控制降低母线电压的方法流程图,在其中一个实施例中,所述当所述母线电压大于充电阈值时,所述DC/DC变换器切换至充电模式,以降低所述母线电压,包括如下步骤S40至S60。
S40:对多个所述电池模组的电池状态进行判断。
S50:控制各所述DC/DC变换器根据不同的所述电池模组的电池状态对充电功率进行分配。
S60:通过所述直流母线向所述电池模组进行充电,以降低所述母线电压。
当母线电压上升至大于充电阈值U2时,双向DC/DC变换器需要控制直流母线对各电池模组进行充电。由于储能***中包括多个电池模组,而电池模组中待存储的电能各不相同,因此需要根据不同电池模组的电池状态对充电功率进行分配。例如,当某一电池模组中存储的电能较多时,其可用于存储电能的电池容量较少,则对该电池模组分配少一些的充电功率;当某一电池模组中存储的电能较少时,其可用于存储电能的电池容量较多,则对该电池模组分配多一些的充电功率;当若某一电池模组中已储满电时,则不对该电池模组分配充电功率。通过对各个电池模组的电池状态进行判断,双向DC/DC变换器根据不同电池模组的电池状态对充电功率进行分配,可以防止电池模组因过充而造成损坏。
在其中一个实施例中,其特征在于,各所述DC/DC变换器通过下垂控制进行并联,各所述DC/DC变换器中均预设有相同的特定U/I控制特性曲线。双向DC/DC变换器根据直流母线上母线电压的变化,对其输出功率进行调节。图8为本发明其中一实施例中的所述DC/DC变换器的U/I控制特性曲线,图8中,UL和UH为母线电压调节下限和调节上限。在母线电压小于放电阈值U1时,双向DC/DC变换器根据设定好的U/I控制特性曲线的调节模式对母线电压进行抬升。采用电压电流下垂控制,根据不同电池模组不同的电池状态对放电功率进行功率分配,实现多变换器的并联稳定运行。同样地,在母线电压大于放电阈值U2时,双向DC/DC变换器根据设定好的U/I控制特性曲线的调节模式对母线电压进行下降。采用电压电流下垂控制,根据不同电池模组不同的电池状态对放电充电进行功率分配,实现多变换器的并联稳定运行。
在其中一个实施例中,通过调节所述U/I控制特性曲线的下垂斜率,以调节所述DC/DC变换器对所述母线电压的控制速率。如图8所示的双向DC/DC变换器的U/I控制特性曲线,图中k即为U/I控制特性曲线的下垂斜率。在实际应用中,根据对母线电压的调节速率快慢的需求,改变下垂斜率k的大小。例如,若需要对母线电压进行缓慢调节,则将下垂斜率k的绝对值设置得较小;若需要对母线电压进行缓慢调节,则将下垂斜率k的绝对值设置得较大。
在其中一个实施例中,所述方法还包括当所述储能***处于离网运行状态时,通过所述电池模组放电来维持所述直流母线的母线电压。双向DC/DC变换器在离网运行状态时,仍然处于定电压控制模式,用于将直流母线上的母线电压维持在一定的电压范围内。而当储能***处于离网运行状态时,由于直流母线断开了与交流电网的连接通路,交流电网不能继续为直流母线提供电能,因此,为了维持直流母线的稳定运行,需要通过电池模组放电来支撑母线电压,使其能够继续向负载供电。由于双向DC/DC变换器在并网运行状态和离网运行状态时均处于定电压控制模式,因此储能***在并离网状态切换时,不需要额外增加对双向DC/DC变换器的控制模式进行切换的操作,从而简化了母线电压和功率的控制方法的步骤,控制过程更为简便。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种母线电压和功率的控制方法,应用于储能***,所述储能***包括DC/AC变换器和DC/DC变换器,其特征在于,所述方法包括:
对所述储能***的运行状态进行判断;
当所述储能***处于并网运行状态时,利用所述DC/AC变换器控制注入直流母线的总功率,并利用所述DC/DC变换器控制所述直流母线高压侧的母线电压;
当所述储能***处于离网运行状态时,利用所述DC/DC变换器控制所述母线电压的稳定。
2.根据权利要求1所述的母线电压和功率的控制方法,所述直流母线通过所述DC/AC变换器与交流电网相连接,其特征在于,所述对所述储能***的运行状态进行判断,包括:
当所述交流电网正常工作时,所述储能***处于并网运行状态;
当所述交流电网出现故障时,所述储能***处于离网运行状态。
3.根据权利要求2所述的母线电压和功率的控制方法,其特征在于,通过断开所述直流母线与所述交流电网的连接通路,使所述储能***进入离网运行状态。
4.根据权利要求1或2所述的母线电压和功率的控制方法,其特征在于,所述当所述储能***处于并网运行状态时,利用所述DC/AC变换器控制注入直流母线的总功率,并利用所述DC/DC变换器控制所述直流母线高压侧的母线电压,包括:
根据调节电流指令,通过所述DC/AC变换器控制注入所述直流母线的总功率;
根据所述母线电压切换充放电模式,通过所述DC/DC变换器控制所述直流母线高压侧的母线电压。
5.根据权利要求4所述的母线电压和功率的控制方法,其特征在于,所述根据所述母线电压切换充放电模式,通过所述DC/DC变换器控制所述直流母线高压侧的母线电压,包括:
当所述母线电压小于放电阈值时,控制所述DC/DC变换器切换至放电模式,以抬升所述母线电压;
当所述母线电压大于充电阈值时,控制所述DC/DC变换器切换至充电模式,以降低所述母线电压。
6.根据权利要求4所述的母线电压和功率的控制方法,所述储能***还包括多个电池模组,多个所述电池模组分别通过多个所述DC/DC变换器与所述直流母线相连接,其特征在于,所述当所述母线电压小于放电阈值时,所述DC/DC变换器切换至放电模式,以抬升所述母线电压,包括:
对多个所述电池模组的电池状态进行判断;
控制各所述DC/DC变换器根据不同的所述电池模组的电池状态对放电功率进行分配;
通过所述电池模组向所述直流母线进行放电,以抬升所述母线电压。
7.根据权利要求6所述的母线电压和功率的控制方法,其特征在于,所述当所述母线电压大于充电阈值时,所述DC/DC变换器切换至充电模式,以降低所述母线电压,包括:
对多个所述电池模组的电池状态进行判断;
控制各所述DC/DC变换器根据不同的所述电池模组的电池状态对充电功率进行分配;
通过所述直流母线向所述电池模组进行充电,以降低所述母线电压。
8.根据权利要求7所述的母线电压和功率的控制方法,各所述DC/DC变换器通过下垂控制进行并联,其特征在于,各所述DC/DC变换器通过预设的U/I控制特性曲线,根据所述母线电压的变化,调节输出功率。
9.根据权利要求8所述的母线电压和功率的控制方法,其特征在于,通过调节所述U/I控制特性曲线的下垂斜率,以调节所述DC/DC变换器对所述母线电压的控制速率。
10.根据权利要求6所述的母线电压和功率的控制方法,其特征在于,所述方法还包括:
当所述储能***处于离网运行状态时,通过所述电池模组放电来维持所述直流母线的母线电压。
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