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储能双向变流器主电路参数及应用

来源:19468888韦德手机版 时间:2018-10-04 18:09???
什么是储能变流器
  储能变流器(power control system——pcs)可控制蓄电池的充电和放电过程,进行交直流的变换,在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。pcs 由 dc/ac 双向变流器、控制单位等构成。pcs 控制器通过通讯接收后台控制指令,根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电,实现对电网有功功率及无功功率的调节。 pcs 控制器通过 can 接口与 bms 通讯,获取电池组状态信息,可实现对电池的保护性充放电,确保电池运行安全。
储能变流器(pcs)可控制蓄电池的充电和放电过程,进行交直流的变换,在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。pcs 由 dc/ac 双向变流器、控制单位等构成。pcs 控制器通过通讯接收后台控制指令,根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电,实现对电网有功功率及无功功率的调节。 pcs 控制器通过 can 接口与 bms 通讯,获取电池组状态信息,可实现对电池的保护性充放电,确保电池运行安全。
储能双向变流器工作原理
  主电路拓扑
  储能双向变流器主电路结构有两种类型:一是接纳三相全桥电路的一级变换拓扑结构;二是接纳两级变换拓扑结构,即前级接纳三相全桥电路,后级接纳dcdc斩波电路。一级变换拓扑结构本钱较低、效率高、控制计谋简单,多台变流器离网并联运行更容易实现,本文在三柑全桥电路直流侧增加cil滤波器,叮以有效降低电池侧纹被要求。
  pcs储能变流装置原理柩图如图1所示。
  主电路接纳三相全桥电路,交流侧设置lcl滤波器、主接触器、emi滤波器、预充电电路、主断路器,直流侧设置cl滤波器、直流输出单位(含emi滤波器、预充电电路、直流断路器)。交流侧可通过隔离变压器接人低压或中压配电网,直流侧连接多组电池组。
 
  绝缘栅双极型品体管(igbt)变流器模块可四象限运行,当电池充电时,将网侧交流电整流成直流电给蓄电池充电;当电池放电时,将直流电逆变成交流回馈到电网,充电和放电之间的转换可在200 ms 内实现。
  交流输人接纳l.ci.型(或t型)滤波,可将变流器开关频率身分的高频谐波滤除,直流侧接纳cl滤波器滤除高频身分的电流电压谐波,抑制高频纹波。
  主电路参数
  lcl滤波器参数设计
  主电路滤波器在并网变流器中起着重要的作用,可将逆变器桥中产生的开关脉冲电压、电流转变成连续的模拟量。并网变流器的滤波器包括交流侧和直流侧两部分。交流侧lci.滤波器具有比单电感滤波器更好的性能,能够兼顾低频段增益和高频段衰减,作为三阶对象,lcl滤波器需要确定两个电感量、一个电容量,这增加了设计难度。
  在滤波器的设计过程中,除了考虑高频开关纹波电流的滤波效果,滤波电感不仅造成电压损失,而且对滤波器的体积、重量具有决定性影响,要对电感量进行严格控制。lcl滤波器的基本原理是滤波电容和网侧电感对高频电流进行分流,因此必须保证分流效果习。
  lcl.滤波器设计原则如下。
  (1) 总电感(l1+l2):总电感要考虑直流电压和逆变交流电压关系,并需要考虑通报函数中,开关频率附近的衰减;一般开关频率附件衰减应不大于一10 db。
  (2) 网侧电感(l2):在总电感量不变情况下,通过理论分析得到,当网侧电感和逆变器电感比例为1:1时滤波效果最好,网侧电感增大,则变流器电压损失增大、降低滤波器的低频段增益,并且增加体积、重量和本钱。一般选取网侧电感为逆变器电感的1/3左右。
  (3) 滤波电容(c):考虑到网侧电感与滤波电容的分流效果,一般选取滤波电容阻抗小于20%网侧电感阻抗;另外考虑到功率因数问题,滤波电容的功率小于系统额定功率的5%;
  (4) 为了避免lcl谐振峰问题,应该大于电网频率的10倍,小于开vl//l2.c关频率的一半。
  直流侧电感参数设计
  直流侧电感的设计原则主要考虑以下两方面。
  (1) 根据充放电转换时间,由于交流侧电流环动态特性远大于直流侧cl动态响应时间,因此充放电转换时间主要取决于直流侧cl滤波器的时间常数。
  (2) 直流母线电压波动产生直流电流的波动,根据纹波要求可以计算出直流电感值。根据以上计算原则,可以得出直流侧电感的参数,考虑直流侧存在的3次、5 次、7次谐波,因此将cl 谐振峰设计到70 hz 左右。
  应用:储能装置数学模型
  基于i.ci 滤波器的pcs主电路拓扑结构如
ug、ub、uc 为三相桥臂输出电压为逆变桥侧滤波电感电流,为交流滤波电容电压;为交流滤波电容电流;为电网电压为网侧滤波电感电流;u为直流母线电压;is为直流母线电流;iu为直流电池侧输人/输出电流;q.为电网中点;qc 为交流电容中点;p、n为直流母线正、负极。
中所示开关元件视为理想元件。sg、sa、sb。为三相桥臂开关函数,1代表上管开通,下管关断,0代表上管关断、下管开通。如果忽略电阻r1 和r2,根据基尔霍夫电压、电流定律可以得到如下方程,逆变桥侧电感l1通过的电流l1 满足:
由于在三相三线系统中,三相电压、电流并不是独立变量,难以直接控制,故可以接纳两相同步旋转dq坐标系对系统进行描述,以简化并网变流器模型。从abc坐标系到dq 坐标系的变换
  矩阵为:将式(6)(7)(8)和(9)进行普拉斯变换,可得基于lcl的pcs主电路在dq坐标下的s域数学模型框图如图4所示。
 
 
 
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