1、 2019 年中国电机工程学会年会论文集-1-大 容 量 电 池 储 能 双 向 变 流 器 控 制 策 略 研 究 胡炫，王结飞，杨轶成 国 电 南 京 自 动 化股 份 有 限公 司，江苏省 南京 210000；Study on Control Strategy of Bidirectional Converter for Large Capacity Battery Energy Storage HU Xuan,WANG Jiefei,YANG Yicheng Guodian Nanjing Automation Co.,Ltd./Jiangsu,Nanjing 摘要：分析了大容量电池储
2、 能 变 流 器 的 拓 扑 结 构，提 出 了 DC/AC 双向变流控制策略以及不同模式的控制方式，搭 建 了仿 真 模 型，验证了恒流模式 和 恒 压 模式等多种 控 制 方 法，仿 真 验 证 了 控 制 策 略 的 有 效 性。实 现 了 大容量电池储能系统的并网、离网控制。试验结果验证了所构建的控制策略的正确性和可行性，实验表明系统能实现稳定并网运行。关键词：电池储能；双 向 变 流 器；控制策略 ABSTRACT:The topology structure of large capacity battery energy storage converter is analyzed
3、.The DC/AC bidirectional converter control strategy and the different modes of control are proposed.The simulation model is built.Various control methods such as constant current mode and constant voltage mode are verified.The simulation results verify the effectiveness of the control strategy.The g
4、rid-connected and off-grid control of high-capacity battery energy storage system is realized.The test results verify the correctness and feasibility of the control strategy,and the experiment shows that the system can achieve stable grid-connected operation.KEY WORD:Battery Energy Storage;Bidirecti
5、onal Converter;Control Strategy 1 引言 随 着 可 再 生 能 源 的 快 速 发 展，以 风 力 发 电、光 伏 发 电 为 代 表 的 新 能 源 发 电 技 术 越 来 越 受 到 关注 和 重 视。随 着 分 布 式 系 统 在 电 网 中 所 占 比 例 不断 提 高，诸 多 问 题 凸 显，包 括 频 率 波动 和 配 电 电压 波 动。1储 能 系 统 可 作 为 可 再 生 能 源 与 主 动 配电网之间的缓冲。而 储能变流器作为储能系统（PCS:Power Conversion System）中 的 重 要 部 件，实 现 能 量 在 电 池
6、 与 电 网 之 间 的 双 向 传 输。广 泛 应用 于 新 能 源 发 电 领 域、微 电 网 领 域 和 应 急 电 源 领域2。2 大 容 量 电 池 储 能 变 流 器 结 构 AC/DC 变换器采用了三相 全桥结构，采用SVPWM 控 制 方 式 产 生 开 关 器 件 的 脉 冲 信 号，具有 双 向 功 率 变 换 的 能 力，主 要 起 到 交 流 侧 电 网 及负荷 和 直 流 侧 电 池 的 能 量 交换 作 用。根 据 微 电 网 的 运 行 状 态 和 负 荷 的 要 求 进 行 合理 的 控 制，其 功 能 包 括：整 流 充 电、逆 变 并 网、孤 岛 逆 变。a
7、ibicicebeae电池1S2S3S4SaLbLcLN5S6SdcidcU1C图 1 双向 DC/AC 变 换 器 结 构 Fig.1 Bidirectional DC/AC Converter Structure 3 控 制 策 略 并 网 主 要 采 用 PQ 控 制 方 式，离 网 采 用 VF控 制 方 式。3.1 并网控制 控 制 的 目 标 为 il，通 过 控 制 变 流 器 的 输 出 电流 实 现 有 功 功 率 及 无 功 功 率 的 控 制，对 外 表 现 为 2019 年中国电机工程学会年会论文集-2-高 阻 抗 的 交 流 电 流 源。其 等 效 电 路 如 图 所
8、 示。aLbLcLN dcUaibiciaubucu 图 2 双向 DC/AC 变 换 器 PQ 模 式 结 构 图 Fig.2 PQ mode structure diagram of Bidirectional DC/AC Converter Structure 在 该 模 式 下，其 系 统 控 制 方 程 为：+=+=q dqq qd qdd du LidtdiL Ri vu LidtdiL Ri v 忽 略 电 路 中 的 等 效 电 阻R，可 得+=+=q dqqd qddu LidtdiL vu LidtdiL v PILLPI*di*qidiqidu*dV*qVqu 图 3 P
9、Q 控 制 模 式 简 化 控 制 框 图 Fig.3 PQ control mode simplified control block diagram aLbLcLdcUaibiciaCbCcCaubucu负载LaiLbiLbi 图 4 双向 DC/AC 变 换 器 VF 模 式 结 构 图 Fig.4 VF mode structure diagram of bidirectional DC/AC converter 3.2 离网控制 控 制 的 目 标 为VL，通 过 控 制 变 流 器 的 输 出 电压 实 现 电 压 幅 值 及 频 率 的 控 制，对 外 表 现 为 低 阻抗 的
10、交 流 电 压 源。其 等 效 电 路 如 图 所 示。+=+=+=+=Lq dqqLd qddq dqqd qddi CudtduC ii CudtduC iu LidtdiL vu LidtdiL v PILLPI*di*qidiqidu*dV*qVquPICCPILdiLqi*dudu*ququ图 5 VF 控 制 模 式 简 化 控 制 框 图 Fig.5 VF control mode simplified control block diagram 4 仿真试验 验证 依据上述结构建立仿真模 型。双向 DC/AC变 换 器 在 并 网 运 行 时 恒 流 放 电 模 式 波 形 如
11、 图 6 所示；并 网 运 行 时 恒 流 充 电 模 式 波 形 如 图 7 所示；并 网 运 行 时 恒 压 充 电 模 式 波 形 如 图 8 所示；从 恒流充电模式 切换至 恒压充 电模式 波形 如图 9 所示。离 网 放 电 模 式 下 突 加 负 载 波 形 如 图 10 所示。其中Udc 为 双向 DC/AC 变 换 器 直 流 母 线 电 压，Idc为 双向 DC/AC 变 换 器 直 流 母 线 电 流，Ua 为 A 相电压，Ia 为 A 相 电 流。直 流 侧 电 流 以 流进 电 池 为正 参 考 方 向，交 流 侧 电 流 以 流 入 变 换 器 为 正 参考方 向。从
12、 以 上 试 验 波 形 可 以 看 出 变 流 器 在 此 控制策 略 能 够 稳 定 运 行 在 且 静 动 态 性 能 优 良。指 令 电 流 为 862A。从 图 6 以 看 出 放 电 电 流 较好 地 跟 踪 了 指 令 电 流。交 流 侧 电 流 和 电 压 两 者 的相 位 相 差 180。从图 7 以 看 出 充 电 电 流 较 好 地跟 踪 了 指 令 电 流。交 流 侧 电 流 和 电 压 两 者 同 相 位。从图 8 以 看 出 恒 压 充 电 模 式 下 直 流 电 压 保 持稳定，交 流 侧 电 流 和 电 压 两 者 同 相 位。从图 9 以 看 出 恒 流 充
13、电 模 式 切 换 至 恒 压 充 电模 式，直 流 电 压 在 切 换 后 保 持 稳定，交 流 侧 电 流和 电 压 两 者 同 相 位。2019 年中国电机工程学会年会论文集-3-Ua/V Ia/A Idc/A Udc/VUa Ia 图 6 恒 流 放 电 模 式 波 形 Fig.6 Constant Current Discharge Mode Waveform Ua/V Ia/A Idc/A Udc/VUaIa 图 7 恒 流 充 电 模 式 波 形 Fig.7 Constant Current Charging Mode Waveform Ua/V Ia/A Idc/A Udc/V
14、UaIa 图 8 恒压 充电 模 式 波 形 Fig.8 Constant Voltage Charging Mode Waveform Ua/V Ia/A Idc/A Udc/VUaIa 图 9 恒流 充电 模 式 切 换 至 恒 压 充电 模 式 波 形 Fig.9 Switching from Constant Current Charging Mode to Constant Voltage Charging Mode Waveform 2019 年中国电机工程学会年会论文集-4-Ua/V Ia/A Idc/A Udc/VUaIa 图 10 离 网 放 电 模 式 下 突 加 负 载
15、波 形 Fig.10 Sudden Load Waveform in Off-Grid Discharge Mode 从图 10 以看出 离 网 放 电 模 式 下 突 加 负 载，直流 电 流 迅 速 响 应，交 流 侧 电 流 和 电 压 两 者 相 位 相差 180。5 总结 对于 大 容 量 双向 DC/AC 变 流 器 的 工 作 原 理和 控 制 策略 进 行 了 分 析。搭 建 了 仿 真 模 型，提 出了 恒 流 控 制 和 恒 压 控 制 两 种 控 制 方 法，仿 真 验 证了 控 制 策 略 的 有 效 性。实 验 结 果 表 明，该 系 统 运行 可 靠，可 以 实 现
16、 对 在线 充/放 电 控 制 模 式 和 离 线模 式 稳 定 运 行。参 考 文 献 1 唐西 胜，邓 卫，李 宁 宁，等.基 于 储 能 的 可 再生 能 源 微网 运行控制技术J.电 力自 动 化 设 备，2012，32(3)：99-103.2 李鹏，窦 鹏 冲，李 雨 薇，等.微 电 网 技 术 在 主动 配 电 网中 的应用J.电 力 自 动 化设 备，2015，35(4)：8-16.3 唐西 胜，齐 智 平 应 用 于微 电 网的 储 能 及 其 控 制技 术J太阳能学报，2012，33(3)：517-524 4 李 战 鹰，胡 玉 峰，吴 俊阳 大容 量 电 池 储 能 系 统 PCS 拓扑结构研究J南 方 电 网 技术，2010，4(5)：39-42 作 者 简 介：胡炫（1979-），男，湖南，硕士，高 级 工 程 师，电 力 电 子 技术
