基于串聯(lián)雙向變換器的儲能系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于串聯(lián)雙向變換器的儲能系統(tǒng)及其控制方法，主要應(yīng)用于城市軌道交通車輛的節(jié)能。所述儲能系統(tǒng)包含儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路、第一雙向DC/DC變換器、第二雙向DC/DC變換器、第一超級電容組模塊、第二超級電容組模塊、中央控制器、輔助控制器、綜合顯示控制器、第一超級電容組均衡控制器和第二超級電容組均衡控制器，采用五個控制器協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)對整個儲能系統(tǒng)的控制。本發(fā)明克服了低壓儲能元件在高壓牽引網(wǎng)應(yīng)用的制動能量可靠吸收與釋放控制、模塊串聯(lián)均壓控制的問題，高效利用車輛制動能量來實現(xiàn)節(jié)能減排。
【專利說明】基于串聯(lián)雙向變換器的儲能系統(tǒng)及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于城市軌道交通車輛節(jié)能【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及了基于串聯(lián)雙向變換器的儲能系統(tǒng)及其控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前城市軌道交通車輛的再生制動方案主要分為耗散式、能饋式和儲能式三種，其中耗散式制動是將再生制動能量用電阻以熱能的形式消耗掉，并未對再生的電能加以利用，不符合節(jié)能降耗的目的。能饋式再生制動能量吸收方式是通過逆變裝置將能量回饋至交流電網(wǎng)供其它用電設(shè)備使用，可以減少機(jī)車制動電阻，減少地鐵隧道溫升并減少通風(fēng)設(shè)備的能耗，但是需要新建具有能量回饋功能的供電系統(tǒng)或?qū)φ麄€變電供電系統(tǒng)進(jìn)行改造，成本較高。
[0003]儲能式再生制動能量吸收方式采用儲能元件吸收多余的再生制動能量，可以抑制直流電網(wǎng)電壓的升高；儲存的能量在車輛加速啟動時釋放，可以給電網(wǎng)提供電壓支撐，防止電網(wǎng)電壓跌幅過大，同時吸收的能量得到了有效利用。超級電容的功率密度非常高，且能量密度也較高，充放電持續(xù)時間在零點幾秒至數(shù)十秒之間，很適合用于電壓跌落補(bǔ)償和能量制動吸收場合。
[0004]當(dāng)前超級電容儲能系統(tǒng)主要用于750V及以下電壓等級接觸網(wǎng)，我國城市軌道交通直流接觸網(wǎng)系統(tǒng)已廣泛采用1500V直流網(wǎng)，用于750V及以下電壓等級系統(tǒng)的超級電容儲能技術(shù)難以用于1500V及以上電壓等級系統(tǒng)。對于1500V及以上的供電系統(tǒng)，可以采用串聯(lián)雙向DC/DC變換器進(jìn)行高壓側(cè)分壓以降低單模塊的電壓應(yīng)力。采用串聯(lián)雙向變換器儲能電路拓?fù)?，一方面要實現(xiàn)車輛制動能量的有效吸收和利用，同時還要控制各模塊的輸入電壓保持均衡以保證系統(tǒng)的安全運行，這對整個系統(tǒng)的控制提出了較高的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述【背景技術(shù)】存在的技術(shù)問題，本發(fā)明旨在提供基于串聯(lián)雙向變換器的儲能系統(tǒng)及其控制方法，克服低壓儲能元件在高壓牽引網(wǎng)應(yīng)用的制動能量可靠吸收與釋放控制、模塊串聯(lián)均壓控制的問題，高效利用車輛制動能量來實現(xiàn)節(jié)能減排。
[0006]為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
基于串聯(lián)雙向變換器的儲能系統(tǒng)，包含儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路、第一雙向DC/DC變換器、第二雙向DC/DC變換器、第一超級電容組模塊和第二超級電容組模塊，所述第一雙向DC/DC變換器的低壓側(cè)連接第一超級電容組模塊，第二雙向DC/DC變換器的低壓側(cè)連接第二超級電容組模塊，所述第一雙向DC/DC變換器和第二雙向DC/DC變換器的高壓側(cè)均包含第一端和第二端，牽引網(wǎng)經(jīng)儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路分別連接第一雙向DC/DC變換器的第一端和第二雙向DC/DC變換器的第二端，第一雙向DC/DC變換器的第二端連接第二雙向DC/DC變換器的第一端；該儲能系統(tǒng)還包含中央控制器、輔助控制器、綜合顯示控制器、第一超級電容組均衡控制器和第二超級電容組均衡控制器，所述中央控制器分別與輔助控制器、綜合顯示控制器、第一超級電容組均衡控制器和第二超級電容組均衡控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，所述中央控制器采集儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路的牽引網(wǎng)電壓、電流以及第一、第二雙向DC/DC變換器的高壓側(cè)電壓、低壓側(cè)電壓和輸出電感電流并對這些信號進(jìn)行監(jiān)測，中央控制器根據(jù)采集信號和監(jiān)測信號產(chǎn)生控制信號，并將控制信號傳送給輔助控制器、綜合顯示控制器、第一超級電容組均衡控制器和第二超級電容組均衡控制器，從而控制整個儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)，所述輔助控制器分別采集儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路的牽引網(wǎng)電壓、電流的硬件保護(hù)信號和開關(guān)觸點信號以及第一、第二雙向DC/DC變換器的電壓、電流和溫度的硬件保護(hù)信號并對這些信號進(jìn)行監(jiān)測，輔助控制器根據(jù)采集信號、監(jiān)測信號以及中央控制器傳來的控制信號控制儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路、第一雙向DC/DC變換器和第二雙向DC/DC變換器的狀態(tài)，所述第一超級電容組均衡控制器采集第一超級電容組模塊的端電壓、均衡電流以及單體電壓、溫度的硬件保護(hù)信號并對這些信號進(jìn)行監(jiān)測，第一超級電容組均衡控制器根據(jù)采集信號、監(jiān)測信號以及中央控制器傳來的控制信號控制第一超級電容組模塊的狀態(tài)，所述第二超級電容組均衡控制器采集第二超級電容組模塊的端電壓、均衡電流以及單體電壓、溫度的硬件保護(hù)信號并對這些信號進(jìn)行監(jiān)測，第二超級電容組均衡控制器根據(jù)采集信號、監(jiān)測信號以及中央控制器傳來的控制信號控制第二超級電容組模塊的狀態(tài)，所述綜合顯示控制器接收并顯示中央控制器傳來的控制信號和狀態(tài)信號。
[0007]其中，上述中央控制器采用DSP處理器。
[0008]其中，上述輔助控制器采用FPGA。
[0009]本發(fā)明還包含基于上述儲能系統(tǒng)的控制方法，若第一、第二超級電容組模塊的端電壓在預(yù)定范圍內(nèi)，當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓上升至設(shè)定的上限值時，第一、第二雙向DC/DC變換器工作于降壓模式，儲能系統(tǒng)吸收能量，抑制網(wǎng)側(cè)電壓的上升，當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓下降至設(shè)定的下限值時，第一、第二雙向DC/DC變換器工作于升壓模式，儲能系統(tǒng)釋放能量，抑制網(wǎng)側(cè)電壓的跌落，當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓在設(shè)定的上限值和下限值之間時，儲能系統(tǒng)工作于待機(jī)模式，儲能系統(tǒng)無能量流動，維持網(wǎng)側(cè)電壓不變；若第一、第二超級電容組模塊的端電壓超出預(yù)定范圍，儲能系統(tǒng)工作于待機(jī)模式。
[0010]本發(fā)明還包含基于上述儲能系統(tǒng)的控制方法，對第一、第二雙向DC/DC變換器采用高壓側(cè)均壓環(huán)與電流環(huán)的雙環(huán)控制，當(dāng)儲能系統(tǒng)處于儲能或釋能狀態(tài)時，高壓側(cè)均壓環(huán)控制第一、第二雙向DC/DC變換器的高壓側(cè)電壓均等，電流環(huán)根據(jù)儲能系統(tǒng)運行狀態(tài)控制指令控制第一、第二雙向DC/DC變換器充/放電電流的大小。
[0011]采用上述技術(shù)方案帶來的有益效果是:
本發(fā)明的儲能系統(tǒng)在高壓牽引網(wǎng)和低壓儲能元件一超級電容之間增加串聯(lián)雙向DC/DC變換器，在其高壓側(cè)分壓，從而降低超級電容的電壓應(yīng)力。本發(fā)明采用五個控制器協(xié)調(diào)控制，結(jié)合系統(tǒng)運行狀態(tài)控制方法，實現(xiàn)對整個儲能系統(tǒng)的控制以及制動能量的可靠吸收與釋放的控制。本發(fā)明還對串聯(lián)雙向DC/DC變換器采用高壓側(cè)均壓環(huán)與電流環(huán)的雙環(huán)控制，使各模塊的輸入電壓保持均衡，從而保證儲能系統(tǒng)的安全運行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的基于串聯(lián)雙向變換器的儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0013]圖2是本發(fā)明中儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路的電路圖。
[0014]圖3是本發(fā)明中第一雙向DC/DC變換器的電路圖。
[0015]圖4是本發(fā)明中第一超級電容組模塊的電路圖。
[0016]圖5是本發(fā)明的各控制器的功能示意圖。
[0017]圖6是本發(fā)明的儲能系統(tǒng)運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。
[0018]圖7是本發(fā)明的儲能系統(tǒng)運行狀態(tài)控制框圖。
[0019]圖8是本發(fā)明的能量回收與釋放控制框圖。
[0020]圖中主要標(biāo)號說明:1、牽引網(wǎng)；2、儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路；3、第一雙向DC/DC變換器；4、第二雙向DC/DC變換器；5、第一超級電容組模塊；6、第二超級電容組模塊；7、輔助控制器；8、中央控制器；9、綜合顯示控制器；10、第一超級電容組均衡控制器；11、第二超級電容組均衡控制器。

【具體實施方式】
[0021]以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0022]如圖1所示本發(fā)明的基于串聯(lián)雙向變換器的儲能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，包含儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路2、第一雙向DC/DC變換器3、第二雙向DC/DC變換器4、第一超級電容組模塊5和第二超級電容組模塊6，所述第一雙向DC/DC變換器3的低壓側(cè)連接第一超級電容組模塊5，第二雙向DC/DC變換器4的低壓側(cè)連接第二超級電容組模塊6，所述第一雙向DC/DC變換器3和第二雙向DC/DC變換器4的高壓側(cè)均包含第一端和第二端，牽引網(wǎng)I經(jīng)儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路2分別連接第一雙向DC/DC變換器3的第一端和第二雙向DC/DC變換器4的第二端，第一雙向DC/DC變換器3的第二端連接第二雙向DC/DC變換器4的第一端。該儲能系統(tǒng)還包含中央控制器8、輔助控制器7、綜合顯示控制器9、第一超級電容組均衡控制器10和第二超級電容組均衡控制器11。在本實施例中，中央控制器采用DSP處理器，輔助控制器采用FPGA。
[0023]如圖2所示本發(fā)明中儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路的電路圖，所述儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路2包括高壓隔離開關(guān)SW1、斷路器QF、主接觸器KM1、預(yù)充電接觸器KM2、放電接觸器KM3、預(yù)充/放電電阻Rl以及電抗器L。，高壓隔離開關(guān)SWl包含第一觸點和第二觸點，牽引網(wǎng)的正極依次串聯(lián)SWl的第一觸點、斷路器QF、主接觸器KMl以及電抗器L。，QF與KMl的公共端經(jīng)依次串聯(lián)的充電接觸器KM2和充/放電電阻Rl與KMl與Ltl的公共端連接，KM2與Rl的公共端經(jīng)依次串聯(lián)的放電接觸器KM3和SWl的第一觸點與牽引網(wǎng)的負(fù)極連接。儲能系統(tǒng)在啟動前要閉合SW1，用戶給出運行命令后，儲能系統(tǒng)若無故障發(fā)生則進(jìn)入啟動狀態(tài)，首先閉合預(yù)充電接觸器KM2，隨后閉合斷路器QF，在完成給電容Cl充電后，閉合主接觸器KMl同時斷開預(yù)充電接觸器KM2，網(wǎng)側(cè)接口電路完成與牽引網(wǎng)的連接。在停機(jī)和故障時首先斷開斷路器QF，隨后斷開主接觸器KMl，網(wǎng)側(cè)接口電路實現(xiàn)與牽弓I網(wǎng)的分離。在檢修條件下，閉合放電接觸器KM3，待電容Cl放電完畢斷開KM3進(jìn)入檢修狀態(tài)。
[0024]如圖3所示本發(fā)明中第一雙向DC/DC變換器的電路圖，所述第一雙向DC/DC變換器3米用傳統(tǒng)的雙向升降壓DC-DC變換器,包含高壓側(cè)電容C1、低壓側(cè)電容C2、第一?第六開關(guān)管S1?S6,第一?第三橋臂電感L1?L3,第一開關(guān)管S1與第二開關(guān)管S2構(gòu)成第一橋臂，第三開關(guān)管S3與第四開關(guān)管S4構(gòu)成第二橋臂，第五開關(guān)管S5與第六開關(guān)管S6構(gòu)成第三橋臂，S1, S3、S5的集電極相連，S2, S4, S6的發(fā)射極相連，高壓側(cè)電容C1的一端連接第一開關(guān)管31的集電極，另一端連接第二開關(guān)管S2的發(fā)射極，第一、第二、第三橋臂的中點分別經(jīng)第一、第二、第三橋臂電感與低壓側(cè)電容(:2的同一端連接，C2的另一端連接第二開關(guān)管S2的發(fā)射極。第二雙向DC/DC變換器4的結(jié)構(gòu)與第一雙向DC/DC變換器3的結(jié)構(gòu)相同。
[0025]如圖4所示本發(fā)明中第一超級電容組模塊的電路圖，它包含為第一超級電容組側(cè)的隔離開關(guān)SW2、主直流繼電器KM4、預(yù)充電直流繼電器KM5、放電直流繼電器KM6、預(yù)充電電阻R2、放電電阻R3和第一超級電容組Cscl，SW2包含第一觸點和第二觸點，第一超級電容組Cscl的正端經(jīng)主直流繼電器KM4與SW2的第一觸點相連，Cscl的負(fù)端連接SW2的第二觸點，Cscl與KM4的公共端經(jīng)依次串聯(lián)的預(yù)充電電阻R2和預(yù)充電直流繼電器KM5與KM4與SW2的公共端連接，Cscl與KM4的公共端經(jīng)依次串聯(lián)的放電直流繼電器KM6和放電電阻R3與SW2的第二觸點連接。第二超級電容組模塊6的結(jié)構(gòu)與第一超級電容組模塊5的結(jié)構(gòu)相同。在系統(tǒng)啟動前第一超級電容組模塊5和第二超級電容組模塊6的隔離開關(guān)SW2閉合，系統(tǒng)啟動時首先閉合預(yù)充電繼電器KM5，在電容C2充電完畢后，閉合主繼電器KM4，隨后斷開預(yù)充電繼電器KM5，超級電容組接口電路啟動完畢。停機(jī)時超級電容組接口電路保持原狀態(tài)。系統(tǒng)檢修時，閉合放電繼電器KM6，待超級電容組Cscl放電完畢斷開KM6進(jìn)入檢修狀態(tài)。
[0026]如圖5所示本發(fā)明的各控制器的功能示意圖，首先中央控制器為整個控制系統(tǒng)的控制核心，實現(xiàn)系統(tǒng)運行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換、能量控制策略的實現(xiàn)及變換器控制策略的實現(xiàn)，同時實現(xiàn)與其他四個控制器的控制參數(shù)與系統(tǒng)狀態(tài)的傳遞。中央控制器8的控制功能劃分為四部分:狀態(tài)采集、狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)控制及通訊。中央控制器8的狀態(tài)采集功能實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路2的牽引網(wǎng)電壓、電流值以及雙向DC/DC變換器3和4的電壓、電流值的采樣。中央控制器8的狀態(tài)監(jiān)測功能是對上述采集信號進(jìn)行監(jiān)測。狀態(tài)控制功能根據(jù)狀態(tài)采集的信息、狀態(tài)監(jiān)測的信息及其他控制器發(fā)送的信息對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制。中央控制器8的通訊功能實現(xiàn):與輔助控制器7通過8位數(shù)據(jù)/地址總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸內(nèi)容包括開關(guān)觸點信號、PWM調(diào)制信號、開關(guān)控制信號；與均衡控制器10和11通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸?shù)膬?nèi)容包括超級電容組I和超級電容組2的電壓、溫度、繼電器開關(guān)狀態(tài)、繼電器控制命令、運行狀態(tài)等信息；與綜合顯示控制器通過串行通訊接口 SCI模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸內(nèi)容包括電壓、電流采樣值、溫度值、運行狀態(tài)、開關(guān)信號、控制命令、查詢命令、參數(shù)修改命令等信息。輔助控制器7的控制功能亦劃分為四部分:狀態(tài)采集、狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)控制及通訊。輔助控制器7的狀態(tài)采集功能實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路2的牽引網(wǎng)電壓、電流硬件保護(hù)信號、開關(guān)觸點信號的采集，同時對雙向DC-DC變換器3和4的電壓、電流、溫度硬件保護(hù)信號進(jìn)行采集。輔助控制器7的狀態(tài)監(jiān)測功能是對上述采集信號進(jìn)行監(jiān)測。輔助控制器7的狀態(tài)控制功能根據(jù)狀態(tài)采集的信息、狀態(tài)監(jiān)測的信息及中央控制器8傳輸來的信息經(jīng)處理后實現(xiàn)對儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路2、雙向DC-DC變換器3和4的直接控制。輔助控制器7的通訊功能實現(xiàn)與中央控制器8的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸內(nèi)容包括開關(guān)觸點信號、脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號、開關(guān)控制信號。第一超級電容組均衡控制器10的控制功能劃分為四部分:狀態(tài)采集、狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)控制及通訊。第一超級電容組均衡控制器10的狀態(tài)采集功能實現(xiàn)對第一超級電容組模塊5的超級電容端電壓、均衡電流及單體電壓、溫度保護(hù)信號的采集。第一超級電容組均衡控制器10的狀態(tài)監(jiān)測功能實現(xiàn)對上述采集信號的監(jiān)測。第一超級電容組均衡控制器10的狀態(tài)控制功能實現(xiàn)對均衡電路啟/停的控制以及接口電路開關(guān)通斷的控制。第一超級電容組均衡控制器10的通訊功能實現(xiàn)與中央控制器8的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸內(nèi)容包括第一超級電容組模塊5的電壓、溫度、繼電器開關(guān)狀態(tài)、繼電器控制命令、運行狀態(tài)等信息。第二超級電容組均衡控制器11的控制功能劃分為四部分:狀態(tài)采集、狀態(tài)監(jiān)測、狀態(tài)控制及通訊。第二超級電容組均衡控制器11的狀態(tài)采集功能實現(xiàn)對第二超級電容組模塊6的超級電容端電壓、均衡電流及單體電壓、溫度保護(hù)信號的采集。第二超級電容組均衡控制器11的狀態(tài)監(jiān)測功能實現(xiàn)對上述采集信號的監(jiān)測。第二超級電容組均衡控制器11的狀態(tài)控制功能實現(xiàn)對均衡電路啟/停的控制以及接口電路開關(guān)通斷的控制。第二超級電容組均衡控制器11的通訊功能實現(xiàn)與中央控制器8的數(shù)據(jù)傳輸，傳輸內(nèi)容包括第一超級電容模塊組6的電壓、溫度、繼電器開關(guān)狀態(tài)、繼電器控制命令、運行狀態(tài)等信息。綜合顯示控制器9只具有通訊功能，實現(xiàn)與中央控制器8的信息傳輸，主要實現(xiàn)控制命令、查詢命令、參數(shù)修改命令的下發(fā)與儲能系統(tǒng)各電壓、電流采樣值、溫度值、運行狀態(tài)、開關(guān)信號的接收與顯示。
[0027]如圖6所示本發(fā)明的儲能系統(tǒng)運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，在停機(jī)狀態(tài)下用戶發(fā)出開機(jī)命令，若開機(jī)期間無故障發(fā)生時，儲能系統(tǒng)進(jìn)入運行狀態(tài)。儲能系統(tǒng)在運行狀態(tài)實現(xiàn)對制動能量吸收與釋放的控制，包括用于解決車輛制動能量吸收與釋放時機(jī)問題的儲能系統(tǒng)運行狀態(tài)控制方法和串聯(lián)雙向DC/DC變換器的能量回收與釋放控制方法。若用戶給出急停命令或系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)進(jìn)入急關(guān)狀態(tài)。系統(tǒng)在開機(jī)或運行狀態(tài)中，用戶給出停機(jī)命令時，系統(tǒng)進(jìn)入停機(jī)狀態(tài)。儲能系統(tǒng)處于停機(jī)或急關(guān)狀態(tài)時，用戶給出檢修命令，則儲能系統(tǒng)將儲存的能量通過放電電阻釋放完畢進(jìn)入檢修狀態(tài)。
[0028]如圖7所不儲能系統(tǒng)運彳丁狀態(tài)控制框圖，其中:USQliax為兩組超級電各端電壓最聞值，Uscmin為兩組超級電容端電壓最低值，Uc up為超級電容端電壓上限保護(hù)值，Uc down為超級電容端電壓下限保護(hù)值，Ug up為系統(tǒng)由待機(jī)轉(zhuǎn)入儲能時網(wǎng)側(cè)電壓上限值，Ug down為系統(tǒng)由待機(jī)轉(zhuǎn)入釋能時網(wǎng)側(cè)電壓下限值，PIl_Ug、PI2_Ug、PI3_USC和PI4_USC分別為網(wǎng)側(cè)電壓上限、網(wǎng)側(cè)電壓下限、超級電容端電壓上限和超級電容端電壓下限的PI調(diào)節(jié)器，Ilim為充/放電限制電流，Isc_buck為系統(tǒng)儲能時的電流給定，IsC_boost為系統(tǒng)釋能時的電流給定，ISCjef為系統(tǒng)運行狀態(tài)管理策略最終的電流給定值。
[0029]兩組超級電容模塊端電壓在Uc up與Uc down之間時，當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓Ug高于Ug up時，P11_Ug輸出正飽和，限幅值為ilim，Isc—budt輸出為Ilim，此時Isc—b(K)St輸出為0，最終Isc ref輸出為Ilim ;當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓Ug低于Ug d_時，PI2_Ug輸出負(fù)飽和，限幅值為-1





lim， IsC—boost
輸出為-1lini,
此時Istbuci輸出為0，最終Isc ref輸出為-1lim ;當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓Ug在Ug up和Ug dom之間時，最終IstM輸出為O。當(dāng)兩組超級電容模塊端電壓最低值Usaiin低于U?！猟_及兩組超級電容模塊端電壓最高值Uscmax高于Uc vp時，最終Isc ref輸出亦為O。Isc ref輸出為Ilim，表示超級電容模塊以Ilim電流進(jìn)行充電儲能輸出為-1lim，表示超級電容模塊以Ilim電流進(jìn)行放電釋能；IS?！敵鰹?，表示儲能系統(tǒng)待機(jī)，無能量的流動。
[0030]如圖8所示能量回收與釋放控制框圖，圖7所示的儲能系統(tǒng)運行狀態(tài)控制方法為能量回收與釋放控制方法提供指令電流Is。—Mf。該控制方法包括第一雙向DC/DC變換器和第二雙向DC/DC變換器高壓側(cè)均壓環(huán)與電流環(huán)的雙環(huán)控制。第一雙向DC/DC變換器高壓側(cè)電壓Uml與第二雙向DC/DC變換器高壓側(cè)電壓Um2作差，經(jīng)PI調(diào)節(jié)器后，與Isc 疊加經(jīng)限幅后作為第一雙向DC/DC變換器電流環(huán)的指令I(lǐng)h ,ef，IH_ref與第一雙向DC/DC變換器的第一電感電流Iu作差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器、限幅環(huán)節(jié)后作為第一雙向DC/DC變換器第一橋臂的PWM的調(diào)制信號與載波信號Uri進(jìn)行截交得到第一橋臂的開關(guān)管控制信號。ΙΗ—μ與第一雙向DC/DC變換器的第二電感電流I。作差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器、限幅環(huán)節(jié)后作為第一變換器第二橋臂的PWM的調(diào)制信號與載波信號進(jìn)行截交得到第二橋臂的開關(guān)管控制信號。Ih 與第一雙向DC/DC變換器的第三電感電流Iu作差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器、限幅環(huán)節(jié)后作為第一變換器第三橋臂的PWM的調(diào)制信號與載波信號Uri進(jìn)行截交得到第三橋臂的開關(guān)管控制信號。最終控制第一雙向DC/DC變換器的高壓側(cè)電壓、能量流動方向及能量大小。均壓環(huán)輸出信號Ik m，自身取反后與Is?！?ef疊加經(jīng)限幅后作為第二雙向DC/DC變換器電流環(huán)的指令I(lǐng)uef，IL_ref與第二雙向DC/DC變換器第一電感電流作差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器、限幅環(huán)節(jié)后作為第二雙向DC/DC變換器第一橋臂的PWM的調(diào)制信號與載波信號Urt進(jìn)行截交得到第一橋臂的開關(guān)管控制信號。Iuef與第二雙向DC/DC變換器第二電感電流Iw作差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器、限幅環(huán)節(jié)后作為第二雙向DC/DC變換器第二橋臂的PWM的調(diào)制信號與載波信號Urf進(jìn)行截交得到第二橋臂的開關(guān)管控制信號。Iuef與第二雙向DC/DC變換器第三電感電流Iui作差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器、限幅環(huán)節(jié)后作為第二雙向DC/DC變換器第三橋臂的PWM的調(diào)制信號與載波信號Urf進(jìn)行截交得到第六橋臂的開關(guān)管控制信號。最終控制第二雙向DC/DC變換器的高壓側(cè)電壓、能量流動方向及能量大小。
[0031]以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于串聯(lián)雙向變換器的儲能系統(tǒng)，其特征在于:包含儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路、第一雙向DC/DC變換器、第二雙向DC/DC變換器、第一超級電容組模塊和第二超級電容組模塊，所述第一雙向DC/DC變換器的低壓側(cè)連接第一超級電容組模塊，第二雙向DC/DC變換器的低壓側(cè)連接第二超級電容組模塊，所述第一雙向DC/DC變換器和第二雙向DC/DC變換器的高壓側(cè)均包含第一端和第二端，牽引網(wǎng)經(jīng)儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路分別連接第一雙向DC/DC變換器的第一端和第二雙向DC/DC變換器的第二端，第一雙向DC/DC變換器的第二端連接第二雙向DC/DC變換器的第一端；該儲能系統(tǒng)還包含中央控制器、輔助控制器、綜合顯示控制器、第一超級電容組均衡控制器和第二超級電容組均衡控制器，所述中央控制器分別與輔助控制器、綜合顯示控制器、第一超級電容組均衡控制器和第二超級電容組均衡控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，所述中央控制器采集儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路的牽引網(wǎng)電壓、電流以及第一、第二雙向DC/DC變換器的高壓側(cè)電壓、低壓側(cè)電壓和輸出電感電流并對這些信號進(jìn)行監(jiān)測，中央控制器根據(jù)采集信號和監(jiān)測信號產(chǎn)生控制信號，并將控制信號傳送給輔助控制器、綜合顯示控制器、第一超級電容組均衡控制器和第二超級電容組均衡控制器，從而控制整個儲能系統(tǒng)的工作狀態(tài)，所述輔助控制器分別采集儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路的牽引網(wǎng)電壓、電流的硬件保護(hù)信號和開關(guān)觸點信號以及第一、第二雙向DC/DC變換器的電壓、電流和溫度的硬件保護(hù)信號并對這些信號進(jìn)行監(jiān)測，輔助控制器根據(jù)采集信號、監(jiān)測信號以及中央控制器傳來的控制信號控制儲能系統(tǒng)網(wǎng)側(cè)接口電路、第一雙向DC/DC變換器和第二雙向DC/DC變換器的狀態(tài)，所述第一超級電容組均衡控制器采集第一超級電容組模塊的端電壓、均衡電流以及單體電壓、溫度的硬件保護(hù)信號并對這些信號進(jìn)行監(jiān)測，第一超級電容組均衡控制器根據(jù)采集信號、監(jiān)測信號以及中央控制器傳來的控制信號控制第一超級電容組模塊的狀態(tài)，所述第二超級電容組均衡控制器采集第二超級電容組模塊的端電壓、均衡電流以及單體電壓、溫度的硬件保護(hù)信號并對這些信號進(jìn)行監(jiān)測，第二超級電容組均衡控制器根據(jù)采集信號、監(jiān)測信號以及中央控制器傳來的控制信號控制第二超級電容組模塊的狀態(tài)，所述綜合顯示控制器接收并顯示中央控制器傳來的控制信號和狀態(tài)信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于串聯(lián)雙向變換器的儲能系統(tǒng)，其特征在于:所述中央控制器采用DSP處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于串聯(lián)雙向變換器的儲能系統(tǒng)，其特征在于:所述輔助控制器采用FPGA。
4.基于權(quán)利要求1所述基于串聯(lián)雙向變換器的儲能系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:若第一、第二超級電容組模塊的端電壓在預(yù)定范圍內(nèi)，當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓上升至設(shè)定的上限值時，第一、第二雙向DC/DC變換器工作于降壓模式，儲能系統(tǒng)吸收能量，抑制網(wǎng)側(cè)電壓的上升，當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓下降至設(shè)定的下限值時，第一、第二雙向DC/DC變換器工作于升壓模式，儲能系統(tǒng)釋放能量，抑制網(wǎng)側(cè)電壓的跌落，當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓在設(shè)定的上限值和下限值之間時，儲能系統(tǒng)工作于待機(jī)模式，儲能系統(tǒng)無能量流動，維持網(wǎng)側(cè)電壓不變；若第一、第二超級電容組模塊的端電壓超出預(yù)定范圍，儲能系統(tǒng)工作于待機(jī)模式。
5.基于權(quán)利要求1所述基于串聯(lián)雙向變換器的儲能系統(tǒng)的控制方法，其特征在于:對第一、第二雙向DC/DC變換器采用高壓側(cè)均壓環(huán)與電流環(huán)的雙環(huán)控制，當(dāng)儲能系統(tǒng)處于儲能或釋能狀態(tài)時，高壓側(cè)均壓環(huán)控制第一、第二雙向DC/DC變換器的高壓側(cè)電壓均等，電流環(huán)根據(jù)儲能系統(tǒng)運行狀態(tài)控制指令控制第一、第二雙向DC/DC變換器充/放電電流的大小。
【文檔編號】H02J7/00GK104201786SQ201410415249
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月22日
【發(fā)明者】武偉, 謝少軍, 陳文明, 何汀, 王成, 豐瀚麟, 許愛國, 韓軍 申請人:南京航空航天大學(xué), 南京麥格安倍電氣科技有限公司