直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能接口變換器并聯(lián)的控制電路及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于變換器并聯(lián)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能接口變換器 并聯(lián)的控制電路，本發(fā)明還涉及直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能接口變換器并聯(lián)的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在當(dāng)前情況下，功率器件無法在短期內(nèi)取得電壓和功率上的突破，單臺(tái)儲(chǔ)能接口 變換器無法滿足當(dāng)前直流微電網(wǎng)中大功率儲(chǔ)能接口變換器的需求，基于這種原因，采用多 臺(tái)變換器并聯(lián)是提升儲(chǔ)能接口變換器輸出功率的一種很重要的實(shí)現(xiàn)方案。
[0003] 在儲(chǔ)能接口變換器并聯(lián)的相關(guān)研宄內(nèi)容中，各個(gè)儲(chǔ)能模塊的功率分配問題具有突 出的重要性。如果分配負(fù)載功率不合理，儲(chǔ)能接口變換器可能長時(shí)間工作于過載或輕載，導(dǎo) 致儲(chǔ)能接口變換器的可靠性和工作效率的降低。
[0004] 目前，有關(guān)并聯(lián)儲(chǔ)能接口變換器功率分配的研宄已經(jīng)取得一定的研宄成果，主要 集中在并聯(lián)儲(chǔ)能接口變換器的均流控制方面，現(xiàn)階段的均流控制方案基本上分為兩種類 型：有均流母線控制法和無均流母線控制法。
[0005] 有均流母線控制法，通過在各變換器之間連接一條均流母線，達(dá)到各個(gè)模塊獲取 均流信號(hào)的目的，但這降低了系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)均流信號(hào)的種類，可將有均流母線控制法 分為平均電流法、最大電流法和主從均流法。
[0006] 無均流母線控制法不需要在各變換器控制之間增加均流母線，提高了并聯(lián)系統(tǒng)的 可靠性。當(dāng)前應(yīng)用的DC/DC變換器并聯(lián)無均流母線控制方法可以分為輸出特性下垂控制法 和基于頻率的均流控制法等。其中輸出特性下垂控制法實(shí)現(xiàn)方法簡單，但犧牲了變換器的 輸出外特性，輸出端電壓不能達(dá)到指令值?；陬l率的均流控制法所有儲(chǔ)能模塊通過一根 均流母線相互連接，這實(shí)際上降低了系統(tǒng)的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能接口變換器并聯(lián)的控制電路，解決了現(xiàn) 有技術(shù)中存在的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)可靠性差且控制精度不高的問題。
[0008] 本發(fā)明的另一目的是提供直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能接口變換器并聯(lián)的控制方法。
[0009] 本發(fā)明所采用的第一技術(shù)方案是，直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能接口變換器并聯(lián)的控制電路， 包括若干依次并聯(lián)的儲(chǔ)能模塊，每個(gè)儲(chǔ)能模塊均對(duì)應(yīng)連接一個(gè)儲(chǔ)能接口變換器，若干儲(chǔ)能 接口變換器均連接至直流母線上面，直流母線后接直流負(fù)載，若干依次并聯(lián)的儲(chǔ)能模塊還 均連接至SOC檢測裝置，每個(gè)儲(chǔ)能接口變換器相應(yīng)連接一個(gè)儲(chǔ)能模塊控制器，儲(chǔ)能模塊控 制器又與直流母線和上層控制器連接，SOC檢測裝置和上層控制器又均連接至CAN總線。
[0010] 本發(fā)明第一技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，
[0011] 儲(chǔ)能模塊控制器具體結(jié)構(gòu)為：包括連接在直流母線上的電壓霍爾傳感器，電壓霍 爾傳感器又依次與頻率估計(jì)單元、電壓補(bǔ)償單元、電壓控制器、交流擾動(dòng)產(chǎn)生單元、電流控 制器、PWM控制及驅(qū)動(dòng)單元連接，PWM控制及驅(qū)動(dòng)單元連接至儲(chǔ)能接口變換器，電壓霍爾傳 感器同時(shí)還與電壓控制器連接，電壓控制器同時(shí)還與電流控制器連接，交流擾動(dòng)產(chǎn)生單元 同時(shí)還與電壓補(bǔ)償單元連接，電流控制器還連接至上層控制器。
[0012] 頻率估計(jì)單元具體結(jié)構(gòu)為：包括帶通濾波器，帶通濾波器依次與頻寬和增益受限 的微分器、有效值轉(zhuǎn)換電路和除法器連接，帶通濾波器還依次與有效值轉(zhuǎn)換電路和除法器 連接。
[0013] 交流擾動(dòng)產(chǎn)生單元通過XR2206函數(shù)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)功能。
[0014] 上層控制器基于TMS320F28335芯片作為控制芯片，通過CAN總線將檢測的各儲(chǔ)能 模塊的SOC數(shù)據(jù)傳送至上層控制器并進(jìn)行處理。
[0015] 本發(fā)明所采用的第二技術(shù)方案是，直流微電網(wǎng)儲(chǔ)能接口變換器并聯(lián)的控制方法， 其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施：
[0016] 步驟1、通過CAN總線將檢測的各儲(chǔ)能模塊的SOC數(shù)據(jù)傳送至上層控制器，如果儲(chǔ) 能模塊的SOC值小于20 %或者SOC值大于90 %，則上層控制器會(huì)封鎖此儲(chǔ)能模塊對(duì)應(yīng)的儲(chǔ) 能模塊控制器；
[0017] 步驟2、確定步驟1中參與工作的儲(chǔ)能模塊的個(gè)數(shù)，并依次從1號(hào)開始編號(hào)至n號(hào)， 計(jì)算步驟1中經(jīng)檢測SOC值介于20 %~90 %之間的儲(chǔ)能模塊的SOC值的不平衡度e ;
[0018] 步驟3、構(gòu)建步驟2中SOC值介于20%~90%之間的儲(chǔ)能模塊的SOC值不平衡度 矩陣A，將不平衡度矩陣A中的元素aij與設(shè)定的不平衡度閾值e _相比，設(shè)不平衡度閾值 e _= 2%，如果不平衡度矩陣A中有元素元素aij> e _，則使用上層控制器控制法，否則， 使用基于頻率的無母線均流控制法；
[0019] 步驟4、當(dāng)采用步驟3中的基于頻率的無母線均流控制法時(shí)，采用在儲(chǔ)能模塊控制 器輸出端上疊加高頻交流信號(hào)傳遞儲(chǔ)能模塊控制器輸出電流信息的方法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能接口變 換器的均流控制；當(dāng)采用步驟2中的上層控制器控制法時(shí)，根據(jù)各個(gè)儲(chǔ)能模塊的S0C值計(jì)算 各儲(chǔ)能模塊控制器應(yīng)分配的功率。
[0020] 步驟2中不平衡度閾值e的計(jì)算具體如下：
[0021] 設(shè)編號(hào)為1號(hào)的儲(chǔ)能模塊的S0C值為SOCi，編號(hào)為n號(hào)的儲(chǔ)能模塊的S0C值為 S0C n，兩者的算數(shù)平均值為S0Cav，則1號(hào)儲(chǔ)能模塊和n號(hào)儲(chǔ)能模塊之間，第i號(hào)儲(chǔ)能模塊的 S0C不平衡度e 為：
[0022]
[0023] 式中，^為兩個(gè)儲(chǔ)能模塊之間S0C的不平衡度，當(dāng)e i越大，表明兩個(gè)儲(chǔ)能模塊 (1)的S0C差別越大，若e ，則認(rèn)為兩儲(chǔ)能模塊之間S0C平衡；反之，則認(rèn)為兩者S0C 不平衡。
[0024] 步驟3中構(gòu)建的儲(chǔ)能模塊的S0C值不平衡度矩陣A為：
[0025]
[0026] 式中，aij表示第i號(hào)儲(chǔ)能模塊和第j號(hào)儲(chǔ)能模塊之間，第i號(hào)儲(chǔ)能模塊的SOC值 不平衡度e i。
[0027] 步驟4中基于頻率的無母線均流控制法具體為：
[0028] 4. 1)將電壓控制器的輸出電流1#通過交流擾動(dòng)產(chǎn)生單元，得到高頻擾動(dòng)信號(hào) IpOTt及高頻擾動(dòng)信號(hào)I pCTt的頻率《 pCTt，高頻擾動(dòng)信號(hào)IpOTt的頻率《 _的大小與輸出電流 IMf成正比，通過頻率判斷輸出電流的大??；
[0029] 4. 2)將步驟4. 1)中得到的高頻擾動(dòng)信號(hào)Ipert與輸出電流I ,ef疊加，得到實(shí)際的 電流指令值1。^
[0030] 4. 3)由于各個(gè)儲(chǔ)能模塊的電流指令值IMd中包含高頻擾動(dòng)信號(hào)I pOTt，各儲(chǔ)能模塊 的交流信號(hào)將通過儲(chǔ)能接口變換器疊加至直流母線，然后采集直流母線電壓Vbus，將測得的 直流母線電壓v bus通過頻率估計(jì)單元，得到綜合高頻擾動(dòng)信號(hào)的頻率《 est;
[0031] 4. 4)將步驟4. 3)得到的綜合高頻擾動(dòng)信號(hào)的頻率《 est與當(dāng)前儲(chǔ)能模塊的高頻擾 動(dòng)信號(hào)頻率《pOTt比較，經(jīng)過電壓補(bǔ)償單元，如果《 est>?pOTt，給定電壓補(bǔ)償量AV為正，如 果給定電壓補(bǔ)償量為負(fù)，電壓補(bǔ)償量由下式確定：
[0032]
[0033] 式中，《 est為綜合高頻擾動(dòng)信號(hào)頻率，《 pOTt為高頻擾動(dòng)信號(hào)頻率，V bus為直流母線 電壓；
[0034] 4. 5)設(shè)電壓基準(zhǔn)值為Vbase，Vbase>0,根據(jù)需要給電壓基準(zhǔn)值Vbase賦值，將賦值后的 電壓基準(zhǔn)值V b_和步驟4. 4)中得到的電壓補(bǔ)償量AV之和作為電壓控制的給定電壓指令 值VMf，將給定電壓指令值VMf和測得的直流母線電壓V bus通過電壓控制器，得到I Mf;
[0035] 4. 6)將步驟4. 5)得到的IMf和步驟4. 1)中的高頻擾動(dòng)信號(hào)I pert之和作為電流 控制的給定電流指令值1^，經(jīng)電流控制器作用后生成控制所需要的PWM波，然后將PWM波 送至儲(chǔ)能接口變換器以驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能接口變換器各開關(guān)管的通斷。
[0036] 步驟4中采用上層控制器控制法時(shí)具體步驟為：
[0037] 步驟a)、確定工作的儲(chǔ)能模塊的數(shù)量n，封鎖S0C最小的儲(chǔ)能模塊；
[0038] 步驟b)、提取步驟a)中被封鎖的S0C最小的儲(chǔ)能模塊和其余各儲(chǔ)能模塊之間的 S0C不平衡度e，構(gòu)成一個(gè)向量0 = [0 4^ f3n]，其中向量0為步驟3中構(gòu)建的儲(chǔ)能模 塊的S0C值不平衡度矩陣A中的其中一列；
[0039] 步驟c)、將步驟b)中S0C最小的儲(chǔ)能模塊承擔(dān)的功率，按照比例分配于其余儲(chǔ)能 模塊，該比例由其余儲(chǔ)能模塊和S0C最小的儲(chǔ)能模塊之間的不平衡度 e確定，具體如下： n
[0040] 步驟c.l)、計(jì)算步驟b)中的向量0的所有元素的和并計(jì)算出向量0中 *=i ， 每個(gè)元素占文汊的比例匕，匕的計(jì)算公式如下： k-^l
[0041]
[0042] 步驟c. 2)、將步驟b)中SOC最小的儲(chǔ)能模塊的輸出功率指令與步驟c. 1)中 ? 計(jì)算得到的h的乘積AP ,疊加至第i號(hào)儲(chǔ)能模塊的輸出功率指令中，得到第i號(hào)儲(chǔ)能模塊 的輸出功率Pi，APjPPi的計(jì)算公式如下：
[0043]
[0044]
[0045] 式中，PlMd為負(fù)載功率，P i為儲(chǔ)能模塊的輸出功率，n為參與工作的儲(chǔ)能模塊的個(gè) 數(shù)；
[0046] 步驟c. 3)、根據(jù)步驟c. 2)中得到的各儲(chǔ)能模塊的輸出功率匕計(jì)算出各儲(chǔ)能模塊 的電流指令值，經(jīng)電流控制器作用后生成控制所需要的PWM波，然后將PWM波送至儲(chǔ)能接口 變換器以驅(qū)動(dòng)儲(chǔ)能接口變換器中各開