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储能变流器(Power Control System——PCS)设计原理

储能变流器(Power Control System——PCS)可控制电池的充放过程,进行交直流变换,无电网时可直接为交流负荷供电。PCS 由 DC/AC 由双向变流器、控制单元等组成。PCS 控制器通过通信接收后台控制指令,控制变流器根据功率指令的符号和尺寸充放电电池,实现电网有功功率和无功功率的调节。 PCS 控制器通过 CAN 接口与 BMS 通信,获取电池组状态信息,可实现电池的保护充放电,保证电池的安全运行。

储能变流器(PCS)可控制电池的充放过程,进行交直流变换,无电网时可直接为交流负荷供电。PCS 由 DC/AC 由双向变流器、控制单元等组成。PCS 控制器通过通信接收后台控制指令,控制变流器根据功率指令的符号和尺寸充放电电池,实现电网有功功率和无功功率的调节。 PCS 控制器通过 CAN 接口与 BMS 通信,获取电池组状态信息,可实现电池的保护充放电,保证电池的安全运行。

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:一种是三相全桥电路的一级变换拓扑结构;另一种是两级变换拓扑结构,即三相全桥电路的前部和后部DCDC斩波电路。一级变换拓扑结构成本低,效率高,控制策略简单,多个变流器并联运行更容易实现。本文增加了三柑全桥电路的直流侧CIL对于滤波器,叮以电池侧纹的滤波器。

主电路采用三相全桥电路,交流侧设置LCL滤波器,主接触器,EMI设置直流侧的滤波器、预充电路和主断路器CL滤波器、直流输出元(含EMI滤波器、预充电电路、直流断路器)。多组电池组可通过隔离变压器连接到交流侧的低压或中压配电网。

绝缘栅双极品体管(IGBT)变流器模块可以四象限运行。当电池充电时,将网络侧的交流电流转换为直流电充电电池;当电池放电时,将直流电逆变为交流反馈给电网,充放电之间的转换可以是200 ms 内实现。

采用交流输人L.CI.类型(或T型)滤波器可以滤除变流器开关频率成分的高频谐波,直流侧可以使用CL滤波器过滤高频成分的电流电压谐波,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作用,将逆变器桥中产生的开关脉冲电压和电流转化为连续模拟。并网变流器的滤波器包括交流侧和直流侧。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和一个电容,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外,滤波电感不仅会造成电压损失,还会对滤波器的体积和重量产生决定性的影响。LCL滤波器的基本原理是滤波电容和网侧电感分流高频电流,因此必须保证分流效果。

LCL.滤波器的设计原理如下。

(1) 总电感(L1 L2):总电感应考虑直流电压与逆变交流电压之间的关系,以及开关频率附近在传输函数中的衰减;一般开关频率附件的衰减不得超过110 dB。

(2) 网侧电感(L2):在总电感不变的情况下,通过理论分析得出结论,当网侧电感与逆变器电感的比例为1:1时,滤波效果最好,网侧电感增变流器电压损失增加,滤波器低频段增加,体积、重量和成本增加。一般来说,网侧电感大约是逆变器电感的1/3。

(3) 滤波电容(C):考虑到网侧电感和滤波电容的分流效果,一般选择滤波电容阻抗小于20%的网侧电感阻抗;此外,考虑到功率因数,滤波电容的功率小于系统额定功率的5%;

(4) 为了避免LCL谐振峰问题应大于电网频率的10倍,小于开启VL//L2.C一半的关频率。

设计直流侧电感参数

直流侧电感的设计原理主要考虑以下两个方面。

(1) 根据充放电转换时间,交流侧电流环的动态特性远大于直流侧CL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) DC母线电压波动产生DC电流波动,DC电感值可根据纹波要求计算。根据上述计算原理,可以得出DC侧电感的参数,考虑DC侧存在的3次和5次 因此,将会有次、7次谐波CL 谐振峰设计为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 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交流滤波电容电流、网侧滤波电感电流;U直流母线电压;Is直流母线电流;Iu输人/输出电流为直流电池侧;Q.为电网中点;Qc 为交流电容中点;P、N直流母线正负极。

储能双向变流器主电路参数及应用

开关元件被视为理想元件。Sg、Sa、Sb。三相桥臂开关函数,1代表上管开启,下管关闭,0代表上管关闭,下管开启。如果忽略电阻R1 和R2.根据基尔霍夫的电压和电流定律,可以得到以下方程,逆变桥侧的电感L1通过的电流L1 满足:

储能双向变流器主电路参数及应用

在三相三线系统中,三相电压和电流不是独立变量,难以直接控制,因此可以采用两相同步旋转dq为了简化并网变流器模型,坐标系对系统进行了描述。ABC坐标系到dq 变换坐标系

矩阵为:

储能双向变流器主电路参数及应用

储能双向变流器主电路参数及应用

基于普拉斯的将式(6)(7)(8)和(9)变换LCL的PCS主电路在dqS域数学模型框图在坐标下

标签: 功率电感器power

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