1電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可將夜間的“谷電”或平日富余的電能存起來(lái)，它不僅可以應(yīng)對(duì)電網(wǎng)中斷或大面積停電等突發(fā)事件，而且也是城市電網(wǎng)削峰填谷的“調(diào)度高手”。同時(shí)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)也可用于風(fēng)光儲(chǔ)系統(tǒng)中，它將使太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源的并網(wǎng)發(fā)電更趨穩(wěn)定。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)有兩個(gè)重要的組成部分，即系統(tǒng)電池和并網(wǎng)接入系統(tǒng)。兩者缺一不可，密不可分。

傳統(tǒng)的單向PWM整流器或單向PWM逆變器已經(jīng)不能滿足儲(chǔ)能系統(tǒng)并網(wǎng)接入的要求，故提出了一種新型并網(wǎng)接入系統(tǒng)，即雙向功率變換器（PCS）拓?fù)?，它不僅可以滿足電池充、放電，而且還能在電網(wǎng)斷電時(shí)，對(duì)關(guān)鍵負(fù)荷進(jìn)行供電，起到EPS的作用，又稱(chēng)孤島運(yùn)行。對(duì)PCS的3種運(yùn)行控制方式進(jìn)行了研究，并研制了一臺(tái)12kW電池儲(chǔ)能系統(tǒng)雙向PCS，成功用于釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中。

2主電路拓?fù)?br/>
這里研制的雙向功率變換器PCS的主電路拓?fù)淙?所示。主電路的核心為PWM1三相IGBT全橋變換器，可進(jìn)行AC/DC變換和DC/AC變換。

直流濾波單元（C5，L1，C4）可在PCS進(jìn)行整流工作時(shí)對(duì)輸出進(jìn)行濾波，有效減少輸入電池的紋波電流和紋波電壓，同時(shí)在PCS進(jìn)行逆變輸出時(shí)，減少開(kāi)關(guān)頻率脈沖電流對(duì)電池的影響，起到雙重濾波作用。

隔離變壓器T1不僅起到隔離和電壓匹配的作用，同時(shí)也起到交流濾波器的作用。在變壓器設(shè)計(jì)時(shí)，可將一定的漏感設(shè)計(jì)其中，，使其和濾波電容C1～C3組成交流濾波單元，從而有效減小PCS的體積，使系統(tǒng)更簡(jiǎn)單。

交流接觸器KM1，KM2的主要作用是在PCS進(jìn)行孤島運(yùn)行時(shí)，將關(guān)鍵負(fù)荷與電網(wǎng)隔開(kāi)，防止電網(wǎng)電壓突然恢復(fù)對(duì)系統(tǒng)造成沖擊。

3控制方法

電池充電要求直流電流或直流電壓恒定，而在電池放電時(shí)，一般要求直流電流恒流放電。因此在PCS充/放電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般采用雙環(huán)控制，即直流電壓（或電流）外環(huán)和交流電流內(nèi)環(huán)，如2所示。

直流電壓（或電流）外環(huán)的目是維持直流電壓（或電流）恒定，為實(shí)現(xiàn)直流電壓的穩(wěn)態(tài)無(wú)差，外環(huán)采用PI調(diào)節(jié)器。對(duì)于內(nèi)環(huán)，其作用主要是按直流電壓（或電流）外環(huán)輸出的電流指令進(jìn)行電流控制，可實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)正弦波電流控制，具體方法為由外環(huán)調(diào)節(jié)器輸出的指令電流值與實(shí)際檢測(cè)的電網(wǎng)電流作差求其偏差值，然后再經(jīng)由電流內(nèi)環(huán)控制器和電網(wǎng)電壓鎖相環(huán)信號(hào)得到網(wǎng)側(cè)輸出電壓指令信號(hào)，其中id為PWM1變換器輸出三相電流ia，ib，ic經(jīng)過(guò)Park變換后的有功電流。

當(dāng)電網(wǎng)斷電時(shí)，PCS首先斷開(kāi)1中KM1，將交流輸出與電網(wǎng)隔離開(kāi)，然后開(kāi)始孤島運(yùn)行，其控制框圖如3所示，孤島運(yùn)行控制目標(biāo)是在不同的輸出負(fù)載情況下，均能保持輸出交流電壓穩(wěn)定。

因此孤島運(yùn)行控制也采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)，外環(huán)為輸出交流電壓有效值環(huán)，目的是保持輸出交流電壓的穩(wěn)定。內(nèi)環(huán)為輸出交流電壓瞬時(shí)值環(huán)，目的是保證輸出交流電壓具有很好的動(dòng)態(tài)性能。具體方法為外環(huán)的給定交流電壓有效值與反饋交流電壓有效值差值輸出進(jìn)行PI積分控制，可有效減小輸出的靜態(tài)誤差，外環(huán)PI輸出后與正弦信號(hào)相乘，做為內(nèi)環(huán)輸出電壓瞬時(shí)值的給定，與交流電壓瞬時(shí)值反饋?zhàn)霾钪当容^，然后經(jīng)過(guò)比列放大，作為PWM發(fā)生器的輸入。圖3中Uip為偏磁分量，可防止輸出電流偏磁，造成輸出變壓器(變壓器故障的初步診斷方法)飽和，其值為輸出交流電流做平均值后，再換算成偏值電壓。

4控制電路

PCS控制電路框圖如4所示，控制電路采用雙DSP+FPGA的結(jié)構(gòu)，DSP為T(mén)MS320C2812，主頻達(dá)到150MHz，具有PWM事件管理器?？刂齐娐贩挚刂苽?cè)和邏輯側(cè)，控制側(cè)由DSP1負(fù)責(zé)，主要實(shí)現(xiàn)控制算法和脈沖輸出，關(guān)鍵的保護(hù)信號(hào)輸入；邏輯側(cè)由DSP2負(fù)責(zé)，主要完成A/D采集，對(duì)外通信，開(kāi)出開(kāi)出等。DSP1和DSP2通過(guò)雙口RAM交換信息，同時(shí)對(duì)外的A/D，PWM輸出，開(kāi)入開(kāi)出等都可以通過(guò)FPGA進(jìn)行靈活分配，即A/D采集既可由DSP1采集，也可由DSP2采集，只需根據(jù)系統(tǒng)需要配置FPGA即可。

以上控制電路能滿足PCS復(fù)雜的控制需要，如PCS對(duì)電池的充/放電特性曲線則可存儲(chǔ)在邏輯側(cè)DSP2中，對(duì)充放/電時(shí)間的設(shè)置等也可以由DSP2完成，其只需實(shí)時(shí)告知控制側(cè)何時(shí)按何參數(shù)進(jìn)行何工況運(yùn)行。DSP1則對(duì)各運(yùn)行工況的控制參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，產(chǎn)生PWM輸出脈沖，完成PCS多種控制功能。

5實(shí)驗(yàn)結(jié)果及結(jié)論

研制了一臺(tái)12kW釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)PCS，其主要技術(shù)參數(shù)如下：額定容量12kW；電網(wǎng)額定交流電壓380V；電網(wǎng)每相額定電流20A；電池額定電壓160V；電池電壓范圍100～200V；電池最大充電電流及最大放電電流均為100A；開(kāi)關(guān)頻率10kHz.實(shí)驗(yàn)波形如5所示。由5a可見(jiàn)，恒流充電時(shí)紋波電流小于0.5%；由5b可見(jiàn)，恒流放電時(shí)，紋波電流小于0.5%；5c為電網(wǎng)掉電時(shí)，PCS做孤島運(yùn)行，突加負(fù)載時(shí)，逆變輸出正弦波電壓無(wú)超調(diào)，波形平滑，完全能滿足關(guān)鍵負(fù)荷的供電要求；圖5d為PCS并網(wǎng)恒流放電時(shí)輸出電流THD曲線，額定功率時(shí)輸出電流THD僅為2%，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

采用雙DSP控制器結(jié)構(gòu)，雙向PWM變換拓?fù)洌兄屏艘慌_(tái)120kW釩電池儲(chǔ)能系統(tǒng)用PCS，該P(yáng)CS功能強(qiáng)大，具備電池充電、電池放電、孤島運(yùn)行、預(yù)充電、告警、保護(hù)、通信、觸摸屏顯示及電表顯示等多種功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該P(yáng)CS運(yùn)行方式靈活，充放電紋波電流小，僅一臺(tái)PCS就能完全替代傳統(tǒng)的逆變器、整流器和EPS構(gòu)成儲(chǔ)能充放系統(tǒng)，具有很好的推廣價(jià)值。