[发明专利]一种网侧能量抑制的超级电容储能控制装置

说明书

本发明公开了一种网侧能量抑制的超级电容储能控制装置，其特征在于考虑负载的不确定性、冲击性，以及直流母线电压波动对系统性能的影响，通过采集母线侧、网侧、超级电容模组侧、交流电机侧的电压、电流、功率等信息，进行状态模式识别和功率预测，在满足能耗最小的目标下，通过功率分配的二次规划与误差校正，有效抑制充电模式下网侧能量的吸收，实现充放电模式下负载能量跟踪、母线电压脉动抑制及各控制单元之间的快速平稳切换，保证交流电机运行在发电和电动状态下的能量协调分配和平稳运行。适用于微电网、新能源发电、交通运输、工程机械等能量回收与再利用，提高能量利用率的场合。

技术领域

本发明属于储能系统的节能控制领域，具体涉及一种用于能量回收再利用的超级电容储能控制装置。

背景技术

超级电容由于功率密度高、充放电速度快、工作温度范围宽等优点被广泛应用于微电网、新能源发电、交通运输、工程机械等电机控制系统。然而，电机控制系统在运行过程存在大量的回馈能量，这些能量大多以热量的形式消耗了，能量利用率有待进一步提高。

超级电容储能控制装置根据超级电容电流、电压、荷电状态、直流母线电压和电流等信号，对电机输出能量进行跟踪控制，实现能量回收再利用。当电机处于馈能工况时，由于其再生电能的功率不确定，这部分能量回馈于直流母线环节，如果不能被及时处理，会引起直流母线功率波动。同时，负载波动、逆变单元之间的功率交换或负载不平衡等都会引起直流母线功率的波动，从而影响系统的稳定运行，严重时引起电力电子器件的损坏和电机的震动发热等。并且，超级电容储能装置工作在充电模式时，如果控制不当，不但吸收直流母线多余能量，而且吸收电网的能量，造成超级电容储能装置负担过重，频繁的能量转换引起不必要的能量损失，甚至影响系统的稳定运行。

发明内容

本发明目的在于解决超级电容储能装置在吸收直流母线多余能量的同时吸收电网的能量，引起损耗增加和直流母线功率波动等问题，公开一种网侧能量抑制的超级电容储能控制装置。

本发明设计了一种网侧能量抑制的超级电容储能控制装置，整套装置由主电路系统单元、信号采集单元和控制单元组成；所述主电路系统单元包括三相电网、三相整流器、滤波电容、三相PWM逆变器、交流电机、双向DC/DC变换器和超级电容模组；所述信号采集单元包括网侧电流传感器、第一模数转换电路、母线电流传感器、第二模数转换电路、高压侧电压传感器、第三模数转换电路、高压侧电流传感器、第四模数转换电路、超级电容电流传感器、第五模数转换电路、超级电容电压传感器、第六模数转换电路、功率检测器和第七模数转换电路；其特征在于，所述控制单元包括状态识别模块、SOC计算模块、与门、模式切换模块、预测算法模块、二次规划与功率校正模块、功率前馈双闭环控制器和PWM发生器；

三相电网的三相线均连接至三相整流器，三相整流器的DC+输出端和DC-输出端分别通过直流母线正和直流母线负连接至三相PWM逆变器，在直流母线正上串联有网侧电流传感器和母线电流传感器，在直流母线正与直流母线负之间并联有滤波电容与高压侧电压传感器，三相PWM逆变器经功率检测器连接交流电机；双向DC/DC变换器的高压侧一端通过高压侧电流传感器与直流母线正相连，双向DC/DC变换器的高压侧另一端与直流母线负相连，双向DC/DC变换器的低压侧一端通过超级电容电流传感器与超级电容模组的一端相连，双向DC/DC变换器的低压侧另一端直接与超级电容模组的另一端相连，超级电容电压传感器并联在双向DC/DC变换器和超级电容模组之间；