[发明专利]一种结合蓄电池与超级电容的微电网储能装置及控制方法

摘要

本发明公开了一种结合超级电容与蓄电池的微电网储能装置及控制方法，属于微电网控制技术领域。首先将微电网的功率调度指令分解为高频部分与低频部分，然后由超级电容输出功率调度指令的高频部分，由蓄电池负责输出功率调度指令的低频部分，并引入变比例下垂控制器、虚拟阻抗以及储能单元端电压前馈等控制手段，从而可保证微电网的稳定运行并提高系统电能质量。

主权项

1.一种结合蓄电池与超级电容的微电网储能装置，所述微电网储能装置由蓄电池、超级电容、MPU控制器、第一单相逆变桥、第二单相逆变桥、第一LCL滤波器、第二LCL滤波器、第一驱动模块、第二驱动模块、第一至第四电流传感器、第一至第五电压传感器构成，并通过第一至第四电缆连接至微电网母线，其中，第一单相逆变桥由第一至第四功率管构成，第二单相逆变桥由第五至第八功率管构成；第一LCL滤波器与第二LCL滤波器均由单相逆变桥侧电感、滤波电容、电网侧电感构成；第一驱动模块的输入端与MPU控制器连接，第一驱动模块的一输出端与第一单相逆变桥的第一功率管、第四功率管的栅极连接，第一驱动模块的另一输出端与第一单相逆变桥的第二功率管、第三功率管的栅极连接；第二驱动模块的输入端与MPU控制器连接，第二驱动模块的一输出端与第二单相逆变桥的第五功率管、第八功率管的栅极连接，第二驱动模块的另一输出端与第二单相逆变桥的第六功率管、第七功率管的栅极连接；超级电容的输出正端与第一电压传感器的测量正端连接，超级电容的输出负端与第一电压传感器的测量负端连接；第一电压传感器的测量输出端与MPU控制器连接；第一单相逆变桥的输入正端与超级电容的输出正端连接，第一单相逆变桥的输入负端与超级电容的输出负端连接，第一单相逆变桥的输出正端与第一电流传感器的测量正端连接，第一单相逆变桥的输出负端与第一LCL滤波器的滤波电容的负端连接；第一电流传感器的测量负端与第一LCL滤波器逆变桥侧电感的一端连接，第一电流传感器的测量输出端与MPU控制器连接；第一LCL滤波器逆变桥侧电感的另一端与第一LCL滤波器的滤波电容的正端连接；第一LCL滤波器电网侧电感的一端与第一LCL滤波器的滤波电容的正端连接，第一LCL滤波器电网侧电感的另一端与第二电流传感器的测量正端连接；第二电流传感器的测量负端与第二电压传感器的测量正端连接，第二电流传感器的测量输出端与MPU控制器连接；第二电压传感器的测量负端与第一单相逆变桥的输出负端连接，第二电压传感器的测量输出端与MPU控制器连接；第一电缆的一端与第二电流传感器的测量负端连接，第一电缆的另一端与微电网母线的正端连接；第二电缆的一端与第二电压传感器的测量负端连接，第二电缆的另一端与微电网母线的负端连接；第五电压传感器的测量正端与微电网母线的正端连接，第五电压传感器的测量负端与微电网母线的负端连接，第五电压传感器的测量输出端与MPU控制器连接；蓄电池的输出正端与第三电压传感器的测量正端连接，蓄电池的输出负端与第三电压传感器的测量负端连接；第三电压传感器的测量输出端与MPU控制器连接；第二单相逆变桥的输入正端与蓄电池的输出正端连接，第二单相逆变桥的输入负端与蓄电池的输出负端连接，第二单相逆变桥的输出正端与第三电流传感器的测量正端连接，第二单相逆变桥的输出负端与第二LCL滤波器的滤波电容的负端连接；第三电流传感器的测量负端与第二LCL滤波器逆变桥侧电感的一端连接，第三电流传感器的测量输出端与MPU控制器连接；第二LCL滤波器逆变桥侧电感的另一端与第二LCL滤波器的滤波电容的正端连接；第二LCL滤波器电网侧电感的一端与第二LCL滤波器的滤波电容的正端连接，第二LCL滤波器电网侧电感的另一端与第四电流传感器的测量正端连接；第四电流传感器的测量负端与第四电压传感器的测量正端连接，第四电流传感器的测量输出端与MPU控制器连接；第四电压传感器的测量负端与第二单相逆变桥的输出负端连接，第四电压传感器的测量输出端与MPU控制器连接；第三电缆的一端与第四电流传感器的测量负端连接，第三电缆的另一端与微电网母线的正端连接；第四电缆的一端与第四电压传感器的测量负端连接，第四电缆的另一端与微电网母线的负端连接；其特征在于其中的MPU控制器的工作原理包括以下步骤：a.采集微电网的有功功率调度指令P*与无功功率调度指令Q*，分别经低通滤波器滤波后，得到有功功率调度指令P*的低频部分PL与无功功率调度指令Q*的低频部分QL，低通滤波器的计算公式为其中，ωc为低通滤波器截止频率，ω为输入信号的频率，则有功功率调度指令P*的高频部分为PH＝P*-PL无功功率调度指令Q*的高频部分为QH＝Q*-QLb.在t时刻，利用第五电压传感器采集微电网母线电压ug，利用第二电流传感器采集第一LCL滤波器电网侧电感电流ig1，经过第一功率计算器得到时间段T内的超级电容的并网有功功率P1与并网无功功率Q1；利用第四电流传感器采集第二LCL滤波器电网侧电感电流ig2，经过第二功率计算器得到时间段T内的蓄电池的并网有功功率P2与并网无功功率Q2，第一功率计算器的原理为第二功率计算器的原理为c.将有功功率调度指令P*的高频部分PH、无功功率调度指令Q*的高频部分QH、超级电容的并网有功功率P1与并网无功功率Q1输入第一变比例下垂控制器，计算出第一LCL滤波器输出电压的参考幅值U1*与参考频率f1*为：其中，U1H、f1H分别为t-1时刻第一LCL滤波器输出电压的参考幅值和参考频率，kp1和kq1分别为超级电容的有功下垂系数和无功下垂系数，按照下式进行计算：式中，a11、a12、a21、a22、b11、b12、b21、b22均为常数；将有功功率调度指令P*的低频部分PL、无功功率调度指令Q*的低频部分Q

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