智能型多臺冗余儲能變流器在削峰填谷能量補(bǔ)償中的應(yīng)用

江 濤 余 勇 曹 偉

（陽光電源股份有限公司，合肥 230088）

1 削峰填谷能量補(bǔ)償功能

削峰填谷能量補(bǔ)償屬于電能質(zhì)量調(diào)節(jié)技術(shù)領(lǐng)域。通過專門的控制器檢測電網(wǎng)供電狀態(tài)，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)波峰擾動時，控制儲能變流器通過整流對直流側(cè)蓄能裝置充電，將電能進(jìn)行存儲，當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)波谷擾動時，控制儲能變流器將直流側(cè)能量逆變?yōu)榻涣麟姴⑷腚娋W(wǎng)，緩解電網(wǎng)的峰谷波動起到削峰填谷作用。

削峰填谷作用示意圖，如圖1。

圖1 削峰填谷作用示意圖

2 智能型多臺冗余儲能變流器削峰填谷補(bǔ)償系統(tǒng)

智能型多臺冗余儲能變流器應(yīng)用在削峰填谷能量補(bǔ)償中，僅需要一臺功率分配控制裝置就可以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制多臺冗余變流器進(jìn)行削峰填谷補(bǔ)償?shù)墓δ?。使其具有更靈活的工程現(xiàn)場應(yīng)用，擴(kuò)展了應(yīng)用范圍。同時多臺協(xié)調(diào)控制可以提高補(bǔ)償系統(tǒng)的可靠性和補(bǔ)償效果。

智能型多臺冗余儲能變流器削峰填谷補(bǔ)償裝置由儲能變流器、超級電容器陣列、功率分配控制裝置和變壓器組成。儲能變流器是三相PWM 變流器，可以實(shí)現(xiàn)能量的雙向流動。通過PWM 控制可以減小網(wǎng)側(cè)的諧波分量。功率分配控制裝置通過對電壓電流采樣計(jì)算后，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)分配控制命令給多臺冗余的儲能變流器。功率分配控制裝置的核心控制器件是DSP28335 芯片。超級電容陣列接在儲能變流器的直流側(cè)，交流側(cè)經(jīng)變壓器接入電網(wǎng)。智能型多臺冗余儲能變流器削峰填谷補(bǔ)償裝置原理如圖2。

圖2 智能型多臺冗余儲能變流器削峰填谷補(bǔ)償裝置原理

3 智能型多臺冗余儲能變流器削峰填谷補(bǔ)償原理

功率分配控制裝置的采樣電路將儲能變流器交流輸出側(cè)電流I1、電網(wǎng)母線總電流I2和電網(wǎng)母線電壓U采樣后送到功率分配控制裝置內(nèi)部的DSP 芯片通過坐標(biāo)變換得到相應(yīng)瞬時值UP、I1P、I2P。功率分配控制裝置內(nèi)部的DSP28335 芯片根據(jù)UP和I1P計(jì)算得到儲能變流器輸出側(cè)有功功率值P11。功率分配控制裝置內(nèi)部的DSP 芯片根據(jù)UP和I2P計(jì)算得到電網(wǎng)母線有功功率值P12。在功率分配控制裝置內(nèi)部的DSP 程序中通過P12和P11做差得到負(fù)載功率P。如果P大于設(shè)定的負(fù)載功率上限值，此時表示負(fù)載從電網(wǎng)瞬時吸收很大能量，導(dǎo)致電網(wǎng)會出現(xiàn)波谷跌落現(xiàn)象，功率分配控制裝置內(nèi)部的DSP 芯片會通過CAN 通信下發(fā)給每臺儲能變流器放電模式命令和放電功率值，使儲能變流器補(bǔ)充負(fù)載瞬時吸收的能量，減少負(fù)載對電網(wǎng)的沖擊，緩電網(wǎng)波谷擾動。每臺儲能變流器的放電功率值就是P與設(shè)定的負(fù)載功率上限值的差值的平均值。如果P小于設(shè)定的負(fù)載功率下限值，此時表示負(fù)載往電網(wǎng)釋放很大能量，導(dǎo)致電網(wǎng)會出現(xiàn)波峰現(xiàn)象，功率分配控制裝置內(nèi)部的DSP 芯片會通過CAN 通信下發(fā)給每臺儲能變流器充電模式命令和充電功率值，使儲能變流器瞬時吸收掉引起電網(wǎng)波峰擾動的能量，減少負(fù)載對電網(wǎng)的沖擊，起到平滑電網(wǎng)作用。每臺儲能變流器充電功率值就是設(shè)定的負(fù)載功率下限值與P的差值的平均值。如果P在允許限值范圍內(nèi)，功率分配控制裝置內(nèi)部的DSP 芯片會通過CAN 通信下發(fā)給每臺儲能變流器待機(jī)模式命令。

4 智能型多臺冗余儲能變流器削峰填谷補(bǔ)償在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的問題

智能型多臺儲能變流器削峰填谷補(bǔ)償在國內(nèi)現(xiàn)場得到較廣泛應(yīng)用，總體運(yùn)行情況良好，在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)還是會存在補(bǔ)償深度不夠的問題，具體如下：

在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，有時在需要系統(tǒng)提供削峰填谷補(bǔ)償時，多臺儲能變流器雖然可以正常響應(yīng)功率分配控制裝置下發(fā)的補(bǔ)償指令，但是由于變流器的直流能量存儲已經(jīng)不處于較飽和的補(bǔ)償狀態(tài)，所以在補(bǔ)償過程中會出現(xiàn)部分變流器因?yàn)檫^沖或過放不能提供理想的能量補(bǔ)償，導(dǎo)致實(shí)際的補(bǔ)償達(dá)不到理想效果。

5 針對智能型多臺冗余儲能變流器削峰填谷補(bǔ)償在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)問題的改進(jìn)

針對上述削峰填谷補(bǔ)償在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問題，在削峰填谷補(bǔ)償控制中添加每臺儲能變流器直流電壓的判斷邏輯。

1）電網(wǎng)正常時：當(dāng)功率分配控制裝置內(nèi)部的DSP 芯片檢測到超級電容器電壓低于1.1 倍的儲能變流器的直流電壓最低設(shè)定值時，功率分配控制裝置會下發(fā)充電模式給儲能變流器，當(dāng)檢測到超級電容器的電壓值高于0.9 倍的儲能變流器的直流電壓最高設(shè)定值時，功率分配控制裝置會下發(fā)放電模式。保持所有的超級電容器均處于較飽滿的能量存儲狀態(tài)，可以即時進(jìn)行能量補(bǔ)償。

2）電網(wǎng)削峰填谷補(bǔ)償時：當(dāng)負(fù)載從電網(wǎng)瞬時吸收很大能量，導(dǎo)致電網(wǎng)會出現(xiàn)波谷跌落現(xiàn)象，功率分配控制裝置內(nèi)部的DSP 芯片會通過CAN 通信下發(fā)給每臺儲能變流器放電模式命令和放電功率值，使儲能變流器補(bǔ)充負(fù)載瞬時吸收的能量，減少負(fù)載對電網(wǎng)的沖擊，緩電網(wǎng)波谷擾動。每臺儲能變流器的放電功率值就是P與設(shè)定的負(fù)載功率上限值的差值的平均值。如果負(fù)載往電網(wǎng)釋放很大能量，導(dǎo)致電網(wǎng)會出現(xiàn)波峰現(xiàn)象，功率分配控制裝置內(nèi)部的DSP 芯片會通過CAN 通信下發(fā)給每臺儲能變流器充電模式命令和充電功率值，使儲能變流器瞬時吸收掉引起電網(wǎng)波峰擾動的能量，減少負(fù)載對電網(wǎng)的沖擊。同時儲能變流器的采樣電路會采樣自己的直流側(cè)超級電容器電壓值，然后儲能變流器通過CAN通信把采樣的直流側(cè)超級電容器電壓值上傳到功率分配控制裝置內(nèi)部的DSP 芯片。當(dāng)功率分配控制裝置內(nèi)部的DSP 芯片檢測到某臺儲能變流器的超級電容器的電壓值低于1.1 倍的儲能變流器的直流電壓最低設(shè)定值時，如果功率分配控制裝置對該儲能變流器要下發(fā)的是放電模式命令或待機(jī)模式命令，那么放電模式命令或待機(jī)模式命令會被轉(zhuǎn)換為充電模式命令再下發(fā)給儲能變流器；如果功率分配控制裝置要下發(fā)的是充電模式命令，那么充電模式還是可以正常下發(fā)給儲能變流器。當(dāng)功率分配控制裝置內(nèi)部的DSP 芯片檢測到某臺儲能變流器的超級電容器的電壓值高于0.9 倍的儲能變流器的直流電壓最高設(shè)定值時，如果功率分配控制裝置對該儲能變流器要下發(fā)的是充電模式命令或待機(jī)模式命令，那么充電模式命令或待機(jī)模式命令會被轉(zhuǎn)換為放電模式命令再下發(fā)給儲能變流器，如果功率分配控制裝置要下發(fā)的是放電模式命令，那么放電模式命令還是可以正常下發(fā)給儲能變流器。當(dāng)功率分配控制裝置內(nèi)部的DSP 芯片檢測到某臺儲能變流器的超級電容器的電壓值大于1.1 倍的儲能變流器的直流電壓最低設(shè)定值并且小于0.9 倍的儲能變流器的直流電壓最高設(shè)定值時，功率分配控制裝置要下發(fā)的初始充放電模式命令或初始待機(jī)命令模式均可以正常下發(fā)給儲能變流器。前面之所以考慮超級電容器的電壓值情況，目的是保證超級電容器維持在較飽滿的蓄電狀態(tài)，保證后面充放電補(bǔ)償效果。

6 結(jié)論

智能型多臺冗余儲能變流器削峰填谷補(bǔ)償具有以下優(yōu)越性能：

1）拓寬應(yīng)用領(lǐng)域。協(xié)調(diào)控制多臺儲能變流器，使得整個補(bǔ)償裝置可以很靈活的搭配組合。較之以往的只對單臺變流器控制模式，可以滿足不同的應(yīng)用系統(tǒng)，拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。

2）更經(jīng)濟(jì)，更可靠。因?yàn)槭且慌_功率分配控制裝置作為主機(jī)去協(xié)調(diào)控制多臺冗余變流器，所以相比以往的控制器與變流器間一對一的單一控制可以降低成本。同時增強(qiáng)了控制的一致性和可靠性。

3）補(bǔ)償效果更理想。因?yàn)槎嗯_儲能變流器進(jìn)行削峰填谷補(bǔ)償過程中可以通過協(xié)調(diào)控制保證每臺超級電容具有較深度的補(bǔ)償能力。這樣就保證更理想的削峰填谷補(bǔ)償效果。因?yàn)槿绻煌ㄟ^一臺變流器進(jìn)行充/放電控制進(jìn)行削峰填谷的補(bǔ)償，假定在某一時刻正在給超級電容充電時，系統(tǒng)突然需要進(jìn)行填谷補(bǔ)償，此時要么等待充電完成再補(bǔ)償，但是這樣很容易錯過補(bǔ)償時機(jī)；要么是立刻轉(zhuǎn)到填谷補(bǔ)償，但此時由于充電尚未充分，補(bǔ)償?shù)男Ч膊粫硐?。但是，協(xié)調(diào)控制多臺變流器就可以很好的避免上述問題。因?yàn)槭嵌嗯_共同提供能量補(bǔ)償，可以大大提高補(bǔ)償可靠性。