储能逆变器的控制策略研究
储能逆变器能量管理及直流母线控制策略的研究
储能逆变器能量管理及直流母线控制策略的研究作者：李冰李宏来源：《科学与财富》2019年第22期摘要：储能逆变器既可以支持并网工作，也可以支持离网工作，同时还支持并离网无缝切换，较普通并网逆变器或离网逆变器复杂很多。
传统的方案仍然把储能逆变器看做一个整体，但是实际应用中工况繁多，系统变得复杂庞大，严重影响系统的分析和研究，进而影响系统的稳定性。
为了降低系统分析和研究的难度，笔者首先调研了储能逆变器的市场需求，从中归纳了能量管理的方案。
在此前提下，研究了一种基于母线管理的系统分解方案。
将系统分解为多个子系统，不同工况下，通过指定不同子系统控制母线的办法，让各子系统独立运行。
通过实际验证，方法可行有效。
关键词：光伏、储能、逆变器、母线电压控制0 引言太阳能作为取之不尽、用之不竭、分布广泛、无污染的新能源，具有更广阔的发展前景，更受到各方研究人员的青睐。
据国际能源署（IEA）预测，到2030年全球光伏累计装机量有望达1721GW，到2050年将进一步增加至4670GW，光伏行业发展潜力巨大。
但是，太阳能光伏发电的能量直接来源于太阳光的照射，而地球表面上的太阳照射受气候的影响很大，长期的雨雪天、阴天、雾天甚至云层的变化都会严重影响系统的发电状态。
随着光伏装机容量的增长，光伏并网发电的不稳定性问题逐渐凸显。
为解决光伏发电的稳定性，同时增加电网的可靠性，均衡峰谷电荷，光伏厂家逐渐开始开发储能产品。
储能逆变器既可以工作在并网模式，也可以工作与离网模式，电池板、电池、电网、负载会出现多种组和工况，给储能系统的设置增加很多难度。
为增加系统稳定性，减小设计难度，笔者以公用直流母线电压为接口，将复杂的系统解耦为多个独立的子系统。
1. 能量管理传统的并网逆变器实时将电池板的能量输送到电网；传统的离网逆变器轻载时将电池板的能量存入電池，重载时从电池取电。
两者的能量管理模式都很单一，管理算法简单。
储能逆变器，可以并网也可以离网，还需要并离网无缝切换。
构网型储能变流器及控制策略研究
构网型储能变流器及控制策略研究摘要：本论文主要介绍了构建网型储能变流器及其控制策略的基本知识和思路。
首先，我们介绍了网型储能变流器的结构组成，包括电容器、双向DC-DC变换器和交流侧逆变器等。
然后，我们分析了控制策略的设计，从直流侧功率控制、逆变器输出电压控制以及储能装置状态监测与安全控制三个方面进行了阐述。
最后，总结了文章的主要内容，并对未来的研究提出了展望。
关键词：构网型储能变流器；控制策略前言：近年来，随着新能源技术和电动汽车等相关领域的发展，储能技术在电力系统中的应用越来越广泛。
而作为储能系统中重要的一环，储能变流器的性能直接影响到整个系统的效率和稳定性。
如何构建高效稳定的网型储能变流器及其控制策略，是当前工程技术研究的热点之一。
本文旨在深入探讨这一问题，并给出一些可行的解决方案，希望能为该领域的研究者提供一些有益的参考和启示。
一、构建网型储能变流器的结构网型储能变流器是一种用于将储能电池中的直流电转化为符合电网要求的交流电的设备。
它通常由直流侧的电容器、双向DC-DC变换器和交流侧的逆变器等组成。
其中，电容器起到平滑直流侧电压的作用，避免出现电压波动，同时也能够提高系统的稳定性和响应速度。
双向DC-DC变换器则是连接储能电池和逆变器之间的核心部件，其作用是将储能电池的电压调整到与电网相匹配的水平，在不同功率状态下实现高效转换。
在储能电池需要充电时，双向DC-DC变换器能够将电网中的电能转化为直流电并注入储能电池中；当储能电池需要输出电能时，双向DC-DC变换器则将储能电池的直流电能转化为交流电能，并通过逆变器注入电网中。
逆变器是网型储能变流器中最核心的部分，它负责将直流侧的电能转化为符合电网要求的交流电。
逆变器通常采用PWM控制技术，通过不断调节开关管的占空比和频率来控制输出电压的大小和波形。
此外，逆变器还需要采用PI控制器或其他优化算法来保证输出电压的稳定性和质量，以满足电网的需求。
储能变流器的控制策略
储能变流器的控制策略
储能变流器的控制策略主要涉及如何有效地控制储能系统的能量流动，以实现能量的存储和释放。
以下是一些常见的储能变流器控制策略：
1. 最大功率点跟踪（MPPT）：通过调整变流器的输出功率，使其能够在太阳能电池板或其他能源产生装置的最大功率点处工作。
这可以最大限度地利用能源产生装置的输出功率。
2. 荷电状态（SOC）控制：根据电池的荷电状态来控制储能变流器的充放电。
当电池荷电状态较低时，变流器会从电网或其他能源源吸收能量进行充电；当电池荷电状态较高时，变流器会将能量释放回电网或供给负载。
3. 恒压恒流（CVCC）控制：在充电过程中，变流器可以采用恒压恒流控制策略，以确保对电池进行安全和有效的充电。
恒压阶段用于将电池充电至设定的电压值，恒流阶段用于控制充电电流，以避免过充。
4. 动态功率分配：储能变流器可以根据电网的需求和能源供应情况，动态地分配储存的能量。
这可以通过实时监测电网的频率、电压等参数，并根据需要调整变流器的输出功率来实现。
5. 故障保护：储能变流器应具备故障保护功能，以确保系统的安全运行。
这包括过流保护、过压保护、短路保护等，以应对各种异常情况。
6. 能量管理：通过与其他能源转换设备（如光伏逆变器、风力发电机等）的协调，储能变流器可以参与能量管理，优化整个能源系统的运行。
储能变流器不平衡负载控制策略
储能变流器不平衡负载控制策略张凯(国网冀北电力有限公司秦皇岛供电公司，河北秦皇岛066000)摘要：离网模式下，在三相负载不平衡情况下仍能维持三相输出电压的对称性是储能变流器(PCS)的一个重要性能。
此处分析逆变器输出接不平衡负载时的系统不平衡机理，提出谐振控制器系统控制，以抑制不平衡负载条件下控制环路中所存在的二倍工频脉动信号，与电压/电流正负序分离等常规控制相比，简化系统控制结构。
通过建立系统环路模型，分析环路控制参数以及谐振控制器的设计方法。
仿真和实验验证了所提系统控制策略能有效地抑制由不平衡负载引起的输出电压畸变，获得高质量的输出电压波形。
关键词：储能变流器；不平衡负载；谐振控制器中图分类号:TM46文献标识码：A文章编号:1000-100X(2019)01-0057-04Control Strategy for Power Conversion System UnderUnbalanced Load ConditionsZHANG Kai(State Grid Qinhuangdao Power Supply Company,Qinhuangdao066000,China)Abstract:In off-grid mode,maintaining the symmetry of the three-phase output voltage under three-phase load imbalance is an important performance of the power conversion system(PCS).T he unbalanced mechanism when the inverter output is connected to the unbalanced load is analyzed,and the resonant controller is proposed to suppress the double power frequency ripple signal and voltage/current present in the control loop under unbalanced load conditions.T he control structure is very simple compared to the positive and negative sequence of output voltage separation. By establishing a system loop model,the loop control parameters and the design method of the resonant controller are analyzed. Simulation and experimental verification of the proposed system control strategy,it can effectively suppress the output voltage distortion caused by the unbalanced load and obtain a high-quality output voltage waveforms. Keywords:power conversion system；unbalanced load；resonant controller1引言在低压微电网中，由于三相负荷不对称普遍存在，PCS工作在离网模式时，将导致变流器所产生的支撑电压出现三相不平衡，从而造成较多的能量损失，影响系统的稳定性山。
微网储能逆变器PCS的研究
ｍ 为调制度 ，Ｏ ≤ｍ ＜ １ ； 国 为正弦信号波角频率 。
由状 态 空 间平 均模 型 可 以推 导 出 Ｓ域 的传 递 函 数 表 达 式
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图４ Ｓ Ｐ Ｌ Ｌ 结 构 原 理 图
２ ０ １ ５年 ５期
８ １
电网技术
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图 １ 储能逆变器主 电路 图 取微 网储能逆 变器 的滤波 电感 电流 ０和输 出电容 的电
压 为 系 统 的状 态 变 量 ， 则 由图 １ 可 列 出如 下 状 态 方 程 为 ：
Ｃ
解 出 Ｄ轴 和 Ｑ轴 ，Ｄ轴 代表 有 功 分 量 ，Ｑ轴 代 表 无 功 分 量 。 通过 Ｐ Ｉ 调 节 使 得 Ｑ轴 为 ０ 。即 达 到 了系 统 与 电网 的 同 步 。
业 出版 社 ，２ ０ ０ ４ ．
图５ Ａ相 初 始 相 位 为 ０ ，频 率 ５ ０ Ｈ Ｚ 图 ５可 以看 出系 统 采 用 上 述 锁 相方 法可 以很 好 的 跟 踪 电 网 的
相位 。
５ 结 果 与 分析
储 能逆 变器 在 Ｓ Ｉ Ｍ Ｕ Ｌ Ｉ Ｎ Ｋ环 境 下 利 用 Ｓ ｉ ｍ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ 三种工作模式
分别 离网运行模式、并 网运行模 式和 带本地负载并网模 式 。 本 文 建 立 了储 能 逆 变 器 的状 态 空 间 平 均 模 型 ， 同 时 在 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ的 Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ｉ ｎ ｋ搭 建 了 系统 的仿 真模 型 ， 为 硬 件 电路 调 试提供指 导。文 章重点介绍了单相系统锁相 同步技术 ，借鉴 三 相锁相环 的鉴相算法 ，实现 了电网 电压相位 的实时调整 。 最 后 通 过 软 件 仿 真 和 实 验 结 果 验 证 了这 种控 制 的 可 行 性 。
储能逆变器控制算法
储能逆变器控制算法1.引言1.1 概述概述部分的内容应该是对储能逆变器控制算法进行简要介绍和概括。
以下是对该部分内容的一个可能的书写：储能逆变器是一种关键的电力电子设备，它在电能储存和转换领域起着重要的作用。
储能逆变器的控制算法是确保其正常运行和高效能输出的关键因素之一。
储能逆变器控制算法旨在根据实时的电网和负载条件，控制储能系统的电能流动，以提供稳定的电力输出和优化的能量利用。
它能够实现电能储存和释放的平衡，提供高质量的电力供应，并在电网故障等异常情况下保证系统的可靠性。
储能逆变器的控制算法主要包括电流控制、电压控制和功率控制等方面。
其中，电流控制是保证电流在逆变器和储能电池之间的稳定流动，防止过载和短路等故障的一种关键技术。
电压控制可确保储能逆变器输出电压稳定，以满足电力供应的需求。
功率控制方面的算法能够根据需要调整储能逆变器的输出功率，以达到能源管理的最佳效果。
为了实现储能逆变器控制算法的高效性和可靠性，研究人员不断进行理论探索和实践验证。
通过对系统的建模与仿真，采用先进的控制算法，储能逆变器能够实现电能的高效转化和存储。
同时，结合先进的通信技术和智能化控制策略，可以进一步提高储能逆变器的性能和自适应能力。
本文将深入探讨储能逆变器的控制算法，并对目前主要的控制算法进行详细介绍和分析。
我们将重点研究不同控制算法的优劣比较、适用场景和应用效果。
最后，我们将总结当前研究的不足之处，并展望未来储能逆变器控制算法的发展方向和潜在的应用前景。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包含以下信息：本文按照以下结构进行介绍和分析储能逆变器的控制算法。
首先，引言部分将提供关于本文的概述，包括对储能逆变器的基本原理进行简要介绍，并说明本文的目的。
接下来，正文部分将详细介绍储能逆变器的基本原理，包括其工作原理、电路结构等内容。
然后，本文将主要关注储能逆变器的控制算法，对于不同的控制算法进行分析和比较，讨论其优缺点以及适用的场景。
储能逆变器 设计 -回复
储能逆变器设计-回复储能逆变器设计（Design of Energy Storage Inverter）引言：随着清洁能源技术的发展和应用，能源储存技术成为实现可持续能源利用的重要手段之一。
储能逆变器作为储能系统的核心组件之一，扮演着重要角色。
本文将从储能逆变器设计的基本原理、技术指标选择、拓扑结构设计和控制策略等方面进行详细阐述。
一、储能逆变器设计的基本原理储能逆变器是一种电能转换设备，主要实现电能的存储和输出。
其基本原理是将直流储能电池组提供的直流电能转换为交流电能，并根据负载需求调整输出电压和频率。
储能逆变器的核心部件是功率开关器件，如MOSFET、IGBT等。
在工作过程中，通过不同的开关状态来控制电流的流向和大小，从而实现电能转换。
其基本工作原理可以简化为三个步骤：直流电能输入、逆变和交流电能输出。
二、技术指标选择在设计储能逆变器时，需要根据具体应用场景和需求选择合适的技术指标，包括功率容量、输入电压范围、输出电压范围、输出频率范围、电流波形质量等。
1. 功率容量：根据实际储能需求以及负载功率需求确定逆变器的功率容量。
通常使用的功率容量单位是千瓦（kW）或兆瓦（MW）。
2. 输入电压范围：根据储能系统的电压等级以及充电和放电过程中的电压波动范围来确定逆变器的输入电压范围。
常见的输入电压范围包括低压（LV）、中压（MV）和高压（HV）等。
3. 输出电压范围：根据实际负载需求和应用场景来确定逆变器的输出电压范围。
常见的输出电压范围包括110V、220V、380V等。
4. 输出频率范围：根据实际负载需求和应用场景来确定逆变器的输出频率范围。
常见的输出频率范围包括50Hz、60Hz等。
5. 电流波形质量：根据实际负载需求和精度要求来确定逆变器的电流波形质量指标，如谐波畸变率、峰值因数等。
三、拓扑结构设计拓扑结构是储能逆变器设计的关键，不同的拓扑结构有不同的性能优势和适用场景。
1. 单相逆变器：适用于单相负载的场景，常见的单相逆变器拓扑结构包括半桥逆变器、全桥逆变器等。
单相光伏储能逆变器中h6桥电路及控制研究
单相光伏储能逆变器中H6桥电路及控制研究周星诚，方宇，顾越铠，曹松银(扬州大学，信息工程学院，江苏扬州225100)摘要：在此以H6桥电路作为单相光伏储能逆变器中的网侧变换器，分析了H6桥变换器在逆变工况和整流工况下的电路工作模态，揭示了其共模漏电流的抑制机理，并在此基础上提出双向H6桥变换器的一致单极性调制方法，从而统一了H6桥变换器在能量双向流动时开关管的调制策略，并降低了开关管的损耗。
给出双向H6桥变换器在逆变和整流工况下的双闭环控制方法，推导了相应的传递函数，分析了双向H6桥变换器基于直流母线电压稳定控制的能量双向流动原理，并给出了网侧变换器双闭环控制参数的整定方法。
最后，搭建了单相光伏储能逆变器的仿真模型和实验样机，仿真和实验验证了H6桥电路原理分析和控制方法的正确性。
关键词：变换器；共模漏电流；并网逆变；整流中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1000-100X(2020)03-0071-04Study of Operating Principle and Control Method of H6-bridgeBased on Single Phase Photovoltaic Energy Storage InverterZHOU Xing-cheng,FANG Yu,GU Yue-kai,CAO Song-yin(Yangzhou University, Yangzhou225100, China)Abstract ： H6-bridge converter is used as grid-side converter in single-phase photovoltaic energy storage inverters.Firstly, the operating modes of H6-bridge converter under inverting and rectifying conditions are analyzed,and principle of common-mode leakage current suppression is revealed.On this basis,a uniform unipolar modulation method of bidirectional H6-bridge converter is proposed, which unifies the modulation strategy of switches in H6-bridge converter when energy flows bidirectionally，and the modulation strategy can also reduce the loss of the switch.Then, the double closed-loop control method of bidirectional H6-bridge converter under inverting and rectifying conditions is presented, the corresponding transfer function is deduced,the energy bi-directional flow principle of bidirectional H6-bridge converter based on DC bus voltage stability control is revealed, the calculation method of double closed-loop control parameters of grid-side converter is given.Finally, the simulation model and experimental prototype of single-phase photovoltaic energy storage inverter are built.The simulation and experiment verify the correctness of the research method. Keywords：converter；common-mode leakage current；grid-connected inverter；rectificationFoundation Project ： Supported by National Natural Science Foundation of China(No.61873346) ；Science and Technology Cooperation Fund of Yangzhou City Hall Project(N〇.YZ2018136)l引言光伏储能技术是智能电网发展的必备技术，能提高能源的利用率，在一定程度上缓解了全球 能源紧张问题光伏储能逆变器由最大功率点跟踪（MPPT)控制器、电池充放电电路和双向逆变 电路构成，其中双向逆变电路大多采用无变压器 隔离方案13]。
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储能逆变器的控制策略研究
发表时间：2018-05-30T10:13:41.427Z 来源：《电力设备》2018年第1期作者：杜学平
[导读] 摘要：目前我国经济发展十分快速，电力行业越来越普遍，随着分布式电源不断接入电网和微电网系统的发展，微电网对系统的运行稳定性及供电可靠性都提出了一定的要求。
（青岛科技大学自动化与电子工程学院山东青岛 266199）
摘要：目前我国经济发展十分快速，电力行业越来越普遍，随着分布式电源不断接入电网和微电网系统的发展，微电网对系统的运行稳定性及供电可靠性都提出了一定的要求。
储能系统应运而生，储能系统可以存储过剩的电能，在发电能力较弱时再放出电能给负载供电，实现削峰填谷，完美解决新能源间歇性发电的问题。
储能系统在微电网中发挥着非常重要的作用，而储能逆变器又是储能系统中的核心部分，因此储能逆变器的控制策略研究是非常有实用价值的。
关键词：储能；逆变器；控制策略；研究
1系统结构和基本原理
图1 系统结构简图
以电池为介质的储能系统主要由电池及其管理系统（风能、太阳能的储能系统）和能量转换系统（ＰＣＳ）两个部分组成（如图1所示）。
电池通过ＰＣＳ与电网交换能量（或离网负载），根据实际需要储存或释放能量。
作为电池与大电网之间接口的ＰＣＳ，实际上是大功率的电力电子变流器，此处ＰＣＳ特指储能逆变器（储能变流器）。
常见的储能逆变器分为单级型和多级型两种主要形式。
单级型储能变流器的拓扑仅由一个ＡＣ／ＤＣ环节构成，其优点是结构简单、控制方法简便，逆变器损耗低，能量转换效率高。
但是存在以下缺点：1）一个AC-DC不可以充分多路输出；2）电池电压的工作范围不能灵活控制；3）电池电压固定不能灵活分配。
由于以上确定我们选择两多级型，我们选择两级，增加一级隔离DC-DC的控制，该级控制可以根据功率灵活的扩展DC-DC通道的数量和输出电压的大小（如图2所示）。
1.1 AC-DC部分介绍：
AC-DC部分拓扑采用三电平，其中开关频率为20K，功率器件为：初步选定英飞凌的DF100R07W1H5FP_B3的IGBT模组。
此部分效率可达到98%。
在大功率PWM变流装置中，常采用三点式电路，这种电路也称为中点钳位型（Neutral Point Clamped）电路（如图3所示）。
与两点式PWM相比，三点式PWM调制主要有以下优点，一是对于同样的基波与谐波要求而言，开关频率可以低得多，从而能够大幅度减少开关损耗；二是主功率器件断开时所承受的电压仅为直流侧电压的一半，因此这种电路应用在高电压大容量的产品上特别合适。
在控制策略方面，在传统的PWM整流器双闭环控制的基础上，采用内模控制代替电流内环PI调节器，以提高系统的鲁棒性能、跟踪性能和动态响应能力。
图2 两级PCS框图图3 AC-DC主原理图
1.2 DC-DC部分介绍：
DCDC部分拓扑采用CLLC准谐振开关技术，开关频率100K或者是更高频率，功率器件采用单管MOS并联组成（并联数量根据功率确定，具体原理框图见图4）。
功率器件为：初步选定英飞凌的IRFP4668P6F。
此部分效率可达到90%以上。
隔离DC/DC部分采用CLLC谐振软开关技术，它应用谐振的原理，使开关器件中的电流（或电压）按照正弦或标准正弦规律变化。
当电流通过零点时，使器件关断（或电压为零时，器件打开），从而减少开关损耗。
它不仅可以解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题并且还能解决二极管反向恢复问题，对于由于硬开关引起的EMI 等问题也有很好的改善。
这种拓扑结构，电路结构简单，工作效率高，并在输入电压和负载变化范围很宽的情况下依旧具有良好的电压调节特性，不仅可以在原边实现开关管 ZVS，还可以使副边整流管实ZCS，且原副边管子的电压应力较低。
图4 DC-DC 原理框图
2、几种必要的控制模式
2.1并网模式到孤岛模式：
储能逆变器并网模式到离网模式的切换分为两种主动切换和被动切换。
主动切换指人为的把储能逆变器离网；被动切换指因电网故障或者电压过低等原因，储能逆变器受到不良影响，把储能逆变器切离电网ＰＷ。
主动切换情况下，电网电压幅值和频率等指标正常，此时模式切换策略较为简单，只需要提供一个与电网电压相同的量作为离网模式下储能逆变器控制策略的参考值，在断开开关的同时控制方式切换为ＶＦ，电压外环给定值为电网电压幅值和频率。
被动切换情况下，电网电压幅值和频率等指标可能不正常，此时的控制策略需参考
离网模式到并网模式的无缝切换策略。
2.2离网控制
ＰＣＳ离网运行时，逆变器将作为主电源，目标是维持系统内部的电网电压和频率。
当储能逆变器离网运行时，网侧变流器可等效为一个电压源，控制输出电压的幅值和频率，控制给定值取自系统的设定值，而输出电流由负载情况决定。
当逆变器独立工作时需要使逆变器的输出电压能满足负载的电压要求，为此提出了一种基于电压电流双环控制策略，通过建立其两相同步旋转坐标系下的数学模型，利用电压外环实现对输出电压的稳定控制，内环电流实现对输出电流的控制。
交流侧仍采用双闭环控制，外环为交流电压环，维持输出交流电压的稳定；内环采用交流电流环，保证系统的动态性能。
在电压环中加入了逆变器输出电流作为前馈，可以提高逆变器的动态性能和抗干扰能力。
该控制方式增加了一个电感电流内环控制，使得系统的带宽增大，反应速度加快，系统抗干扰能力强，调节时间短，谐波含量小，同时有效地限制负载电流，起保护作用，更具优越性。
其次，对于储能逆变器来说交流侧有功和无功的控制也是极其重要的。
结语
储能在可再生能源微网中具有重要的作用，可以作为组网电源的一部分，实现微网的组网和稳定控制，也是微电网实现与外部大电网平滑切换的重要环节。
深入分析了储能逆变器在微网中并网运行、离网运行实际的控制策略，以及在两种模式平滑切换过程中的作用。
储能控制器能够可靠实现微网的离网和并网运行控制，有效改善了可再生能源发电输出功率间歇性和随机性等不足，确保微网的稳定运行和供电可靠性。
参考文献：
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