一种储能双向直流变换器的二次低频功率波动抑制方法

技术领域

本发明属于储能技术领域，尤其涉及一种储能双向直流变换器的二次低频功率波动抑制方法。

背景技术

储能系统中电池等储能设备通过双向直流功率变换器接入直流电网，向电网动态吸收、释放能量来保证直流电网电压恒定。当直流电网中接有单相逆变负载或者三相不平衡负载时，会向直流电网中注入二次纹波电流。如不加以抑制，二次纹波电流则会通过储能功率变换器传递至储能电池侧，导致储能系统功率波动，不仅会增大器件电流应力，降低能量转换效率，增大设备损耗，同时还会影响储能电池等设备的使用寿命。

目前，二次纹波电流的抑制方法主要可以分为无源抑制法和有源抑制法。无源抑制法通常采用较大的母线支撑电容来滤除二次纹波电流，但是增加了系统的体积和重量。此外，通过在支撑电容两端并联LC串联谐振电路来吸收二次纹波电流，但在大功率工况下系统所需滤波元件体积及重量较大，且LC滤波支路的损耗降低了系统效率。

有源抑制法主要从控制角度出发，通过控制策略重构系统闭环输出特性，抑制二次纹波电流注入储能系统。其次，在基于电压电流双闭环的二次纹波抑制策略基础上减小电压闭环的截止频率，来抑制二次纹波电流，但电压闭环较低的截止频率降低了系统的动态性能。在有源抑制法基础上，使用基于陷波器的负载电流前馈控制策略，可以有效抑制二次纹波电流，且保证动态响应速度。但陷波器的引入使系统在中心频率处引入-90°～90°的相位突变，弱化了系统稳定性。

发明内容

有鉴于此，为抑制由直流母线二次纹波电流导致的储能系统功率波动，本发明提出一种二次纹波电流抑制方法，在保证系统稳定运行的基础上，抑制储能变换器中的二次纹波电流，还可以使系统具有良好的动态响应速度。

本发明第一方面公开的储能双向直流变换器的二次低频功率波动抑制方法，包括以下步骤：

直流母线电压参考值与电压反馈值做差处理后，结果送入到电压PI调节器，电压PI调节器产生电流参考，此时电流参考值中含有二次波动信号；

将该二次波动信号用LMS算法进行处理后，将二次波动信号滤除，产生直流电流参考，然后与实际电流值做差处理送入电流PI调节器中，生成占空比，用以控制IGBT开关动作。

进一步的，所述LMS算法的目标是不断更新纹波权系数W

W

式中：W

本发明第二方面公开的储能双向直流变换器的二次低频功率波动抑制方法，将电压反馈采样信号用LMS算法进行处理后，输出值与电压反馈采样信号做差处理，然后与直流母线电压参考值做差处理后送入电压PI调节器，产生直流电流参考，然后与电感电流采样值做差处理送入电流PI调节器中，生成占空比，用以控制IGBT开关动作。

进一步地，所述储能双向直流变换器的结构为半桥单向升降压DC/DC变换器或双向升降压变换器，电路拓扑为两电平拓扑或者三电平拓扑。

本发明的有益效果如下：

本发明提出的自适应二次低频功率波动抑制算法，可高效抑制纹波，具有很强的频率适应性，对于特定次纹波的抑制效果较好。

附图说明

图1直流储能系统结构图；

图2直流变换器的电路拓扑图；

图3自适应选择性纹波消除算法；

图4二次低频波动功率抑制算法；

图5衍生二次低频功率波动抑制策略。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的直流储能系统通过DC/DC变换器将储能设备与直流母线相接。具体地，储能设备和储能双向直流变换器与分别与电容C2、电容Cd、三极管S1和S2串联电路并联连接，三极管S1和S2串联连接的一端分别连接电感L

DC/DC变换器一侧接在直流电网，另一侧接在储能设备上，其中储能设备可以为锂电池、超级电容、铅酸电池。

本发明中DC/DC变换器的结构可以为半桥单向升降压DC/DC变换器，也可以为双向升降压变换器，示例性地，电路拓扑可以为两电平拓扑或者三电平拓扑，电路结构如图2所示。

其中，两电平升降压拓扑为两个三级管Q1和Q2串联后与电容C并联，两个三级管Q1和Q2串联连接的一端分别连接电感L，电感L的另一端连接电容Cd，电容Cd的另一端与三级管Q2的另一端连接。

两电平双向升降压拓扑为两个三级管Q1和Q2串联后与电容C1并联，两个三级管Q1和Q2串联连接的一端分别连接电感L，电感L的另一端连接分别连接三极管Q3和Q4，三极管Q3和Q4为串联连接，串联后的电路与电容C2并联。

三电平升降压拓扑为四个三级管Q1、Q2、Q3和Q4串联后与电容C1并联，三级管Q2和Q3串联后与电容C2并联，三级管Q2和Q3串联连接的一端分别连接电阻R，电阻R的另一端连接电感L，电感L的另一端连接连接电容C3，电容C3的另一端分别与三极管Q4、电容C1连接。

三电平双向升降压拓扑为四个三级管Q1、Q2、Q3和Q4串联后与电容C1并联，三级管Q2和Q3串联后与电容C2并联，三级管Q2和Q3串联连接的一端分别连接电阻R，电阻R的另一端连接电感L；四个三级管Q5、Q6、Q7和Q8串联后与电容C4并联，三级管Q6和Q7串联后与电容C3并联，三级管Q6和Q7串联连接的一端分别连接电感L的另一端。

为了抑制直流母线二次纹波电流导致的储能系统功率波动，本发明采用了一种自适应选择性纹波消除(ASHE)算法，ASHE算法具有很强的频率适应性，对于特定次谐波的抑制效果较好。该算法的工作原理如图3所示。根据傅里叶变换理论，频率为2f

i

式中：ω

图3中LMS算法的目标是不断更新纹波权系数W

W

式中：W

基于ASHE算法，本发明提出的二次低频功率波动算法框图如图4所示。

图4中

算法步骤为：直流母线电压参考值与电压反馈值做差处理后，结果送入到电压PI调节器，电压PI调节器产生电流参考，此时电流参考值中将含有二次波动信号。将该二次波动信号用LMS算法进行处理后，将二次波动信号滤除，产生直流电流参考，然后与实际电流值做差处理送入电流PI调节器中，生成占空比，用以控制IGBT等开关动作。该算法可高效滤除电路中的二次纹波，避免了陷波器的引入使系统在中心频率处引入-90°～90°的相位突变的问题。

基于上述算法，如图4，本发明还提出如下的衍生控制策略：

将电压反馈采样信号用LMS算法进行处理后，输出值与电压反馈采样信号做差处理，然后与直流母线电压参考值做差处理后送入电压PI调节器，产生直流电流参考，然后与电感电流采样值做差处理送入电流PI调节器中，生成占空比，用以控制IGBT开关动作。

本发明的有益效果如下：

本发明提出的自适应二次低频功率波动抑制算法，可高效抑制纹波，具有很强的频率适应性，对于特定次纹波的抑制效果较好。

本文所使用的词语“优选的”意指用作实例、示例或例证。本文描述为“优选的”任意方面或设计不必被解释为比其他方面或设计更有利。相反，词语“优选的”的使用旨在以具体方式提出概念。如本申请中所使用的术语“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或从上下文中清楚，“X使用A或B”意指自然包括排列的任意一个。即，如果X使用A；X使用B；或X使用A和B二者，则“X使用A或B”在前述任一示例中得到满足。

而且，尽管已经相对于一个或实现方式示出并描述了本公开，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本公开包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件(例如元件等)执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能(例如其在功能上是等价的)的任意组件(除非另外指示)，即使在结构上与执行本文所示的本公开的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。此外，尽管本公开的特定特征已经相对于若干实现方式中的仅一个被公开，但是这种特征可以与如可以对给定或特定应用而言是期望和有利的其他实现方式的一个或其他特征组合。而且，就术语“包括”、“具有”、“含有”或其变形被用在具体实施方式或权利要求中而言，这样的术语旨在以与术语“包含”相似的方式包括。

本发明实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以多个或多个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。上述的各装置或系统，可以执行相应方法实施例中的存储方法。

综上所述，上述实施例为本发明的一种实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、代替、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。