智能型多臺冗余儲能變流器在削峰填谷能量補償中的應用

江 濤 余 勇 曹 偉

（陽光電源股份有限公司，合肥 230088）

1 削峰填谷能量補償功能

削峰填谷能量補償屬于電能質量調節技術領域。通過專門的控制器檢測電網供電狀態，當電網出現波峰擾動時，控制儲能變流器通過整流對直流側蓄能裝置充電，將電能進行存儲，當電網出現波谷擾動時，控制儲能變流器將直流側能量逆變為交流電并入電網，緩解電網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償系統

智能型多臺冗余儲能變流器應用在削峰填谷能量補償中，僅需要一臺功率分配控制裝置就可以實現協調控制多臺冗余變流器進行削峰填谷補償的功能。使其具有更靈活的工程現場應用，擴展了應用范圍。同時多臺協調控制可以提高補償系統的可靠性和補償效果。

智能型多臺冗余儲能變流器削峰填谷補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，可以實現能量的雙向流動。通過PWM 控制可以減小網側的諧波分量。功率分配控制裝置通過對電壓電流采樣計算后，負責協調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，交流側經變壓器接入電網。智能型多臺冗余儲能變流器削峰填谷補償裝置原理如圖2。

圖2 智能型多臺冗余儲能變流器削峰填谷補償裝置原理

3 智能型多臺冗余儲能變流器削峰填谷補償原理

功率分配控制裝置的采樣電路將儲能變流器交流輸出側電流I1、電網母線總電流I2和電網母線電壓U采樣后送到功率分配控制裝置內部的DSP 芯片通過坐標變換得到相應瞬時值UP、I1P、I2P。功率分配控制裝置內部的DSP28335 芯片根據UP和I1P計算得到儲能變流器輸出側有功功率值P11。功率分配控制裝置內部的DSP 芯片根據UP和I2P計算得到電網母線有功功率值P12。在功率分配控制裝置內部的DSP 程序中通過P12和P11做差得到負載功率P。如果P大于設定的負載功率上限值，此時表示負載從電網瞬時吸收很大能量，導致電網會出現波谷跌落現象，功率分配控制裝置內部的DSP 芯片會通過CAN 通信下發給每臺儲能變流器放電模式命令和放電功率值，使儲能變流器補充負載瞬時吸收的能量，減少負載對電網的沖擊，緩電網波谷擾動。每臺儲能變流器的放電功率值就是P與設定的負載功率上限值的差值的平均值。如果P小于設定的負載功率下限值，此時表示負載往電網釋放很大能量，導致電網會出現波峰現象，功率分配控制裝置內部的DSP 芯片會通過CAN 通信下發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波峰擾動的能量，減少負載對電網的沖擊，起到平滑電網作用。每臺儲能變流器充電功率值就是設定的負載功率下限值與P的差值的平均值。如果P在允許限值范圍內，功率分配控制裝置內部的DSP 芯片會通過CAN 通信下發給每臺儲能變流器待機模式命令。

4 智能型多臺冗余儲能變流器削峰填谷補償在應用中發現的問題

智能型多臺儲能變流器削峰填谷補償在國內現場得到較廣泛應用，總體運行情況良好，在實際應用中發現還是會存在補償深度不夠的問題，具體如下：

在實際應用中發現，有時在需要系統提供削峰填谷補償時，多臺儲能變流器雖然可以正常響應功率分配控制裝置下發的補償指令，但是由于變流器的直流能量存儲已經不處于較飽和的補償狀態，所以在補償過程中會出現部分變流器因為過沖或過放不能提供理想的能量補償，導致實際的補償達不到理想效果。

5 針對智能型多臺冗余儲能變流器削峰填谷補償在應用中發現問題的改進

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

1）電網正常時：當功率分配控制裝置內部的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定值時，功率分配控制裝置會下發充電模式給儲能變流器，當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定值時，功率分配控制裝置會下發放電模式。保持所有的超級電容器均處于較飽滿的能量存儲狀態，可以即時進行能量補償。

2）電網削峰填谷補償時：當負載從電網瞬時吸收很大能量，導致電網會出現波谷跌落現象，功率分配控制裝置內部的DSP 芯片會通過CAN 通信下發給每臺儲能變流器放電模式命令和放電功率值，使儲能變流器補充負載瞬時吸收的能量，減少負載對電網的沖擊，緩電網波谷擾動。每臺儲能變流器的放電功率值就是P與設定的負載功率上限值的差值的平均值。如果負載往電網釋放很大能量，導致電網會出現波峰現象，功率分配控制裝置內部的DSP 芯片會通過CAN 通信下發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波峰擾動的能量，減少負載對電網的沖擊。同時儲能變流器的采樣電路會采樣自己的直流側超級電容器電壓值，然后儲能變流器通過CAN通信把采樣的直流側超級電容器電壓值上傳到功率分配控制裝置內部的DSP 芯片。當功率分配控制裝置內部的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定值時，如果功率分配控制裝置對該儲能變流器要下發的是放電模式命令或待機模式命令，那么放電模式命令或待機模式命令會被轉換為充電模式命令再下發給儲能變流器；如果功率分配控制裝置要下發的是充電模式命令，那么充電模式還是可以正常下發給儲能變流器。當功率分配控制裝置內部的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定值時，如果功率分配控制裝置對該儲能變流器要下發的是充電模式命令或待機模式命令，那么充電模式命令或待機模式命令會被轉換為放電模式命令再下發給儲能變流器，如果功率分配控制裝置要下發的是放電模式命令，那么放電模式命令還是可以正常下發給儲能變流器。當功率分配控制裝置內部的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定值并且小于0.9 倍的儲能變流器的直流電壓最高設定值時，功率分配控制裝置要下發的初始充放電模式命令或初始待機命令模式均可以正常下發給儲能變流器。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，保證后面充放電補償效果。

6 結論

智能型多臺冗余儲能變流器削峰填谷補償具有以下優越性能：

1）拓寬應用領域。協調控制多臺儲能變流器，使得整個補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，可以滿足不同的應用系統，拓寬了應用領域。

2）更經濟，更可靠。因為是一臺功率分配控制裝置作為主機去協調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。同時增強了控制的一致性和可靠性。

3）補償效果更理想。因為多臺儲能變流器進行削峰填谷補償過程中可以通過協調控制保證每臺超級電容具有較深度的補償能力。這樣就保證更理想的削峰填谷補償效果。因為如果只通過一臺變流器進行充/放電控制進行削峰填谷的補償，假定在某一時刻正在給超級電容充電時，系統突然需要進行填谷補償，此時要么等待充電完成再補償，但是這樣很容易錯過補償時機；要么是立刻轉到填谷補償，但此時由于充電尚未充分，補償的效果也不會理想。但是，協調控制多臺變流器就可以很好的避免上述問題。因為是多臺共同提供能量補償，可以大大提高補償可靠性。