一種630kW儲能變流器控制系統供電設計

摘要：提出一種儲能變流器（PCS）控制系統供電的設計方法，該方法基于該PCS二次系統各部分器件功率損耗與特點進行了供電設計，在樣機中驗證了該設計的可行性、實用性與可靠性。

關鍵詞：儲能變流器（PCS）;供電設計;瞬時功率;直流支撐;輸入冗余

0? ? 引言

智能電網中的儲能環節能有效調控電力資源，很好地平衡晝夜及不同季節的用電差異，同時可以調劑余缺、輔助調頻與保障電網安全，是可再生能源應用的重要前提和實現電網互動化管理的有效手段。可以說，儲能變流器（PCS）是實現智能電網的必備環節。儲能變流器可控制蓄電池的充電和放電過程，進行交直流的變換，在無電網情況下可以直接為交流負荷供電。

1? ? 系統組成

PCS由DC/AC雙向變流器、二次系統及控制單元、一次開關器件、冷卻系統、傳感器等構成，其中一次開關器件主要有直流斷路器（電控）、交流斷路器、交流接觸器（電控）、直流充放電接觸器。

直流側電壓DC500～1 000 V，交流側電壓AC380 V，一次回路如圖1所示。

2? ? 系統設計

2.1? ? 系統供電單元

二次控制系統需供電部分有：（1）冷卻系統的風機（AC220 V）;（2）核心控制系統（DC220 V）;（3）交流接觸器與直流斷路器線圈（DC220 V）;（4）驅動器（DC15 V）;（5）繼電器、控制顯示屏和指示燈等（DC24 V）;（6）交流接觸器與直流斷路器分勵（DC24 V）;（7）外部信號隔離繼電器（DC24 V）。

核心控制系統內部帶有獨立電源模塊，電源輸入要求DC110～310 V。

2.2? ? 電源輸入冗余設計

為了滿足PCS高可靠性要求，保證設備控制系統供電的穩定性，電源采用雙路輸入同時供電，設計可實現當一路電源發生故障時，設備控制系統不受影響，以保證供電的可靠性。

輸入電源采用一路交流電源、一路直流電源，其中交流取自交流斷路器網側，電壓AC380 V;直流取自直流斷路器電池側，電壓DC550～1 000 V;考慮到廠內調試與現場調試，外加一路交流外供電，電壓AC220 V，與冷卻風機共用。

交流380 V電壓經過變壓器變為AC155 V與AC220 V兩路，其中AC220 V與冷卻風機共用，DC550～1 000 V電壓經過電源模塊轉為DC220 V，兩者經整流橋整流為DC220 V并聯，如圖2所示。

2.3? ? 直流支撐電容設計

直流電路加電解電容可以起到濾波穩壓作用，對一次開關動作時產生的較大瞬時功率提供能量，保證電壓跌落在允許范圍之內。

交流接觸器最低保持電壓實際測試結果為108 V，DC24 V與DC15 V輸出的開關電源選擇輸入電壓最窄范圍為DC120～375 V，在一次開關分合或脫扣時電容板輸出電壓需要保持在DC120 V以上，為增加可靠性，設計瞬時功率增加時電壓保持在150 V以上。電容板設計如圖3所示。

2.4? ? 供電側設計

供電側總共有DC220 V、DC24 V、DC15 V三個電壓等級，均采用開關電源模塊。驅動器與控制顯示屏需要穩定供電，兩者單獨供電，開關電源采用雙路輸出，一路DC15 V給驅動器供電，一路DC24 V給控制觸摸屏供電;一次開關脫扣時瞬時功率較大，采用200 W功率單路輸出開關電源，繼電器與指示燈采用同路供電，設計瞬時最低電壓DC15 V;為提高設備的保護與抗干擾能力，外部信號隔離繼電器單獨供電，由于繼電器功率小，這里選取15 W的單路輸出開關電源。供電側設計如圖4所示。

3? ? 實驗驗證

各電操開關動作時，交流接觸器閉合瞬間對供電系統沖擊最大，直流電壓最低降至183 V，滿足設計要求的150 V以上，如圖5所示。

直流斷路器與交流斷路器分勵時直流電壓最低降低至21 V，滿足設計要求，波形如圖6所示。

4? ? 結語

交直流多路輸入與直流支撐電容的設計提高了控制系統供電的穩定性，該設計方案已成功在AES 630 kW儲能變流器上應用，極大地降低了設備運行風險，提升了產品性能，為電力的安全生產提供了強有力的支持。

[參考文獻]

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[2] 光伏發電并網逆變器技術規范：NB/T 32004—2013[S].

收稿日期：2020-03-23

作者簡介：郭偉（1989—），男，江蘇泗洪人，工程師，研究方向：電力電子應用技術。