变换器控制结构优化

应用DBS控制混合分布式可再生系统时，电源/蓄电池进行不同方式的充电或放电，每个变换器的运转模式都与变换器的充放电电压阈值和直流母线电压有关。

8.1.2.1 放电控制

电源/蓄电池放电变换器被设计成三种不同的工作模式——关闭、恒压和恒功率模式。在母线电压下降到低于其电压阈值之前每个变换器保持关断，变换器工作于恒压模式，一旦负载功率超出变换器能输出的最大功率，变换器限制其输出功率从而工作于恒功率模式。

图8-2 放电控制框图

放电控制框图见图8-2，控制结构分两层，一个为较快的电流内环，另一个为稍慢的PI控制电压外环。在电流环与电压环之间有动态电流限制，为了讨论简单，假定电流环的响应速度远快于电压环，所以电流环在图中被简化。

在恒压模式下，PI调节器通过给电流环提供参考电流从而使输出电压达到放电电压阈值。该模式下的电压低垂特性可以使负载电流同其他具有同样电压阈值的变换器共同分担。电压给定信号可由如下的表达式决定：

式中，U_n为变换器放电电压阈值；I_o为变换器输出电流；k为下垂系数。

动态电流限制用于关闭模式和恒功率模式。当母线电压高于阈值电压时，变换器必须关断，从而让高优先级电源提供负载能量。在这种情况下，PI调节器试图提供负的参考电流给电流内环。因此，当母线电压高于变换器的放电电压阈值时，极低的参考电流使变换器不参与工作。

恒功率模式下动态调整器输出参考电流为

I_ref=P_max/U_o （8-3）

式中，P_max为可再生电源MPP控制的最大输出功率或蓄电池最大放电功率。(www.xing528.com)

8.1.2.2 充电控制

蓄电池变换器接口是双向的，使蓄电池即可以充电也可以放电。因此蓄电池变换器有两个控制结构，一个用于充电，另一个用于放电。如图8-3所示为充电控制框图。当充电时，蓄电池变换器也有三种工作状态：关、恒压模式和充电限制模式。因为充电会造成母线电压下降，所以触发充电工作模式是通过提升母线电压而不是减少母线电压。

当母线电压低于蓄电池充电电压阈值时，充电器关断；当母线电压超过蓄电池充电器电压阈值时，说明可再生电源有多余的能量，此时蓄电池通过恒压模式进行充电。在恒压模式下，蓄电池通过使母线电压保持在充电电压阈值而吸收功率。PI调节器控制母线电压为

U_o^∗=U_n+k·I_o （8-4）

式中，U_n为蓄电池充电器电压阈值；k为下垂系数，允许多个蓄电池分担总充电电流。因为充电时I_o为负值，所以式（8-4）中的下垂系数使母线电压随着充电电流的增加而上升。

图8-3 充电控制框图

在恒压模式下，假如蓄电池充电电流没有超出充电电流限制值，蓄电池用可再生电源的多余能量进行充电，电流给定限制可以保证充电电流不会太大，防止充电功率过大，从而超出蓄电池充电功率额定值。这种限流叫做充电限流。

因为不考虑蓄电池工作周期和放电深度，所有的多余能量均用于给蓄电池充电，那么当蓄电池放电时，会立即达到最大放电效率，会损害蓄电池。因此局部控制必须加以改进从而让蓄电池的充放电工作最优化。这可以根据电池工作状态通过动态充放电电流限制监控器来实现，以延长蓄电池的使用寿命。

8.1.2.3 负载接口变换器

负载接口变换器为负载提供稳定的电压，并允许直流母线电压在一定的范围内波动。同时，直流母线电压低说明系统重载或电源变换器输出功率不足，此时可以通过控制负载接口变换器限制负载输出功率或卸掉负载。