一種基于釩電池的備用電源裝置及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于儲(chǔ)能系統(tǒng)控制領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種基于釩電池的備用電源 裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著煤、石油等非再生資源的不斷消耗，人們開始利用風(fēng)能、太陽能等可再生清潔 能源進(jìn)行發(fā)電。但風(fēng)能、太陽能作為一種非持續(xù)供電資源，因此需要一種性能優(yōu)良的儲(chǔ)能電 池與之配套，在電量富余時(shí)用電池將電能儲(chǔ)存起來，待電力缺乏時(shí)用電池并網(wǎng)發(fā)電，以滿足 沒有風(fēng)或陽光時(shí)可能帶來的缺電情況。因此迫切需要解決的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)就是高效率、長 壽命、低成本的儲(chǔ)能問題。
[0003] 釩電池全稱為全釩氧化還原液流電池。它由兩個(gè)電解液槽和一層層的電池單元組 成，兩個(gè)電解液槽分別存放正負(fù)極電解液，電解液中分別存在著不同化合價(jià)的釩離子。使用 泵將不同電解液槽的正負(fù)極電解液混合在一起，釩電池就通過電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行工作。釩電 池由于具有性能可靠、使用壽命長、電化學(xué)反應(yīng)迅速、能量轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)，受到了廣泛 的關(guān)注。
[0004] 目前大部分釩電池儲(chǔ)能供電系統(tǒng)是在釩電池基礎(chǔ)上接入一個(gè)充電機(jī)進(jìn)行充放電 工作。若電網(wǎng)沒電時(shí)，就需要尋找另外一電源來驅(qū)動(dòng)釩電池泵，從而保證該裝置的正常工 作。并且在使用過程中如果沒有很好做到對釩電池的控制，可能會(huì)導(dǎo)致釩電池電流突變等 情況，影響其使用壽命。
[0005] 因此，期望通過改變釩電池儲(chǔ)能供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并提出了新的控制方法來彌補(bǔ) 現(xiàn)有裝置的不足。新型的釩電池備用電源裝置不僅可以更為方便的使用，而且可以保證其 運(yùn)行更加平穩(wěn)，提高了系統(tǒng)使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于釩電池的備用電源裝置及 控制方法，使城域網(wǎng)與接入網(wǎng)得到有效融合，同時(shí)具有可擴(kuò)展、高靈活以及低成本的性能。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明一種基于釩電池的備用電源裝置，其特征在于，包括 主回路和控制t旲塊；
[0008] 所述的主回路包括釩電池模塊、鉛酸電池模塊、DC-DC1模塊、DC-DC2模塊、DC-AC 模塊和接觸器；
[0009] DC-DC1模塊的輸入側(cè)通過接觸器與釩電池模塊相連，輸出側(cè)接入直流母線； DC-DC2模塊的輸入側(cè)通過接觸器與鉛酸電池模塊相連，輸出側(cè)接入直流母線；DC-AC模塊 的輸入側(cè)與直流母線相連，輸出側(cè)通過變壓器接入負(fù)載電機(jī)；
[0010] 所述的控制模塊包括DC-DC1控制模塊、DC-DC2控制模塊和DC-AC控制模塊；
[0011] DC-DC1控制模塊采用電流環(huán)控制模式：采集DC-AC模塊的輸入電流，經(jīng)過低通濾 波器濾波后，以直流分量作為DC-DC1控制模塊的給定電流值，以DC-DC1模塊的輸出電流作 為反饋，兩者作差后進(jìn)行PI控制，輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號給DC-DC1模塊；
[0012] DC-DC2控制模塊采用電壓環(huán)控制模式：將給定電壓和直流母線電壓作差，其差值 進(jìn)行PI控制，輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號給DC-DC2模塊；
[0013] DC-AC控制模塊采用交流輸出電壓的壓頻比控制模式：取交流輸出線電壓和給定 電壓兩者的小值，并結(jié)合電網(wǎng)電壓的角頻率進(jìn)行dq/a 0變換，再通過SVPWM控制，輸出PWM 驅(qū)動(dòng)信號給DC-AC模塊。
[0014] 進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供一種啟動(dòng)備用電源裝置的方法，其特征在于，包括以下步 驟：
[0015] 1. 1、閉合鉛酸電池模塊與DC-DC2模塊間連接的接觸器，啟動(dòng)DC-DC2控制模塊，從 而穩(wěn)定直流母線電壓；
[0016] 1. 2、閉合DC-AC模塊輸出端的接觸器，啟動(dòng)DC-AC控制模塊，控制交流輸出線電壓 u，使交流輸出線電壓u穩(wěn)定到380V、頻率50Hz;
[0017] 其中，交流輸出線電壓u滿足：
[0018] u =a?f2
[0019]
[0020] 其中，f為交流輸出線電壓頻率，單位為Hz，a為常數(shù)，T為軟啟動(dòng)時(shí)間，t為運(yùn)行時(shí) 間；
[0021] 1. 3、完成步驟1. 2后，閉合釩電池模塊與DC-DC1模塊間相連的接觸器，啟動(dòng) DC-DC1控制模塊，控制備用電源裝置運(yùn)行在電流環(huán)輸出模式。
[0022] 更進(jìn)一步的，本發(fā)明還提供一種關(guān)閉備用電源裝置的方法，其特征在于，包括以下 步驟：
[0023] 2. 1、將DC-AC模塊置于停機(jī)模式，啟動(dòng)DC-AC控制模塊，控制交流輸出線電壓u，使 交流輸出線電壓和頻率逐漸減小為〇 ;
[0024] 其中，交流輸出線電壓u滿足：
[0025] u =a?f2
[0026]
[0027] 其中，f為交流輸出線電壓頻率，單位為Hz，a為常數(shù)，T為軟停機(jī)時(shí)間，t為運(yùn)行時(shí) 間；
[0028] 2. 2、在完成步驟2. 1后，斷開DC-AC模塊輸出端的接觸器，當(dāng)DC-AC模塊的輸出電 流和DC-DC1模塊的給定電流逐步變?yōu)?時(shí)，關(guān)閉DC-DC1控制模塊輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號，斷 開釩電池與DC-DC1模塊間連接的接觸器；
[0029] 2. 3、關(guān)閉DC-DC2控制模塊輸出的PWM驅(qū)動(dòng)信號，斷開鉛酸電池與DC-DC2接口模 塊間連接的接觸器。
[0030] 本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0031] 本發(fā)明基于釩電池的備用電源裝置及控制方法，通過釩電池與鉛酸電池相互配 合，實(shí)現(xiàn)了對負(fù)載電機(jī)的供電和備用電源裝置的停機(jī)。在具體配置中，當(dāng)備用電源裝置為 負(fù)載電機(jī)供電時(shí)，釩電池工作在電流源模式，以采集的母線電流和DC-DC1模塊輸出電流作 為控制對象，使釩電池輸出恒定電流，鉛酸電池工作在電壓源模式，以母線電壓作為控制對 象，穩(wěn)定母線電壓，再經(jīng)過逆變過程輸出交流電給負(fù)載電機(jī)，具有操作簡單的特點(diǎn)，符合儲(chǔ) 能系統(tǒng)發(fā)展的需要。
[0032] 同時(shí)，本發(fā)明基于釩電池的備用電源裝置及控制方法還具有以下有益效果：
[0033](1)、通過對DC-DC1模塊使用三路交錯(cuò)并聯(lián)雙向半橋結(jié)構(gòu)，減小了直流電流紋波 的干擾，同時(shí)也顧及到釩電池輸出電壓波動(dòng)范圍大的特點(diǎn)，便于控制；
[0034] (2)、通過壓頻比的控制方式實(shí)現(xiàn)了對逆變過程的軟啟動(dòng)，使系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、無沖 擊；
[0035](3)、采用電流比較來控制釩電池輸出電流，保證了釩電池輸出電流平穩(wěn)不突變， 可以延長釩電池的使用壽命。
【附圖說明】
[0036] 圖1是本發(fā)明基于釩電池的備用電源裝置的原理框圖；
[0037]圖2是圖1所示DC-DC1模塊采用的三路交錯(cuò)并聯(lián)雙向半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0038] 圖3是圖1所示DC-DC2模塊采用的單路雙向半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0039] 圖4是圖1所示DC-AC模塊采用的三相半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0040] 圖5是啟動(dòng)備用電源裝置的方法流程圖；
[0041] 圖6是關(guān)閉備用電源裝置的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地 理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許 會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。
[0043] 實(shí)施例
[0044] 圖1是本發(fā)明基于釩電池的備用電源裝置的原理框圖。
[0045] 在本實(shí)施例中，如圖1所示，本發(fā)明一種基于釩電池的備用電源裝置，包括主回路 和控制模塊兩部分；
[0046]其中，主回路包括釩電池模塊1、鉛酸電池模塊2、DC-DC1模塊3、DC-DC2模塊4、 DC-AC模塊5和接觸器601~603;
[0047] DC-DC1模塊3采用三路交錯(cuò)并聯(lián)雙向半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其輸入側(cè)通過接觸器601與 釩電池模塊1相連，輸出側(cè)接入直流母線；
[0048] DC-DC2模塊4采用單路雙向半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其輸入側(cè)通過接觸器602與鉛酸電池 模塊2相連，輸出側(cè)接入直流母線；
[0049] DC-AC模塊5采用三相半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其輸入側(cè)與直流母線相連，輸出側(cè)通過接觸 器603與變壓器相連，再接入到負(fù)載電機(jī)；
[0050] 控制模塊包括DC-DC1控制模塊7、DC-DC2控制模塊8和DC-AC控制模塊9 ;
[0051] DC-DC1控制模塊7采用電流環(huán)控制模式：首先采集DC-AC模塊的輸入電流，再經(jīng) 過低通濾波器濾波后，將直流分量作為DC-DC1控制模塊7的給定電流值，以DC-DC1模塊3 的輸出電流作為反饋，兩者作差后進(jìn)行PI控制，輸出PWM驅(qū)動(dòng)信號給DC-DC1控制模塊7;
[0052] DC-DC2控制模塊8采用電壓環(huán)控制模式