一種630kW儲能變流器控制系統(tǒng)供電設計

摘要：提出一種儲能變流器（PCS）控制系統(tǒng)供電的設計方法，該方法基于該PCS二次系統(tǒng)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(guān)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(wǎng)中的儲能環(huán)節(jié)能有效調(diào)控電力資源，很好地平衡晝夜及不同季節(jié)的用電差異，同時可以調(diào)劑余缺、輔助調(diào)頻與保障電網(wǎng)安全，是可再生能源應用的重要前提和實現(xiàn)電網(wǎng)互動化管理的有效手段。可以說，儲能變流器（PCS）是實現(xiàn)智能電網(wǎng)的必備環(huán)節(jié)。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(wǎng)情況下可以直接為交流負荷供電。

1? ? 系統(tǒng)組成

PCS由DC/AC雙向變流器、二次系統(tǒng)及控制單元、一次開關(guān)器件、冷卻系統(tǒng)、傳感器等構(gòu)成，其中一次開關(guān)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(cè)電壓DC500～1 000 V，交流側(cè)電壓AC380 V，一次回路如圖1所示。

2? ? 系統(tǒng)設計

2.1? ? 系統(tǒng)供電單元

二次控制系統(tǒng)需供電部分有：（1）冷卻系統(tǒng)的風機（AC220 V）;（2）核心控制系統(tǒng)（DC220 V）;（3）交流接觸器與直流斷路器線圈（DC220 V）;（4）驅(qū)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(tǒng)內(nèi)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(tǒng)供電的穩(wěn)定性，電源采用雙路輸入同時供電，設計可實現(xiàn)當一路電源發(fā)生故障時，設備控制系統(tǒng)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(wǎng)側(cè)，電壓AC380 V;直流取自直流斷路器電池側(cè)，電壓DC550～1 000 V;考慮到廠內(nèi)調(diào)試與現(xiàn)場調(diào)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(jīng)過變壓器變?yōu)锳C155 V與AC220 V兩路，其中AC220 V與冷卻風機共用，DC550～1 000 V電壓經(jīng)過電源模塊轉(zhuǎn)為DC220 V，兩者經(jīng)整流橋整流為DC220 V并聯(lián)，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(wěn)壓作用，對一次開關(guān)動作時產(chǎn)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(nèi)。

交流接觸器最低保持電壓實際測試結(jié)果為108 V，DC24 V與DC15 V輸出的開關(guān)電源選擇輸入電壓最窄范圍為DC120～375 V，在一次開關(guān)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(cè)設計

供電側(cè)總共有DC220 V、DC24 V、DC15 V三個電壓等級，均采用開關(guān)電源模塊。驅(qū)動器與控制顯示屏需要穩(wěn)定供電，兩者單獨供電，開關(guān)電源采用雙路輸出，一路DC15 V給驅(qū)動器供電，一路DC24 V給控制觸摸屏供電;一次開關(guān)脫扣時瞬時功率較大，采用200 W功率單路輸出開關(guān)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(guān)電源。供電側(cè)設計如圖4所示。

3? ? 實驗驗證

各電操開關(guān)動作時，交流接觸器閉合瞬間對供電系統(tǒng)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(jié)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(tǒng)供電的穩(wěn)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(chǎn)品性能，為電力的安全生產(chǎn)提供了強有力的支持。

[參考文獻]

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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(shù)。