一种630kW储能变流器控制系统供电设计

摘要：提出一种储能变流器（PCS）控制系统供电的设计方法，该方法基于该PCS二次系统各部分器件功率损耗与特点进行了供电设计，在样机中验证了该设计的可行性、实用性与可靠性。

关键词：储能变流器（PCS）;供电设计;瞬时功率;直流支撑;输入冗余

0    引言

智能电网中的储能环节能有效调控电力资源，很好地平衡昼夜及不同季节的用电差异，同时可以调剂余缺、辅助调频与保障电网安全，是可再生能源应用的重要前提和实现电网互动化管理的有效手段。可以说，储能变流器（PCS）是实现智能电网的必备环节。储能变流器可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。

1    系统组成

PCS由DC/AC双向变流器、二次系统及控制单元、一次开关器件、冷却系统、传感器等构成，其中一次开关器件主要有直流断路器（电控）、交流断路器、交流接触器（电控）、直流充放电接触器。

直流侧电压DC500～1 000 V，交流侧电压AC380 V，一次回路如图1所示。

2    系统设计

2.1    系统供电单元

二次控制系統需供电部分有：（1）冷却系统的风机（AC220 V）;（2）核心控制系统（DC220 V）;（3）交流接触器与直流断路器线圈（DC220 V）;（4）驱动器（DC15 V）;（5）继电器、控制显示屏和指示灯等（DC24 V）;（6）交流接触器与直流断路器分励（DC24 V）;（7）外部信号隔离继电器（DC24 V）。

核心控制系统内部带有独立电源模块，电源输入要求DC110～310 V。

2.2    电源输入冗余设计

为了满足PCS高可靠性要求，保证设备控制系统供电的稳定性，电源采用双路输入同时供电，设计可实现当一路电源发生故障时，设备控制系统不受影响，以保证供电的可靠性。

输入电源采用一路交流电源、一路直流电源，其中交流取自交流断路器网侧，电压AC380 V;直流取自直流断路器电池侧，电压DC550～1 000 V;考虑到厂内调试与现场调试，外加一路交流外供电，电压AC220 V，与冷却风机共用。

交流380 V电压经过变压器变为AC155 V与AC220 V两路，其中AC220 V与冷却风机共用，DC550～1 000 V电压经过电源模块转为DC220 V，两者经整流桥整流为DC220 V并联，如图2所示。

2.3    直流支撑电容设计

直流电路加电解电容可以起到滤波稳压作用，对一次开关动作时产生的较大瞬时功率提供能量，保证电压跌落在允许范围之内。

交流接触器最低保持电压实际测试结果为108 V，DC24 V与DC15 V输出的开关电源选择输入电压最窄范围为DC120～375 V，在一次开关分合或脱扣时电容板输出电压需要保持在DC120 V以上，为增加可靠性，设计瞬时功率增加时电压保持在150 V以上。电容板设计如图3所示。

2.4    供电侧设计

供电侧总共有DC220 V、DC24 V、DC15 V三个电压等级，均采用开关电源模块。驱动器与控制显示屏需要稳定供电，两者单独供电，开关电源采用双路输出，一路DC15 V给驱动器供电，一路DC24 V给控制触摸屏供电;一次开关脱扣时瞬时功率较大，采用200 W功率单路输出开关电源，继电器与指示灯采用同路供电，设计瞬时最低电压DC15 V;为提高设备的保护与抗干扰能力，外部信号隔离继电器单独供电，由于继电器功率小，这里选取15 W的单路输出开关电源。供电侧设计如图4所示。

3    实验验证

各电操开关动作时，交流接触器闭合瞬间对供电系统冲击最大，直流电压最低降至183 V，满足设计要求的150 V以上，如图5所示。

直流断路器与交流断路器分励时直流电压最低降低至21 V，满足设计要求，波形如图6所示。

4    结语

交直流多路输入与直流支撑电容的设计提高了控制系统供电的稳定性，该设计方案已成功在AES 630 kW储能变流器上应用，极大地降低了设备运行风险，提升了产品性能，为电力的安全生产提供了强有力的支持。

[参考文献]

[1] 陈伯时.电力拖动自动控制系统[M].2版.北京：机械工业出版社，1992.

[2] 光伏发电并网逆变器技术规范：NB/T 32004—2013[S].

收稿日期：2020-03-23

作者简介：郭伟（1989—），男，江苏泗洪人，工程师，研究方向：电力电子应用技术。