1電池儲能系統可將夜間的“谷電”或平日富余的電能存起來，它不僅可以應對電網中斷或大面積停電等突發事件，而且也是城市電網削峰填谷的“調度高手”。同時，電池儲能系統也可用于風光儲系統中，它將使太陽能、風能等可再生能源的并網發電更趨穩定。電池儲能系統有兩個重要的組成部分，即系統電池和并網接入系統。兩者缺一不可，密不可分。

傳統的單向PWM整流器或單向PWM逆變器已經不能滿足儲能系統并網接入的要求，故提出了一種新型并網接入系統，即雙向功率變換器（PCS）拓撲，它不僅可以滿足電池充、放電，而且還能在電網斷電時，對關鍵負荷進行供電，起到EPS的作用，又稱孤島運行。對PCS的3種運行控制方式進行了研究，并研制了一臺12kW電池儲能系統雙向PCS，成功用于釩電池儲能系統中。

2主電路拓撲

這里研制的雙向功率變換器PCS的主電路拓撲如1所示。主電路的核心為PWM1三相IGBT全橋變換器，可進行AC/DC變換和DC/AC變換。

直流濾波單元（C5，L1，C4）可在PCS進行整流工作時對輸出進行濾波，有效減少輸入電池的紋波電流和紋波電壓，同時在PCS進行逆變輸出時，減少開關頻率脈沖電流對電池的影響，起到雙重濾波作用。

隔離變壓器T1不僅起到隔離和電壓匹配的作用，同時也起到交流濾波器的作用。在變壓器設計時，可將一定的漏感設計其中，，使其和濾波電容C1～C3組成交流濾波單元，從而有效減小PCS的體積，使系統更簡單。

交流接觸器KM1，KM2的主要作用是在PCS進行孤島運行時，將關鍵負荷與電網隔開，防止電網電壓突然恢復對系統造成沖擊。

3控制方法

電池充電要求直流電流或直流電壓恒定，而在電池放電時，一般要求直流電流恒流放電。因此在PCS充/放電控制系統設計中，一般采用雙環控制，即直流電壓（或電流）外環和交流電流內環，如2所示。

直流電壓（或電流）外環的目是維持直流電壓（或電流）恒定，為實現直流電壓的穩態無差，外環采用PI調節器。對于內環，其作用主要是按直流電壓（或電流）外環輸出的電流指令進行電流控制，可實現單位功率因數正弦波電流控制，具體方法為由外環調節器輸出的指令電流值與實際檢測的電網電流作差求其偏差值，然后再經由電流內環控制器和電網電壓鎖相環信號得到網側輸出電壓指令信號，其中id為PWM1變換器輸出三相電流ia，ib，ic經過Park變換后的有功電流。

當電網斷電時，PCS首先斷開1中KM1，將交流輸出與電網隔離開，然后開始孤島運行，其控制框圖如3所示，孤島運行控制目標是在不同的輸出負載情況下，均能保持輸出交流電壓穩定。

因此孤島運行控制也采用雙環結構，外環為輸出交流電壓有效值環，目的是保持輸出交流電壓的穩定。內環為輸出交流電壓瞬時值環，目的是保證輸出交流電壓具有很好的動態性能。具體方法為外環的給定交流電壓有效值與反饋交流電壓有效值差值輸出進行PI積分控制，可有效減小輸出的靜態誤差，外環PI輸出后與正弦信號相乘，做為內環輸出電壓瞬時值的給定，與交流電壓瞬時值反饋做差值比較，然后經過比列放大，作為PWM發生器的輸入。圖3中Uip為偏磁分量，可防止輸出電流偏磁，造成輸出變壓器(變壓器故障的初步診斷方法)飽和，其值為輸出交流電流做平均值后，再換算成偏值電壓。

4控制電路

PCS控制電路框圖如4所示，控制電路采用雙DSP+FPGA的結構，DSP為TMS320C2812，主頻達到150MHz，具有PWM事件管理器。控制電路分控制側和邏輯側，控制側由DSP1負責，主要實現控制算法和脈沖輸出，關鍵的保護信號輸入；邏輯側由DSP2負責，主要完成A/D采集，對外通信，開出開出等。DSP1和DSP2通過雙口RAM交換信息，同時對外的A/D，PWM輸出，開入開出等都可以通過FPGA進行靈活分配，即A/D采集既可由DSP1采集，也可由DSP2采集，只需根據系統需要配置FPGA即可。

以上控制電路能滿足PCS復雜的控制需要，如PCS對電池的充/放電特性曲線則可存儲在邏輯側DSP2中，對充放/電時間的設置等也可以由DSP2完成，其只需實時告知控制側何時按何參數進行何工況運行。DSP1則對各運行工況的控制參數進行計算，產生PWM輸出脈沖，完成PCS多種控制功能。

5實驗結果及結論

研制了一臺12kW釩電池儲能系統PCS，其主要技術參數如下：額定容量12kW；電網額定交流電壓380V；電網每相額定電流20A；電池額定電壓160V；電池電壓范圍100～200V；電池最大充電電流及最大放電電流均為100A；開關頻率10kHz.實驗波形如5所示。由5a可見，恒流充電時紋波電流小于0.5%；由5b可見，恒流放電時，紋波電流小于0.5%；5c為電網掉電時，PCS做孤島運行，突加負載時，逆變輸出正弦波電壓無超調，波形平滑，完全能滿足關鍵負荷的供電要求；圖5d為PCS并網恒流放電時輸出電流THD曲線，額定功率時輸出電流THD僅為2%，滿足相關標準要求。

采用雙DSP控制器結構，雙向PWM變換拓撲，研制了一臺120kW釩電池儲能系統用PCS，該PCS功能強大，具備電池充電、電池放電、孤島運行、預充電、告警、保護、通信、觸摸屏顯示及電表顯示等多種功能。實驗結果表明，該PCS運行方式靈活，充放電紋波電流小，僅一臺PCS就能完全替代傳統的逆變器、整流器和EPS構成儲能充放系統，具有很好的推廣價值。