基于CAN通訊的儲能變流器并機方案及應用分析報告-培訓課件

目錄01020304并機目的并機存在的問題一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制策略并機應用案例展示0

1并機目的單機/小容量多機/幾十kW~百MW機以上LFP

batteriesPV

systemGeneratorLoad

2Load

1GridR8KLNA并機目的——單機VS多機A需要多臺儲能變流器(PCS)并聯(lián)運行。為提升電網(wǎng)對大規(guī)模可再生發(fā)電能源的接納能力,目前對電池儲能的功率等級要求已達數(shù)十MW甚至達百MW以上。以前電池儲能的功率等級要求是單機或者小容量，容量規(guī)模較小。優(yōu)勢對比并機目的——可靠性BDC3?

ACEMS

CommunicationCAN

CommunicationAC

distribution

cabinetLoad

portLFP

batteries#1

MEGA0100TSCANGrid

portLoad

portLFP

batteries#3

MEGA0100TSCANGrid

portProtectionand

MeteringProtectionand

MeteringProtectionand

MeteringUser

loadUser

loadEMSSCADALoad

portLFP

batteries#6

MEGA0100TSCANGrid

portProtectionand

MeteringLoad

portLFP

batteries#8

MEGA0100TSCANGrid

portProtectionand

MeteringProtectionand

MeteringGrid多臺PCS并機，互為冗余，在提高系統(tǒng)帶載能力的同時，改善系統(tǒng)供電的可靠性。0

2并機存在的問題10 10 103臺 18161614121086420D G S H J三相機并機并機數(shù)量受限，一般為4

～

8

臺，

無法現(xiàn)實超過16臺的并機控制PCS離網(wǎng)并機目前存在的問題A無法實現(xiàn)不同功率的儲能變流器的并聯(lián)控制DC3?

ACEMS

CommunicationCAN

CommunicationAC

distribution

cabinetLoad

portLFP

batteries#1

MEGA0030TSCANGrid

portLoad

portLFP

batteries#2

MEGA0050TSCANGrid

portProtectionand

MeteringProtectionand

MeteringProtectionand

MeteringUser

loadUser

loadEMSSCADALoad

portLFP

batteries#3

MEGA0100TSCANGrid

portProtectionand

MeteringLoad

portLFP

batteriesCANGrid

portProtectionand

MeteringProtectionand

MeteringGrid#4

MEGA0150TSB PCS離網(wǎng)并機目前存在的問題并機數(shù)量越多，主、從機之間均流控制效果越差電流不平衡度很難控制在P

C

S

自身額定電流的5

%

之內(nèi)C PCS離網(wǎng)并機目前存在的問題電池SO

C

不均衡D PCS離網(wǎng)并機目前存在的問題系統(tǒng)突加突減負載時，

由暫態(tài)向穩(wěn)態(tài)過度的時間長E PCS離網(wǎng)并機目前存在的問題主機出現(xiàn)故障整個并機系統(tǒng)往往會崩潰F PCS離網(wǎng)并機目前存在的問題0

3一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制策略工作原理儲能雙向變流器(PCS)是交/直流側(cè)可控的四象限運行的變流裝置，實現(xiàn)對電能的交直流雙向轉(zhuǎn)換。PCS可以實現(xiàn)電池儲能系統(tǒng)直流電池與交流電網(wǎng)之間的雙向能量傳遞，通過控制策略實現(xiàn)對電池系統(tǒng)的充放電管理、對網(wǎng)側(cè)負荷功率的跟蹤、對電池儲能系統(tǒng)充放電功率的控制、對離網(wǎng)運行方式下網(wǎng)側(cè)電壓的控制等。儲能變流器（PCS）IGBT開關器件T1T2T3T4T5T6DC+DC-UVW直流電三相400V交流電儲能變流器（PCS）框圖儲能變流器（PCS）原理圖（圖1-2）儲能雙向變流器（PCS）工作原理AB 多臺PCS離網(wǎng)并機原理Oωt載波主機Oωt載波從機01主從控制模式，所有PCS均工作在V/F控制模式。傳遞載波同步信號，解決載波同相位，減少PCS并機之間的環(huán)流問題。02主、從機載波同步從機調(diào)制波：U= Vmax*cos(ωt+θ)Ua/

Ub/Uc相位差120°，Vmax振幅，ω角頻率，t周期，θ是初相角f=1/Tω=2πf=2π/T控制從機調(diào)制波的頻率f

，則可以調(diào)節(jié)從機的有功功率P;控制從機調(diào)制波的電壓Umax

，則可以調(diào)節(jié)從機的無功功率Q。Umax越大，無功功率越大，反之越小。f

越大，有功功率越大，反之越小從機鎖定主機相位，實現(xiàn)主從機相位同步。UbUcUaN120°B 多臺PCS離網(wǎng)并機原理V/F控制模式下的，從機頻率和電壓的下垂控制（基于主機輸出功率和電流）多臺PCS離網(wǎng)并機控制原理此離網(wǎng)并機控制系統(tǒng)主要由：儲能變流器3套、磷酸鐵鋰鋰電池3套、高速CAN通訊網(wǎng)絡、PID調(diào)節(jié)器、PID限幅器、電流檢測傳感器、PWM驅(qū)動信號1、PWM驅(qū)動信號2、PWM驅(qū)動信號3、AC交流匯流箱、電網(wǎng)、負載等組成。此控制系統(tǒng)以3臺PCS為例，闡述一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制原理。多（理論上可以擴展到無限臺）臺的并機系統(tǒng)，控制原理與3臺的原理完全一樣。2#儲能變流器CT3#儲能變流器1#儲能變流器電網(wǎng)1#鋰電池2#鋰電池3#鋰電池CT負載直流電三相400V交流電CAN

通訊CAN通訊PID調(diào)節(jié)器PWM驅(qū)動信號2I1I2△I12

-

PID調(diào)節(jié)器I1I313△I

-PWM驅(qū)動信號3接觸器接觸器接觸器PWM驅(qū)動信號1主機V/F控制方式，PWM驅(qū)動脈沖3#電流檢測傳感器2#電流檢測傳感器CT1#電流檢測傳感器Φ-Φ+

Φ-PID限幅PID限幅Φ+

一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制框圖：（圖1-1）電網(wǎng)端口負載端口AC交流匯流箱C一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制策略多臺PCS離網(wǎng)并機控制原理3套LFP磷酸鐵鋰電池分別接至3套PCS的直流側(cè)。3套PCS的交流側(cè)通過AC匯流箱分別并聯(lián)在一起。AC匯流箱輸出接至電網(wǎng)端口和負載端口。3臺儲能變流器均工作于V/F控制模式，1#儲能變流器為主機、2～3#儲能變流器為從機。3套儲能變流器通過高速CAN總線相連。高速CAN通訊網(wǎng)絡將1#儲能變流器（主機）的電流信息、功率信息、SOC狀態(tài)信息、主機狀態(tài)信息等信息傳送至2#儲能變流器和3#儲能變流器。為了提高系統(tǒng)的通訊效率，1#儲能變流器只發(fā)送主機信息，2#儲能變流器和3#儲能變流器只接收主機信息。C 一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制策略2#儲能變流器CT3#儲能變流器1#儲能變流器電網(wǎng)1#鋰電池2#鋰電池3#鋰電池CTCT負載直流電三相400V交流電CAN

通訊CAN通訊PID調(diào)節(jié)器PWM驅(qū)動信號2I1I2△I12

-

PID調(diào)節(jié)器I1I313△I

-PWM驅(qū)動信號3接觸器接觸器接觸器PWM驅(qū)動信號1主機V/F控制方式，PWM驅(qū)動脈沖3#電流檢測傳感器2#電流檢測傳感器1#電流檢測傳感器Φ-Φ+

Φ-

PID限幅PID限幅Φ+

一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制框圖：（圖1-1）電網(wǎng)端口負載端口AC交流匯流箱多臺PCS離網(wǎng)并機控制原理C 一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制策略2#儲能變流器工作在離網(wǎng)V/F控制模式下，2#儲能變流器采用“頻率和電壓PID下垂控制”修正自身的頻率和電壓，通過調(diào)節(jié)PWM驅(qū)動信號2，實現(xiàn)輸出電流逼近1#儲能變流器的控制目的。通過這種實時的PID閉環(huán)控制，2#儲能變流器的輸出電流鎖定在1#儲能變流器的目標范圍內(nèi)。U2= U2max*cos(ω2t+θ2)調(diào)節(jié)2#從機的頻率f，則可以控制2#從機的有功功率；調(diào)節(jié)2#從機的電壓U，則可以調(diào)節(jié)2#從機的無功功率。若2#從機的有功功率≈主機的有功功率；若2#從機的無功功率≈主機的無功功率，則2#從機的輸出電流≈主機的輸出電流。

（

±5%的“額定頻率和電壓調(diào)節(jié)”范圍。

）多臺PCS離網(wǎng)并機控制原理3#儲能變流器工作在離網(wǎng)V/F控制模式下，3#儲能變流器采用“頻率和電壓PID下垂控制”修正自身的頻率和電壓，通過調(diào)節(jié)PWM驅(qū)動信號3，實現(xiàn)輸出電流逼近1#儲能變流器的控制目的。通過這種實時的PID閉環(huán)控制，3#儲能變流器的輸出電流鎖定在1#儲能變流器的目標范圍內(nèi)。U3= U3max*cos(ω3t+θ3)調(diào)節(jié)3#從機的頻率f，則可以控制3#從機的有功功率；調(diào)節(jié)3#從機的電壓U，則可以調(diào)節(jié)3#從機的無功功率。若3#從機的有功功率≈主機的有功功率；若3#從機的無功功率≈主機的無功功率，則3#從機的輸出電流≈主機的輸出電流。（

±5%的“額定頻率和電壓調(diào)節(jié)”范圍。

）C 一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制策略2#儲能變流器CT3#儲能變流器1#儲能變流器電網(wǎng)1#鋰電池2#鋰電池3#鋰電池CTCT負載直流電三相400V交流電CAN

通訊CAN通訊PID調(diào)節(jié)器PWM驅(qū)動信號2I1I2

△I12

-PID調(diào)節(jié)器I1I313△I

-PWM驅(qū)動信號3接觸器接觸器接觸器PWM驅(qū)動信號1主機V/F控制方式，PWM驅(qū)動脈沖3#電流檢測傳感器2#電流檢測傳感器1#電流檢測傳感器Φ+

Φ-Φ+

Φ-PID限幅PID限幅一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制框圖：（圖1-1）電網(wǎng)端口負載端口AC交流匯流箱多臺PCS離網(wǎng)并機控制原理2#儲能變流器接收1#儲能變流器的電流及功率信息，與2#儲能變流器自身采集的電流和功率信息進行比較，比較后的差值通過“PID控制器”和“PID限幅器”輸出“PWM驅(qū)動信號2”，去控制2#儲能變流器的輸出頻率和電壓（±5%的“額定頻率和電壓調(diào)節(jié)”范圍），使得2#儲能變流器的輸出電流逼近1#儲能變流器的電流。3#儲能變流器接收1#儲能變流器的電流及功率信息，與3#儲能變流器自身采集的電流和功率信息進行比較，比較后的差值通過“PID控制器”和“PID限幅器”輸出“PWM驅(qū)動信號3”，去控制3#儲能變流器的輸出頻率和電壓（±5%的“額定頻率和電壓調(diào)節(jié)”范圍），使得3#儲能變流器的輸出電流逼近1#儲能變流器的電流。C一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制策略多臺PCS離網(wǎng)并機控制原理當2#儲能變流器的輸出電流逼近1#儲能變流器的電流；當3#儲能變流器的輸出電流逼近1#儲能變流器的電流。1#、2#、3#儲能變流器就實現(xiàn)了離網(wǎng)并機均流控制。當1#儲能變流器出現(xiàn)故障時，1#儲能變流器退出運行，并不影響2#和3#儲能變流器的正常運行。當1#儲能變流器出現(xiàn)故障時，1#儲能變流器將故障信息傳送至2#儲能變流器，2#儲能變流器自動切換為主機，CAN總線采用優(yōu)先級仲裁機制，幀ID號越低，總線優(yōu)先級別越高。2#儲能變流器CT3#儲能變流器1#儲能變流器電網(wǎng)1#鋰電池2#鋰電池3#鋰電池CTCT負載直流電三相400V交流電CAN

通訊CAN通訊PID調(diào)節(jié)器PWM驅(qū)動信號2I1I2

△I12

-

PID調(diào)節(jié)器I1I313△I

-PWM驅(qū)動信號3接觸器接觸器接觸器PWM驅(qū)動信號1主機V/F控制方式，PWM驅(qū)動脈沖3#電流檢測傳感器2#電流檢測傳感器1#電流檢測傳感器Φ-Φ+

Φ-PID限幅PID限幅Φ+

一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制框圖：（圖1-1）電網(wǎng)端口負載端口AC交流匯流箱C一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制策略多臺PCS離網(wǎng)并機控制原理若3臺儲能變流器的I1、I2、I3采用標幺值時，（即自身實際電流除以自身額定電流時：I1*=

I1/

I1N

;

I2*=

I2/

I2N

;

I3*=I3/I3N

）

就可以實現(xiàn)不同功率儲能變流器并聯(lián)的等比例功率輸出控制，實現(xiàn)不同功率的儲能變流器的協(xié)同出力控制。比如：1#變流器150kw、2#變流器100kw、3#變流器50kw，三臺并聯(lián)。若1#儲能變流器輸出功率60%=60%X150=90kw，則2#儲能變流器輸出功率60%X100=60kw，3#儲能變流器輸出功率60%X50=30kw。即：每臺機器都帶60%的負載，并機總輸出功率為：90+60+30=180kw。2#儲能變流器CT3#儲能變流器1#儲能變流器電網(wǎng)1#鋰電池2#鋰電池3#鋰電池CTCT負載直流電三相400V交流電CAN

通訊CAN通訊PID調(diào)節(jié)器PWM驅(qū)動信號2I1I2△I12

-

PID調(diào)節(jié)器I1I313△I

-PWM驅(qū)動信號3接觸器接觸器接觸器PWM驅(qū)動信號1主機V/F控制方式，PWM驅(qū)動脈沖3#電流檢測傳感器2#電流檢測傳感器1#電流檢測傳感器Φ-Φ+

Φ-PID限幅PID限幅Φ+

一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制框圖：（圖1-1）電網(wǎng)端口負載端口AC交流匯流箱C一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制策略多臺PCS離網(wǎng)并機控制原理CAN高速通訊是一種去中心化的多主站通訊結(jié)構，當主站故障時，可以實現(xiàn)其他從站無縫切換為新的主站，這種冗余的控制機制，確保并機系統(tǒng)更加的安全可靠。由于采用了主機輸出電流和功率作為參照變量，省去了各臺儲能變流器之間相互交互信息繁瑣的平均值計算過程，電流不平衡度都可以控制在額定電流3%之內(nèi)，大大提高了并機均流的控制精度。根據(jù)電池的SOC狀態(tài)，可以注入SOC修正系數(shù)作為儲能變流器輸出電流或者功率的調(diào)節(jié)系數(shù)，實現(xiàn)各并機的SOC均衡控制。2#儲能變流器CT3#儲能變流器1#儲能變流器電網(wǎng)1#鋰電池2#鋰電池3#鋰電池CT負載直流電三相400V交流電CAN

通訊CAN通訊PID調(diào)節(jié)器PWM驅(qū)動信號2I1I2△I12

-

PID調(diào)節(jié)器I1I313△I

-PWM驅(qū)動信號3接觸器接觸器接觸器PWM驅(qū)動信號1主機V/F控制方式，PWM驅(qū)動脈沖3#電流檢測傳感器2#電流檢測傳感器CT1#電流檢測傳感器Φ-Φ+

Φ-PID限幅PID限幅Φ+

一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制框圖：（圖1-1）電網(wǎng)端口負載端口AC交流匯流箱C一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制策略多臺PCS離網(wǎng)并機控制原理3臺以上的并機控制原理與上述3臺的控制原理完全一致。采用了類似于廣播的通訊機制，大大提升了通訊效率。主站只發(fā)送電流信息、功率信息、SOC狀態(tài)信息、運行狀態(tài)信息等信息，從機只接受主機信息，并與自身的信息進行比較，這樣的通訊機制確保3臺以上的并機通訊速度與3臺并機的通訊速度完全一樣，理論上可以實現(xiàn)無限臺儲能變流器的并聯(lián)。2#儲能變流器CT3#儲能變流器1#儲能變流器電網(wǎng)1#鋰電池2#鋰電池3#鋰電池CT負載直流電三相400V交流電CAN

通訊CAN通訊PID調(diào)節(jié)器PWM驅(qū)動信號2I1I2△I12

-

PID調(diào)節(jié)器I1I313△I

-PWM驅(qū)動信號3接觸器接觸器接觸器PWM驅(qū)動信號1主機V/F控制方式，PWM驅(qū)動脈沖3#電流檢測傳感器CT2#電流檢測傳感器1#電流檢測傳感器Φ-Φ+

Φ-PID限幅PID限幅Φ+

一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制框圖：（圖1-1）電網(wǎng)端口負載端口AC交流匯流箱C一種基于CAN通訊的儲能變流器離網(wǎng)并機控制策略并聯(lián)儲能變流器的臺數(shù)不受限制，并且通訊延時不因并聯(lián)數(shù)量的增加而增加。LFP

batteries1#

R8KLNA16#

R8KLNAn#

R8KLNAPV

systemPV

systemPV

systemGridLoad

1Load

2GeneratorD 并機特點和優(yōu)勢采用高速CAN通訊，精簡了通訊數(shù)據(jù)交換的機制：主站只發(fā)送電流信息、功率信息、狀態(tài)信息。從機只接受主機信息。系統(tǒng)突加突減負載時，動態(tài)響應快，由暫態(tài)向穩(wěn)態(tài)的過度時間短。D 并機特點和優(yōu)勢采用電流或者功率標幺值控制模型可實現(xiàn)不同功率儲能變流器并聯(lián)的等比例輸出控制，實現(xiàn)不同功率的儲能變流器按比例協(xié)同出力控制。D 并機特點和優(yōu)勢所有儲能變流器均工作在V/F控制模式，互為冗余，當其中一臺出現(xiàn)故障，不影響系統(tǒng)其他儲能變流器的正常運行，系統(tǒng)更加安全可靠。D 并機特點和優(yōu)勢根據(jù)電池的SOC狀態(tài)，注入SOC修正系數(shù)作為儲能變流器輸出電流或者功率的調(diào)節(jié)系數(shù)，實現(xiàn)各并機的SOC均衡控制。D 并機特點和優(yōu)勢采用主機輸出電流、功率作為參照對象，省去了各臺儲能變流器之間相互交互信息繁瑣的平均值計算過程，電流不平衡度都可控制在額定電流3%之內(nèi)，大大提高了并機均流的控制精度。D 并機特點和優(yōu)勢E REVO系列48V美標機并網(wǎng)并機F REVO系列48V美標機離網(wǎng)并機G REVO系列高壓美標并網(wǎng)并機DC3?

ACCommunicationMPS0500parallelmicrogridsystem

diagramBATGridGeneral

loadImportant

loadEMSBMSLoad430.08kWh1#MPS0500MPS0100BATGridBMS645.12kWh2#MPS0500SCADALoad2#Combiner

boxPV362.88kWp408.24kWpPV1#Combiner

boxATSPVPVDGGridH MPS系列并機接線IMPS系列2臺MPS0150并機接線J MPS系列2臺MPS0500并機接線K MPS系列4臺并機接線MEGA0100TS×6independentmicrogridsystemdiagramDC3?

ACEMS

CommunicationCAN

CommunicationAC

distributioncabinetLoad

portLFP

batteries#1

MEGA0100TSCANGrid

portLoad

portLFP

batteries#6

MEGA0100TSCANGrid

portProtectionand

MeteringProtectionand

Metering60kVA

DG#1PV

inverterPV

systemProtectionand

Metering#12PV

i