本實(shí)用新型涉及超級(jí)UPS領(lǐng)域，尤其涉及一種用于超級(jí)UPS系統(tǒng)的鋰電池功率變換單元。
背景技術(shù)：
：隨著通信、互聯(lián)網(wǎng)以及工業(yè)等場(chǎng)合用電可靠性的要求的不斷提升，對(duì)不間斷電源的可靠性、安全性的要求也隨之提高。為了進(jìn)一步提升不間斷電源的供電可靠性，超級(jí)不間斷電源(SuperUPS或超級(jí)UPS)的概念隨之產(chǎn)生。超級(jí)不間斷電源中除了市電(Grid)之外，還增加了燃料電池(FC)、燃?xì)廨啓C(jī)(GT)、鋰電池(LB)、超級(jí)電容(SC)和光伏(PV)等互相獨(dú)立的能源以增加系統(tǒng)備電的冗余，提高供電的可靠性。在超級(jí)UPS系統(tǒng)運(yùn)行中，鋰電池功率變換單元除作為后備儲(chǔ)能單元外，還在不同能源切換的間隙中起著維持直流母線恒定、保證負(fù)載供電不間斷的作用。同時(shí)，鋰電池功率變換單元還要對(duì)電池的充、放電進(jìn)行管理。由于鋰電池對(duì)電壓和電流都較為敏感，過(guò)充或過(guò)放都會(huì)對(duì)電池造成不可恢復(fù)的損傷。因此鋰電池功率變換單元需要精確的充放電控制策略。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型的目的是提供一種用于超級(jí)UPS系統(tǒng)中的鋰電池功率變換單元，該鋰電池功率變換單元通過(guò)采用合理的模式管理方案來(lái)在超級(jí)UPS系統(tǒng)出現(xiàn)不同的事件下工作于不同的模式以實(shí)現(xiàn)不同的功能，從而實(shí)現(xiàn)在超級(jí)UPS系統(tǒng)的電網(wǎng)出現(xiàn)故障，其它能源單元轉(zhuǎn)換供電的時(shí)候能夠配合操作以維持超級(jí)UPS系統(tǒng)的直流母線電壓恒定、保證負(fù)載側(cè)的供電穩(wěn)定。并且，該鋰電池功率變換單元還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鋰電池的合理的充、放電管理，從而能夠避免對(duì)鋰電池進(jìn)行過(guò)充或過(guò)放而導(dǎo)致的不可恢復(fù)的損傷，延長(zhǎng)鋰電池的使用壽命。為實(shí)現(xiàn)此目的，本實(shí)用新型提供一種鋰電池功率變換單元，用于超級(jí)UPS系統(tǒng)，包括：鋰電池組，包括串聯(lián)連接的第一鋰電池和第二鋰電池；以及功率變換器，包括第一功率變換器和第二功率變換器，第一功率變換器包括第一輸入電容、第一電感器、第一晶體管、第二晶體管、第一輸出電容，第一輸入電容與第一鋰電池并聯(lián)，第一電感器的一端連接第一鋰電池的正極，另一端連接第一晶體管的集電極和第二晶體管的發(fā)射極，第一晶體管的發(fā)射極連接第一鋰電池的負(fù)極，第一輸出電容的一端連接第二晶體管的集電極，另一端連接第一晶體管的發(fā)射極，第二功率變換器包括第二輸入電容、第二電感器、第三晶體管、第四晶體管、第二輸出電容，第二輸入電容與第二鋰電池并聯(lián)，第二電感器的一端連接第二鋰電池的負(fù)極，另一端連接第三晶體管的發(fā)射極和第四晶體管的集電極，第三晶體管的集電極連接第二鋰電池的正極，第二輸出電容的一端連接第四晶體管的發(fā)射極，另一端連接第三晶體管的集電極，在所述超級(jí)UPS系統(tǒng)中，第一晶體管的發(fā)射極連接第二直流母線端，第二晶體管的集電極連接第一直流母線端，第三晶體管的集電極連接第二直流母線端，第四晶體管的發(fā)射極連接第三直流母線端，并且第一晶體管的門(mén)極輸入第一控制信號(hào)，第二晶體管的門(mén)極輸入第二控制信號(hào)，第三晶體管的門(mén)極輸入第三控制信號(hào)，第四晶體管的門(mén)極輸入第四控制信號(hào)。進(jìn)一步，根據(jù)如上所述的鋰電池功率變換單元，進(jìn)一步包括：充電電感電流環(huán)，包括電感電流輸入端，輸入流過(guò)第一電感器或第二電感器的電流，充電電流參考值輸入端，輸入充電電流參考值，和控制信號(hào)輸出端，輸出所述第一控制信號(hào)、所述第二控制信號(hào)、所述第三控制信號(hào)、以及所述第四控制信號(hào)，以及電池電壓環(huán)，包括電池電壓輸入端，輸入第一鋰電池或第二鋰電池的電池電壓，電池電壓參考值輸入端，輸入電池電壓參考值，和充電電流輸出端，輸出充電電流，在鋰電池功率變換單元在所述超級(jí)UPS系統(tǒng)中工作于充電模式下時(shí)，所述充電電流輸出端與所述充電電流參考值輸入端連接，并且在所述第一控制信號(hào)、所述第二控制信號(hào)、所述第三控制信號(hào)、所述第四控制信號(hào)的控制下，所述鋰電池組被充電。進(jìn)一步，根據(jù)如上所述的鋰電池功率變換單元，進(jìn)一步包括：放電電感電流環(huán)，包括電感電流輸入端，輸入流過(guò)第一電感器或第二電感器的電流，放電電流參考值輸入端，輸入放電電流參考值，和控制信號(hào)輸出端，輸出所述第一控制信號(hào)、所述第二控制信號(hào)、所述第三控制信號(hào)、以及所述第四控制信號(hào)，以及直流母線電壓環(huán)，包括母線電壓輸入端，輸入第一直流母線端與第二直流母線端之間的電壓或第二直流母線端與第三直流母線端之間的電壓，母線電壓參考值輸入端，輸入母線電壓參考值，和放電電流輸出端，輸出放電電流，在鋰電池功率變換單元在所述超級(jí)UPS系統(tǒng)中工作于電壓源模式下時(shí)，所述放電電流輸出端與所述放電電流參考值輸入端連接，并且在所述第一控制信號(hào)、所述第二控制信號(hào)、所述第三控制信號(hào)、所述第四控制信號(hào)的控制下，所述鋰電池組放電。進(jìn)一步，根據(jù)如上所述的鋰電池功率變換單元，在鋰電池功率變換單元在所述超級(jí)UPS系統(tǒng)中工作于電流源模式下時(shí)，所述放電電流參考值輸入端輸入恒定電流值，并且在所述第一控制信號(hào)、所述第二控制信號(hào)、所述第三控制信號(hào)、所述第四控制信號(hào)的控制下，所述鋰電池組放電。進(jìn)一步，根據(jù)如上所述的鋰電池功率變換單元，進(jìn)一步包括：上位機(jī)；和模式選擇部，其中，模式選擇部在接收到上位機(jī)輸出的充電模式指令后，使得所述充電電流輸出端與所述充電電流參考值輸入端連接。進(jìn)一步，根據(jù)如上所述的鋰電池功率變換單元，進(jìn)一步包括：上位機(jī)；和模式選擇部，其中，模式選擇部在接收到上位機(jī)輸出的電壓源模式指令后，使得所述放電電流輸出端與所述放電電流參考值輸入端連接。進(jìn)一步，根據(jù)如上所述的鋰電池功率變換單元，進(jìn)一步包括：上位機(jī)，其中，上位機(jī)輸出所述恒定電流值至所述放電電流參考值輸入端。進(jìn)一步，根據(jù)如上所述的鋰電池功率變換單元，所述鋰電池組被充電的過(guò)程包括：恒流充電階段，在該階段，電池電壓環(huán)飽和，所述充電電流輸出端輸出限幅電流值作為所述充電電流，直至第一鋰電池或者第二鋰電池的電池電壓從低于電池電壓參考值到達(dá)退飽和電壓為止；恒壓充電階段，在該階段，電池電壓環(huán)退出飽和狀態(tài)，所述鋰電池組以恒壓方式被充電，充電電流輸出端輸出由電池電壓環(huán)計(jì)算得到的電流值作為所述充電電流，直至所述充電電流小于充電截止電流；以及充電終止階段，在該階段，充電電流輸出端輸出的所述充電電流為0，第一鋰電池和第二鋰電池的電池電壓分別回落至靜置電壓。進(jìn)一步，根據(jù)如上所述的鋰電池功率變換單元，所述鋰電池組放電的過(guò)程包括：恒流放電階段，在該階段，所述放電電流參考值輸入端輸入的恒定電流值不為零，所述鋰電池組恒流放電直至第一鋰電池和第二鋰電池的電池電壓低于放電截止電壓，以及放電結(jié)束階段，在該階段，所述放電電流參考值輸入端輸入的恒定電流值為零，第一鋰電池和第二鋰電池的電池電壓回升至靜置電壓。進(jìn)一步，根據(jù)如上所述的鋰電池功率變換單元，所述第一晶體管、所述第二晶體管、所述第三晶體管、所述第四晶體管分別為絕緣柵雙極型晶體管，并且所述第一控制信號(hào)與所述第三控制信號(hào)同相，所述第二控制信號(hào)與所述第四控制信號(hào)同相，所述第一控制信號(hào)與所述第二控制信號(hào)反相，所述第三控制信號(hào)與所述第四控制信號(hào)反相。本實(shí)用新型所提供的用于超級(jí)UPS系統(tǒng)中的鋰電池功率變換單元通過(guò)采用合理的模式管理方案，在超級(jí)UPS系統(tǒng)出現(xiàn)不同的事件下工作于不同的模式以實(shí)現(xiàn)不同的功能，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在超級(jí)UPS系統(tǒng)的電網(wǎng)出現(xiàn)故障，其它能源單元轉(zhuǎn)換供電的時(shí)候能夠配合操作以維持超級(jí)UPS系統(tǒng)的直流母線電壓恒定，保證負(fù)載側(cè)的供電穩(wěn)定。并且，本實(shí)用新型所提供的鋰電池功率變換單元還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鋰電池的合理的充、放電管理，從而能夠避免對(duì)鋰電池進(jìn)行過(guò)充或過(guò)放而導(dǎo)致的不可恢復(fù)的損傷，延長(zhǎng)鋰電池的使用壽命。附圖說(shuō)明圖1為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元的模式管理狀態(tài)圖；圖2為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的用于超級(jí)UPS系統(tǒng)的鋰電池功率變換單元的控制框圖；圖3(a)顯示鋰電池功率變換單元在超級(jí)UPS系統(tǒng)中工作于充電模式下時(shí)，其中的電流流向示意圖，圖3(b)顯示鋰電池功率變換單元在超級(jí)UPS系統(tǒng)中工作于電壓源模式下時(shí)，其中的電流流向示意圖，圖3(c)顯示鋰電池功率變換單元在超級(jí)UPS系統(tǒng)中工作于電流源模式下時(shí)，其中的電流流向示意圖；圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元的充電管理過(guò)程的示意圖；圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元工作于電流源模式下的放電管理過(guò)程的示意圖；以及圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元從待機(jī)模式切換至充電模式的波形示意圖；圖7(a)為涉及本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元從充電模式切換至電壓源模式的波形示意圖；圖7(b)為涉及本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元從待機(jī)模式切換至電壓源模式的波形示意圖；圖8(a)為涉及本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元在其它能源單元控制母線時(shí)，從充電模式切換至電流源模式的波形示意圖；以及圖8(b)為涉及本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元從電流源模式切換至充電模式的波形示意圖。具體實(shí)施方式為更進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型的內(nèi)容，以下結(jié)合附圖，通過(guò)具體實(shí)施方式的說(shuō)明，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行更加深入而具體的介紹。根據(jù)本實(shí)用新型的鋰電池功率變換單元能夠采用合理的模式管理方案，以在超級(jí)UPS系統(tǒng)出現(xiàn)不同的事件下工作于不同的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能。圖1為根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元的模式管理狀態(tài)圖。相應(yīng)地，表1為對(duì)應(yīng)于圖1中的模式轉(zhuǎn)換的事件表。表1序號(hào)事件內(nèi)容事件1電網(wǎng)掉電或網(wǎng)側(cè)整流器故障事件2電網(wǎng)正常且電池未充滿電事件3燃?xì)饣蛉剂想姵匕l(fā)電單元能量小于負(fù)載能量事件4光伏發(fā)電大于負(fù)載所需能量或者發(fā)電功率過(guò)剩參見(jiàn)圖1和表1，本實(shí)用新型中，鋰電池功率變換單元模式管理的策略如下：在電網(wǎng)正常且鋰電池未充滿電(對(duì)應(yīng)事件2)時(shí)，鋰電池功率變換單元工作為充電模式以對(duì)鋰電池進(jìn)行充電；在系統(tǒng)中電網(wǎng)故障(電網(wǎng)掉電或電網(wǎng)側(cè)整流器故障)(對(duì)應(yīng)事件1)時(shí)，外部?jī)煞N能源進(jìn)行切換的間隙，如電網(wǎng)切換到燃料電池、電網(wǎng)切換到燃?xì)獍l(fā)電，一般需要幾秒到數(shù)十秒，這時(shí)需要鋰電池功率變換單元工作為電壓源模式緊急放電并支撐直流母線，直至兩種能源完成切換。當(dāng)光伏發(fā)電能量多于負(fù)載需求或者發(fā)電功率過(guò)剩(對(duì)應(yīng)事件4)，并且鋰電池未充滿電時(shí)，鋰電池功率變換單元工作于充電模式來(lái)對(duì)鋰電池進(jìn)行充電以實(shí)現(xiàn)最長(zhǎng)的備電時(shí)間；當(dāng)燃?xì)?、燃料電池發(fā)電功率小于負(fù)載所需功率(對(duì)應(yīng)事件3)時(shí)，鋰電池功率變換單元工作為電流源模式，使得鋰電池放電，補(bǔ)充輸出的功率缺口以維持負(fù)載供電穩(wěn)定。此外，在鋰電池功率變換單元不需要處于上述三種模式下以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能時(shí)，在接收到待機(jī)指令的情況下，鋰電池功率變換單元將處于待機(jī)狀態(tài)。圖2顯示根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的用于超級(jí)UPS系統(tǒng)的鋰電池功率變換單元的控制框圖。如圖2所示，實(shí)施例所提供的鋰電池功率變換單元包括鋰電池組21和功率變換器22。鋰電池組21由兩臺(tái)規(guī)格參數(shù)一致的鋰電池串聯(lián)得到，圖2中以等效電動(dòng)勢(shì)v1、電池內(nèi)阻r1來(lái)表示其中一個(gè)鋰電池，以等效電動(dòng)勢(shì)v2、電池內(nèi)阻r1來(lái)表示另外一個(gè)鋰電池。以下分別稱與(v1，r1)對(duì)應(yīng)的鋰電池為第一鋰電池，和與(v2，r1)對(duì)應(yīng)的鋰電池為第二鋰電池。功率變換器22采用兩個(gè)獨(dú)立控制且主電路參數(shù)一致的Buck/Boost拓?fù)洳⒙?lián)得到的雙向DC/DC變換器，以下將每一個(gè)單Buck/Boost分別稱為第一功率變換器和第二功率變換器，其中第一功率變換器與第一鋰電池對(duì)應(yīng)，第二功率變換器與第二鋰電池對(duì)應(yīng)。如圖2所示，第一功率變換器包括第一輸入電容Ca1、第一電感器Lb1、第一晶體管221、第二晶體管222、第一輸出電容Cb1。第二功率變換器包括第二輸入電容Ca2、第二電感器Lb2、第三晶體管223、第四晶體管224、第二輸出電容Cb2。其中，Ca1＝Ca2＝Ca，Cb1＝Cb2＝Cb，Lb1＝Lb2＝Lb。實(shí)施例中，第一晶體管221、第二晶體管222、第三晶體管223、第四晶體管224分別采用絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。第一輸入電容Ca1與第一鋰電池并聯(lián)，第一電感器Lb1的一端連接第一鋰電池的正極，另一端連接第一晶體管221的集電極和第二晶體管222的發(fā)射極，第一晶體管221的發(fā)射極連接第一鋰電池的負(fù)極，第一輸出電容Cb1的一端連接第二晶體管222的集電極，另一端連接第一晶體管221的發(fā)射極。第二輸入電容Ca2與第二鋰電池并聯(lián)，第二電感器Lb2的一端連接第二鋰電池的負(fù)極，另一端連接第三晶體管223的發(fā)射極和第四晶體管224的集電極，第三晶體管223的集電極連接第二鋰電池的正極，第二輸出電容Cb2的一端連接第四晶體管224的發(fā)射極，另一端連接第三晶體管223的集電極。在超級(jí)UPS系統(tǒng)中，第一晶體管221的發(fā)射極與直流母線的第二直流母線端(O端)連接，第二晶體管222的集電極與直流母線的第一直流母線端(P端)連接，第三晶體管223的集電極與直流母線的第二直流母線端(O端)連接，第四晶體管224的發(fā)射極與直流母線的第三直流母線端(N端)連接。第一晶體管221的門(mén)極輸入第一控制信號(hào)g1，第二晶體管222的門(mén)極輸入第二控制信號(hào)g2，第三晶體管223的門(mén)極輸入第三控制信號(hào)g3，第四晶體管224的門(mén)極輸入第四控制信號(hào)g4。實(shí)施例中，第一控制信號(hào)g1與第三控制信號(hào)g3同相，第二控制信號(hào)g2與第四控制信號(hào)g4同相，第一控制信號(hào)g1與第二控制信號(hào)g2互補(bǔ)(反相)，第三控制信號(hào)g3與第四控制信號(hào)g4互補(bǔ)(反相)。如圖2所示，實(shí)施例中，鋰電池功率變換單元進(jìn)一步包括充電電感電流環(huán)23和放電電感電流環(huán)24。其中，充電電感電流環(huán)23用于在鋰電池功率變換單元工作于充電模式下時(shí)輸出第一控制信號(hào)g1、第二控制信號(hào)g2、第三控制信號(hào)g3、以及第四控制信號(hào)g4；放電電感電流環(huán)24用于在鋰電池功率變換單元工作于電壓源模式或電流源模式下時(shí)輸出第一控制信號(hào)g1、第二控制信號(hào)g2、第三控制信號(hào)g3、以及第四控制信號(hào)g4。實(shí)施例中，充電電感電流環(huán)23與放電電感電流環(huán)24的主要區(qū)別在于充電、放電的控制環(huán)路不同，但是基本硬件結(jié)構(gòu)相同，因此在圖2中僅示出一套硬件結(jié)構(gòu)來(lái)表示充電電感電流環(huán)23和放電電感電流環(huán)24。充電電感電流環(huán)23包括電感電流輸入端231、充電電流參考值輸入端232、以及控制信號(hào)輸出端233。電感電流輸入端231輸入流過(guò)第一電感器Lb1或者第二電感器Lb2的電流iL1或iL2。這里，電感電流輸入端231輸入的電流iL1或iL2是充電電感電流環(huán)23采樣得到的流過(guò)第一電感器Lb1或者第二電感器Lb2的電流的實(shí)際反饋值。充電電流參考值輸入端232輸入充電電流參考值iLref1。電流iL1或iL2與充電電流參考值iLref1進(jìn)行差分運(yùn)算后的信號(hào)被送入與充電控制對(duì)應(yīng)的PI(比例積分)電路，經(jīng)過(guò)PI電路運(yùn)算后的信號(hào)再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的PWM(脈沖寬度調(diào)制)電路等相關(guān)運(yùn)算后得到相應(yīng)的控制信號(hào)(第一控制信號(hào)g1、第二控制信號(hào)g2、第三控制信號(hào)g3、以及第四控制信號(hào)g4)，從控制信號(hào)輸出端233輸出。實(shí)施例中，經(jīng)過(guò)PWM電路運(yùn)算后獲得0～5V的PWM信號(hào)后經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)板轉(zhuǎn)換為-9V～15V的控制信號(hào)。第一控制信號(hào)g1與第三控制信號(hào)g3相同，第二控制信號(hào)g2與第四控制信號(hào)g4相同，并且第一控制信號(hào)g1與第二控制信號(hào)g2反相(互補(bǔ))。放電電感電流環(huán)24包括電感電流輸入端241、放電電流參考值輸入端242、以及控制信號(hào)輸出端243。電感電流輸入端241輸入流過(guò)第一電感器Lb1或者第二電感器Lb2的電流iL1或iL2。同樣，電感電流輸入端241輸入的電流iL1或iL2是放電電感電流環(huán)24采樣得到的流過(guò)第一電感器Lb1或者第二電感器Lb2的電流的實(shí)際反饋值。放電電流參考值輸入端242輸入放電電流參考值iLref2。電流iL1或iL2與放電電流參考值iLref2進(jìn)行差分運(yùn)算后的信號(hào)被送入與放電控制對(duì)應(yīng)的PI(比例積分)電路，經(jīng)過(guò)PI電路運(yùn)算后的信號(hào)再經(jīng)過(guò)相應(yīng)的PWM(脈沖寬度調(diào)制)電路等相關(guān)運(yùn)算后得到相應(yīng)的控制信號(hào)(第一控制信號(hào)g1、第二控制信號(hào)g2、第三控制信號(hào)g3、以及第四控制信號(hào)g4)，從控制信號(hào)輸出端243輸出。同樣，實(shí)施例中，經(jīng)過(guò)PWM電路運(yùn)算后獲得0～5V的PWM信號(hào)后經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)板轉(zhuǎn)換為-9V～15V的控制信號(hào)。第一控制信號(hào)g1與第三控制信號(hào)g3相同，第二控制信號(hào)g2與第四控制信號(hào)g4相同，并且一控制信號(hào)g1與第二控制信號(hào)g2反相(互補(bǔ))。實(shí)施例中，流過(guò)第一電感器Lb1的電流iL1與流過(guò)第二電感器Lb2的電流iL2相等(iL1＝iL21＝iL)，并且當(dāng)?shù)谝浑姼衅鱈b1中電流iL1的流向如圖中箭頭所示從左到右(對(duì)應(yīng)第二電感器Lb2中電流iL2的流向如圖中箭頭所示從右到左)時(shí)，電流iL1(電流iL2)的值為正，相反則電流iL1(電流iL2)的值為負(fù)。實(shí)施例中，通過(guò)充電電感電流環(huán)23，在相應(yīng)的第一控制信號(hào)g1、第二控制信號(hào)g2、第三控制信號(hào)g3、以及第四控制信號(hào)g4的控制下，可以使得流過(guò)第一電感器Lb1的電流iL1和流過(guò)第二電感器Lb2的電流iL2控制為與充電電流參考值iLref1相等；通過(guò)放電電感電流環(huán)24，在相應(yīng)的第一控制信號(hào)g1、第二控制信號(hào)g2、第三控制信號(hào)g3、以及第四控制信號(hào)g4的控制下，可以使得流過(guò)第一電感器Lb1的電流iL1和流過(guò)第二電感器Lb2的電流iL2控制為與放電電流參考值iLref2相等。因此，充電電流參考值iLref1與放電電流參考值iLref2的正負(fù)號(hào)決定流過(guò)第一電感器Lb1的電流iL1與流過(guò)第二電感器Lb2的電流iL2的正負(fù)號(hào)，也即，決定了鋰電池組21的充放電。實(shí)施例中，鋰電池功率變換單元進(jìn)一步包括電池電壓環(huán)25，電池電壓環(huán)25包括電池電壓輸入端251、電池電壓參考值輸入端252、充電電流輸出端253。電池電壓輸入端251輸入第一鋰電池的電池電壓vbat1或第二鋰電池的電池電壓vbat2。這里，電池電壓輸入端251輸入的電池電壓vbat1或vbat2是電池電壓環(huán)25采樣得到的第一鋰電池的電池電壓或第二鋰電池的電池電壓的實(shí)際反饋值。電池電壓參考值輸入端252輸入電池電壓參考值vbat_ref。電池電壓vbat1或vbat2與電池電壓參考值vbat_ref進(jìn)行差分運(yùn)算后的信號(hào)被送入PI(比例積分)電路進(jìn)行運(yùn)算得到充電電流iL.char(符號(hào)為負(fù))，從充電電流輸出端253輸出。實(shí)施例中，電池電壓vbat1＝vbat21＝vbat。在鋰電池功率變換單元在超級(jí)UPS系統(tǒng)中工作于充電模式下時(shí)，充電電流輸出端253被控制與充電電流參考值輸入端232連接，此時(shí)在相應(yīng)的第一控制信號(hào)g1、第二控制信號(hào)g2、第三控制信號(hào)g3、以及第四控制信號(hào)g4的控制下，鋰電池功率變換單元中將產(chǎn)生如圖3(a)中的粗箭頭所示的電流流向，此時(shí)，電流從直流母線流向鋰電池組21，鋰電池組21被充電。如圖2所示，實(shí)施例中，鋰電池功率變換單元進(jìn)一步包括上位機(jī)27和模式選擇部28。當(dāng)鋰電池功率變換單元需要工作于充電模式下時(shí)，上位機(jī)27向模式選擇部28輸出充電模式指令，模式選擇部28在接收到來(lái)自上位機(jī)27的充電模式指令時(shí)，使得充電電流輸出端253與充電電流參考值輸入端232連接。實(shí)施例中，鋰電池功率變換單元進(jìn)一步包括直流母線電壓環(huán)26。直流母線電壓環(huán)26包括母線電壓輸入端261、母線電壓參考值輸入端262、放電電流輸出端263。母線電壓輸入端261輸入第一直流母線端與第二直流母線端之間的電壓vbus1或第二直流母線端與第三直流母線端之間的電壓vbus2。這里，母線電壓輸入端261輸入的電壓vbus1或vbus2是直流母線電壓環(huán)26采樣得到的第一直流母線端與第二直流母線端之間的電壓或第二直流母線端與第三直流母線端之間的電壓的實(shí)際反饋值。母線電壓參考值輸入端262輸入母線電壓參考值vbus_ref。電壓vbus1或vbus2與母線電壓參考值vbus_ref進(jìn)行差分運(yùn)算后的信號(hào)被送入PI(比例積分)電路進(jìn)行運(yùn)算得到放電電流iL.bus(符號(hào)為正)，從放電電流輸出端263輸出。實(shí)施例中，電壓vbus1＝vbus2＝vbus。在鋰電池功率變換單元在超級(jí)UPS系統(tǒng)中工作于電壓源模式下時(shí)，放電電流輸出端263被控制與放電電流參考值輸入端242連接，此時(shí)在相應(yīng)的第一控制信號(hào)g1、第二控制信號(hào)g2、第三控制信號(hào)g3、以及第四控制信號(hào)g4的控制下，鋰電池功率變換單元中將產(chǎn)生如圖3(b)中的粗箭頭所示的電流流向，此時(shí)，電流從鋰電池組21流向直流母線，鋰電池組21放電。實(shí)施例中，當(dāng)鋰電池功率變換單元需要工作于電壓源模式下時(shí)，上位機(jī)27向模式選擇部28輸出電壓源模式指令，模式選擇部28在接收到來(lái)自上位機(jī)27的電壓源模式指令時(shí)，使得放電電流輸出端263與母線電壓參考值輸入端262連接。進(jìn)一步，實(shí)施例中，在鋰電池功率變換單元在所述超級(jí)UPS系統(tǒng)中工作于電流源模式下時(shí)，放電電流參考值輸入端242輸入恒定電流值iL.disc(符號(hào)為正)，此時(shí)在相應(yīng)的第一控制信號(hào)g1、第二控制信號(hào)g2、第三控制信號(hào)g3、以及第四控制信號(hào)g4的控制下，鋰電池功率變換單元中將產(chǎn)生如圖3(c)中的粗箭頭所示的電流流向，此時(shí)，電流從鋰電池組21流向直流母線，鋰電池組21放電。實(shí)施例中，由上位機(jī)27輸出恒定電流值iL.disc至放電電流參考值輸入端242。此外，如之前所述的，由于鋰電池的特殊性，需要在鋰電池功率變換單元運(yùn)行過(guò)程中對(duì)鋰電池進(jìn)行合理的充、放電管理，以避免對(duì)鋰電池進(jìn)行過(guò)充或過(guò)放而導(dǎo)致的不可恢復(fù)的損傷，延長(zhǎng)鋰電池的使用壽命。以下描述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的電池充電管理和電池放電管理。表2顯示的是鋰電池的技術(shù)參數(shù)。表2(1)電池充電管理在鋰電池功率變換單元處于充電模式下，鋰電池組21被充電。圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元的充電管理過(guò)程的示意圖。如圖4所示，實(shí)施例中，被充電過(guò)程分為：恒流充電、恒壓充電、充電終止三個(gè)階段。[0,t1]階段，為恒流充電階段。此時(shí)電池電壓vbat遠(yuǎn)低于電池電壓參考值vbat_ref，電池電壓環(huán)25飽和，充電電流輸出端253輸出限幅電流值ic_max作為充電電流iL.char，此時(shí)充電電流參考值iLref1設(shè)定為ic_max。隨著充電的進(jìn)行，第一鋰電池和第二鋰電池兩端的電壓漸漸上升，當(dāng)達(dá)到退飽和電壓vbat.drop時(shí)，恒流充電階段結(jié)束。[t1,t2]階段，為恒壓充電階段。此時(shí)電池電壓vbat接近電池電壓參考值vbat_ref，電池電壓環(huán)25退出飽和狀態(tài)，鋰電池組21以恒壓方式被充電，充電電流輸出端253輸出由電池電壓環(huán)25計(jì)算得到的電流值iL.char作為充電電流參考值iLref1。在t2時(shí)刻，當(dāng)電流值iL.char小于充電截止電流ic.end時(shí)，恒壓充電階段結(jié)束。t>t2階段，為充電終止階段。充電電流輸出端253輸出的充電電流為0，第一鋰電池和第二鋰電池的電池電壓vbat分別回落至靜置電壓vbat_OC。此時(shí)功率變換器22停止工作。根據(jù)表2的電池技術(shù)參數(shù)，電池電壓參考值vbat_ref設(shè)置為vchar(450V)，充電截止電流ic.end設(shè)置為ichar.end(4.65A)，限幅電流值ic_max在電池運(yùn)行電流0.5C(23.25A)內(nèi)。由于充電截止電壓vchar.pro為455V，因此需要電壓控制精度在5V以內(nèi)，以防電池恒壓充電時(shí)電壓達(dá)到充電截止電壓。同時(shí)，為了防止電池充電過(guò)滿或過(guò)少，需要電流控制精度在1A以內(nèi)。(2)電池放電管理以下以電流源放電為例來(lái)描述根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元的放電管理。在鋰電池功率變換單元處于電流源模式下，鋰電池組21放電。圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元工作于電流源模式下的放電管理過(guò)程的示意圖，其中放電的過(guò)程包括：[0,t1]階段，為恒流放電階段。此時(shí)，上位機(jī)27輸出不為零的恒定電流值iL.disc作為放電電流參考值iLref2。恒流放電過(guò)程中，電池電壓vbat不斷減小，在t1時(shí)刻，當(dāng)?shù)谝讳囯姵睾偷诙囯姵氐碾姵仉妷簐bat低于放電截止電壓vbat_disc時(shí)，恒流放電結(jié)束。t>t1階段，為放電結(jié)束階段。此時(shí)，放電電流參考值輸入端242輸入的放電電流參考值iLref2為零，第一鋰電池和第二鋰電池的電池電壓vbat回升至靜置電壓vbat_OC。根據(jù)表2的電池技術(shù)參數(shù)，放電截止電壓vbat_disc設(shè)置為vdisc.end(392V)，恒定電流值iL.disc在電池運(yùn)行電流0.5C(23.25A)內(nèi)。為了防止控制精度不夠而導(dǎo)致的電池過(guò)放，同樣需要電壓控制精度小于5V。實(shí)施例中，由于圖2所示的PI環(huán)路為無(wú)差控制系統(tǒng)，所以引起電池電壓、電流控制誤差的主要原因是采樣誤差。通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)碾娏鞑蓸釉骷笜?biāo)參數(shù)和適當(dāng)?shù)碾妷翰蓸釉骷笜?biāo)參數(shù)，可以在電池運(yùn)行電壓范圍392V～450V內(nèi)實(shí)現(xiàn)5V的電壓控制精度，在電池運(yùn)行電流0.5C(23.25A)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)1A的電流控制精度，從而滿足控制精度要求。接下來(lái)，將描述基于本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元的模式管理方案的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以驗(yàn)證本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的鋰電池功率變換單元的模式管理方案的可行性。(1)電網(wǎng)正常情況當(dāng)電網(wǎng)正常、鋰電池未充滿時(shí)，鋰電池功率變換單元需要切換至充電模式來(lái)對(duì)鋰電池充電以保證鋰電池最長(zhǎng)的備電時(shí)間。圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元從待機(jī)模式切換至充電模式的波形示意圖。在t1時(shí)刻前，電網(wǎng)通過(guò)整流逆變后提供負(fù)載所需功率，此時(shí)電網(wǎng)側(cè)整流器的a相電流峰-峰值Igrid＝17.5A，直流母線電壓vbus＝750V。在t1時(shí)刻的切換瞬間，電網(wǎng)側(cè)整流a相電流電流峰-峰值變?yōu)镮grid＝32.1A，多余的功率用于提供電池0.2C(iL＝-9.3A)充電所需能量。由圖6可見(jiàn)，鋰電池功率變換單元的模式轉(zhuǎn)換過(guò)程中，鋰電池功率變換單元電感電流iL沒(méi)有沖擊。(2)電網(wǎng)故障情況在電網(wǎng)故障情況時(shí)，鋰電池功率變換單元需要緊急從待機(jī)或充電模式轉(zhuǎn)為電壓源放電模式。圖7(a)為涉及本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元從充電模式切換至電壓源模式的波形示意圖。由圖可知，在t1時(shí)刻前，電網(wǎng)正常且提供負(fù)載和鋰電池按0.2C(iL＝9.3A)恒流充電所需的功率(負(fù)載功率Pload＝4kW)，此時(shí)網(wǎng)側(cè)a相電流的峰-峰值Igrid＝32.9A；在t1時(shí)刻，電網(wǎng)突然掉電，鋰電池功率變換單元緊急從充電轉(zhuǎn)為電壓源模式支撐直流母線電壓，鋰電池功率變換單元的電感電流平均值為iL＝10.1A用以維持直流母線穩(wěn)定，切換過(guò)程中電感電流超調(diào)Δi＝5.3A。圖7(b)為涉及本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元從待機(jī)模式切換至電壓源模式的波形示意圖。如圖可知，在t1時(shí)刻前，電網(wǎng)正常且提供負(fù)載功率(Pload＝10kW)，電網(wǎng)側(cè)a相電流的峰-峰值Igrid＝46.5A；在t1時(shí)刻，電網(wǎng)突然掉電，鋰電池功率變換單元緊急從待機(jī)模式轉(zhuǎn)為電壓源模式支撐直流母線電壓，此時(shí)鋰電池功率變換單元的電感電流平均值為iL＝26.1A，切換過(guò)程中電感電流超調(diào)Δi＝6.1A。由上述圖中可見(jiàn)，鋰電池功率變換單元在充電和待機(jī)狀態(tài)下均很好的實(shí)現(xiàn)了直流母線緊急支撐的作用，符合設(shè)計(jì)的要求。2.1.3其它能源單元控制母線情況在其它能源單元控制直流母線時(shí)，當(dāng)發(fā)電能量多于負(fù)載所需能量或發(fā)電功率大于負(fù)載所需功率時(shí)，鋰電池功率變換單元工作于充電模式來(lái)對(duì)鋰電池充電以實(shí)現(xiàn)最長(zhǎng)的備電時(shí)間；當(dāng)發(fā)電能量小于負(fù)載所需能量時(shí)，鋰電池功率變換單元工作于電流源模式進(jìn)行放電，用以維持負(fù)載供電穩(wěn)定。圖8(a)為涉及本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元在其它能源單元控制母線時(shí)，從充電模式切換至電流源模式的波形示意圖。在t1時(shí)刻前，鋰電池進(jìn)行0.2C(iL＝-9.3A)充電，在t1時(shí)刻，鋰電池功率變換單元切換至電流模式并輸出上位機(jī)給定的iL＝10A(4kW)電流，以彌補(bǔ)功率缺口。圖8(b)為涉及本實(shí)用新型實(shí)施例的鋰電池功率變換單元在其它能源單元控制母線時(shí)，從電流源模式切換至充電模式的波形示意圖。在t1時(shí)刻前，鋰電池模塊功率變換單元工作在電流源模式并輸出上位機(jī)指定的iL＝10A電流，在t1時(shí)刻，當(dāng)負(fù)載功率減小/發(fā)電功率增加或發(fā)電能量過(guò)剩時(shí)，鋰電池功率變換單元由電流源模式切換至充電模式，按0.2C(iL＝-9.3A)進(jìn)行充電，以實(shí)現(xiàn)鋰電池最長(zhǎng)的備電時(shí)間。由上述圖中可見(jiàn)，鋰電池功率變換單元在電流源模式和充電模式切換過(guò)程中的電感電流尖峰均較小，符合設(shè)計(jì)的安全要求。綜上所述，本實(shí)用新型所提供的能夠用于超級(jí)UPS系統(tǒng)的鋰電池功率變換單元通過(guò)采用合理的模式管理方案在超級(jí)UPS系統(tǒng)出現(xiàn)不同的事件下工作于不同的模式以實(shí)現(xiàn)不同的功能，從而能夠?qū)崿F(xiàn)在超級(jí)UPS系統(tǒng)的電網(wǎng)出現(xiàn)故障，其它能源單元轉(zhuǎn)換供電的時(shí)候能夠配合操作以維持超級(jí)UPS系統(tǒng)的直流母線電壓恒定，保證負(fù)載側(cè)的供電穩(wěn)定。并且，本實(shí)用新型所提供的鋰電池功率變換單元還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鋰電池的合理的充、放電管理，從而能夠避免對(duì)鋰電池進(jìn)行過(guò)充或過(guò)放而導(dǎo)致的不可恢復(fù)的損傷，延長(zhǎng)鋰電池的使用壽命。最后需要說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換，而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型實(shí)施例所述技術(shù)方案的范圍。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3