赛米控SKiiP模块在电池储能系统中的应用

随着可再生能源的发展，越来越多的风力发电正在逐步建成，但是风力发电是一种间歇性能源，因此不能提供持续稳定的功率，发电稳定性较差。另外，风力发电功率的波动会影响当地电网的电

能质量，产生电压波动与闪变。因此，研究改善风力发电的稳定性，抑制其引起的电压波动与闪变以及提高含电力系统的稳定性等问题成为风力发电并网运行中的重要问题。文章来源：http://www.igbt8.com/news/267.html

电池储能系统(Battery Energy StorageSystem，BESS)作为平滑风力发电波动的一种有效手段，具有较好的应用前景。图1所示为电池储能系统在风电中的应用，用电池储能来平抑风力发电的波动，在设计中为了适应不同容量的风力发电，电池储能系统采用模块化并联的架构，这样可以提高储能系统的灵活性，当需要增加容量时只需增加一组储能系统即可，而不需要重新设计，既可以减少成本也可以提高工程的进度。电力电子接口作为电池储能系统接入电网的关键部件之一，如何提高电力电子部件的可靠性和降低成本，并且提高系统的集成化和易扩展性成为商业化应用的重要因素。在电池储能系统中，电力电子变换部分主要用来完成把电池的直流电压变为电网需求的交流电压，通常由一双向DC-DC变换器和DC-AC并网逆变器组成，如图2所示，主要完成如下功能：

 实现对电池的快速充放电

 平抑风力发电的波动

 无功补偿作用

 平衡负荷

 滤波作用

本设计利用赛米控公司的SKiiP®模块设计了电池储能系统的模块化并网逆变器。SKiiP®模块的架构如图4所示，模块集成了功率半导体器件、散热器以及具有保护和监测电路的门极驱动电路，并有用于短路和过电流保护的闭环电流传感器，同时内部也集成了温度传感器。采用SKiiP®模块可以大大简化并网逆变器主电路的设计，提高系统的抗干扰能力，具有很高的可靠性和负载循环能力，并能方便的实现模块化和集成化。本设计主要针对100kW的储能系统，并且把100kW的储能系统设计成模块化的基本单元，当需要储能系统扩容时，直接把模块并联就可以实现。充放电系统主要包括直流滤波电容，三相电压源变换器(Voltage SourceConverter，VSC)和半桥DC-DC变换器，三相并网滤波器，电池输出直流滤波器和控制器，每个单元都采用机箱完全屏蔽，既可以减少电磁干扰问题又可以实现模块化，减少维护费用。系统采用750V的直流母线，5kHz的开关频率。

图1: 电池储能系统在风力发电中的基本结构

图2: 单个电池储能系统的基本组成

图3: 电池储能系统整体控制框图

图4: SKiiP®模块的架构图

单个电池储能单元的控制框图如图3所示，主要包括直流端电压控制，电池充电电流控制和并网逆变器控制。直流电压控制器平衡电池的有功，通过控制电池电流来实现，为了克服直流电压控制器带宽低的特性，引入了电池电流反馈，减少了暂态过程中的直流电压波动。控制器采用级联结构，由电池电流i2构成外环，滤波电容电压UC构成中间环，i1组成内环。并网逆变器实现电流控制的电压源，电流控制器在同步旋转坐标系下得到。在同步旋转坐标系下，有功和无功分别和d轴和q轴对应，可以实现解耦控制。
为了扩大电池储能系统的容量，本设计中采用并联扩容的方式，整体架构如图5所示，

每个100kW的储能模块组成基本单元。本地控制器主要用来完成每个储能单元模块的控制，采用FPGA和DSP进行快速的电压、电流和温度采样，并完成数据的处理和控制算法的快速实现，同时负责和上层监控系统进行通信；系统管理层主要用来协调各个储能单元的合理运行，并提供人机接口，接受来自用户的命令。

为了实现模块化的电池储能系统，无论是储能电池、电力电子接口还是控制系统都必须有良好的模块化结构，并且要有标准化的接口，赛米控的SKiiP®模块是实现电力电子模块化应用的良好解决方案，本设计中采用的模块化电池储能系统和分层控制策略具有较高的可靠性、易扩展性和通用性。

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