基于CAN通讯的储能变流器并机方案及应用分析报告-培训课件

目录01020304并机目的并机存在的问题一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制策略并机应用案例展示0

1并机目的单机/小容量多机/几十kW~百MW机以上LFP

batteriesPV

systemGeneratorLoad

2Load

1GridR8KLNA并机目的——单机VS多机A需要多台储能变流器(PCS)并联运行。为提升电网对大规模可再生发电能源的接纳能力,目前对电池储能的功率等级要求已达数十MW甚至达百MW以上。以前电池储能的功率等级要求是单机或者小容量，容量规模较小。优势对比并机目的——可靠性BDC3ɸ

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多台PCS并机，互为冗余，在提高系统带载能力的同时，改善系统供电的可靠性。0

2并机存在的问题10 10 103台 18161614121086420D G S H J三相机并机并机数量受限，一般为4

～

8

台，

无法现实超过16台的并机控制PCS离网并机目前存在的问题A无法实现不同功率的储能变流器的并联控制DC3ɸ

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离网并机目前存在的问题并机数量越多，主、从机之间均流控制效果越差电流不平衡度很难控制在P

C

S

自身额定电流的5

%

之内C PCS离网并机目前存在的问题电池SO

C

不均衡D PCS离网并机目前存在的问题系统突加突减负载时，

由暂态向稳态过度的时间长E PCS离网并机目前存在的问题主机出现故障整个并机系统往往会崩溃F PCS离网并机目前存在的问题0

3一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制策略工作原理储能双向变流器(PCS)是交/直流侧可控的四象限运行的变流装置，实现对电能的交直流双向转换。PCS可以实现电池储能系统直流电池与交流电网之间的双向能量传递，通过控制策略实现对电池系统的充放电管理、对网侧负荷功率的跟踪、对电池储能系统充放电功率的控制、对离网运行方式下网侧电压的控制等。储能变流器（PCS）IGBT开关器件T1T2T3T4T5T6DC+DC-UVW直流电三相400V交流电储能变流器（PCS）框图储能变流器（PCS）原理图（图1-2）储能双向变流器（PCS）工作原理AB 多台PCS离网并机原理Oωt载波主机Oωt载波从机01主从控制模式，所有PCS均工作在V/F控制模式。传递载波同步信号，解决载波同相位，减少PCS并机之间的环流问题。02主、从机载波同步从机调制波：U= Vmax*cos(ωt+θ)Ua/

Ub/Uc相位差120°，Vmax振幅，ω角频率，t周期，θ是初相角f=1/Tω=2πf=2π/T控制从机调制波的频率f

，则可以调节从机的有功功率P;控制从机调制波的电压Umax

，则可以调节从机的无功功率Q。Umax越大，无功功率越大，反之越小。f

越大，有功功率越大，反之越小从机锁定主机相位，实现主从机相位同步。UbUcUaN120°B 多台PCS离网并机原理V/F控制模式下的，从机频率和电压的下垂控制（基于主机输出功率和电流）多台PCS离网并机控制原理此离网并机控制系统主要由：储能变流器3套、磷酸铁锂锂电池3套、高速CAN通讯网络、PID调节器、PID限幅器、电流检测传感器、PWM驱动信号1、PWM驱动信号2、PWM驱动信号3、AC交流汇流箱、电网、负载等组成。此控制系统以3台PCS为例，阐述一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制原理。多（理论上可以扩展到无限台）台的并机系统，控制原理与3台的原理完全一样。2#储能变流器CT3#储能变流器1#储能变流器电网1#锂电池2#锂电池3#锂电池CT负载直流电三相400V交流电CAN

通讯CAN通讯PID调节器PWM驱动信号2I1I2△I12

-

PID调节器I1I313△I

-PWM驱动信号3接触器接触器接触器PWM驱动信号1主机V/F控制方式，PWM驱动脉冲3#电流检测传感器2#电流检测传感器CT1#电流检测传感器Φ-Φ+

Φ-PID限幅PID限幅Φ+

一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制框图：（图1-1）电网端口负载端口AC交流汇流箱C一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制策略多台PCS离网并机控制原理3套LFP磷酸铁锂电池分别接至3套PCS的直流侧。3套PCS的交流侧通过AC汇流箱分别并联在一起。AC汇流箱输出接至电网端口和负载端口。3台储能变流器均工作于V/F控制模式，1#储能变流器为主机、2～3#储能变流器为从机。3套储能变流器通过高速CAN总线相连。高速CAN通讯网络将1#储能变流器（主机）的电流信息、功率信息、SOC状态信息、主机状态信息等信息传送至2#储能变流器和3#储能变流器。为了提高系统的通讯效率，1#储能变流器只发送主机信息，2#储能变流器和3#储能变流器只接收主机信息。C 一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制策略2#储能变流器CT3#储能变流器1#储能变流器电网1#锂电池2#锂电池3#锂电池CTCT负载直流电三相400V交流电CAN

通讯CAN通讯PID调节器PWM驱动信号2I1I2△I12

-

PID调节器I1I313△I

-PWM驱动信号3接触器接触器接触器PWM驱动信号1主机V/F控制方式，PWM驱动脉冲3#电流检测传感器2#电流检测传感器1#电流检测传感器Φ-Φ+

Φ-

PID限幅PID限幅Φ+

一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制框图：（图1-1）电网端口负载端口AC交流汇流箱多台PCS离网并机控制原理C 一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制策略2#储能变流器工作在离网V/F控制模式下，2#储能变流器采用“频率和电压PID下垂控制”修正自身的频率和电压，通过调节PWM驱动信号2，实现输出电流逼近1#储能变流器的控制目的。通过这种实时的PID闭环控制，2#储能变流器的输出电流锁定在1#储能变流器的目标范围内。U2= U2max*cos(ω2t+θ2)调节2#从机的频率f，则可以控制2#从机的有功功率；调节2#从机的电压U，则可以调节2#从机的无功功率。若2#从机的有功功率≈主机的有功功率；若2#从机的无功功率≈主机的无功功率，则2#从机的输出电流≈主机的输出电流。

（

±5%的“额定频率和电压调节”范围。

）多台PCS离网并机控制原理3#储能变流器工作在离网V/F控制模式下，3#储能变流器采用“频率和电压PID下垂控制”修正自身的频率和电压，通过调节PWM驱动信号3，实现输出电流逼近1#储能变流器的控制目的。通过这种实时的PID闭环控制，3#储能变流器的输出电流锁定在1#储能变流器的目标范围内。U3= U3max*cos(ω3t+θ3)调节3#从机的频率f，则可以控制3#从机的有功功率；调节3#从机的电压U，则可以调节3#从机的无功功率。若3#从机的有功功率≈主机的有功功率；若3#从机的无功功率≈主机的无功功率，则3#从机的输出电流≈主机的输出电流。（

±5%的“额定频率和电压调节”范围。

）C 一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制策略2#储能变流器CT3#储能变流器1#储能变流器电网1#锂电池2#锂电池3#锂电池CTCT负载直流电三相400V交流电CAN

通讯CAN通讯PID调节器PWM驱动信号2I1I2

△I12

-PID调节器I1I313△I

-PWM驱动信号3接触器接触器接触器PWM驱动信号1主机V/F控制方式，PWM驱动脉冲3#电流检测传感器2#电流检测传感器1#电流检测传感器Φ+

Φ-Φ+

Φ-PID限幅PID限幅一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制框图：（图1-1）电网端口负载端口AC交流汇流箱多台PCS离网并机控制原理2#储能变流器接收1#储能变流器的电流及功率信息，与2#储能变流器自身采集的电流和功率信息进行比较，比较后的差值通过“PID控制器”和“PID限幅器”输出“PWM驱动信号2”，去控制2#储能变流器的输出频率和电压（±5%的“额定频率和电压调节”范围），使得2#储能变流器的输出电流逼近1#储能变流器的电流。3#储能变流器接收1#储能变流器的电流及功率信息，与3#储能变流器自身采集的电流和功率信息进行比较，比较后的差值通过“PID控制器”和“PID限幅器”输出“PWM驱动信号3”，去控制3#储能变流器的输出频率和电压（±5%的“额定频率和电压调节”范围），使得3#储能变流器的输出电流逼近1#储能变流器的电流。C一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制策略多台PCS离网并机控制原理当2#储能变流器的输出电流逼近1#储能变流器的电流；当3#储能变流器的输出电流逼近1#储能变流器的电流。1#、2#、3#储能变流器就实现了离网并机均流控制。当1#储能变流器出现故障时，1#储能变流器退出运行，并不影响2#和3#储能变流器的正常运行。当1#储能变流器出现故障时，1#储能变流器将故障信息传送至2#储能变流器，2#储能变流器自动切换为主机，CAN总线采用优先级仲裁机制，帧ID号越低，总线优先级别越高。2#储能变流器CT3#储能变流器1#储能变流器电网1#锂电池2#锂电池3#锂电池CTCT负载直流电三相400V交流电CAN

通讯CAN通讯PID调节器PWM驱动信号2I1I2

△I12

-

PID调节器I1I313△I

-PWM驱动信号3接触器接触器接触器PWM驱动信号1主机V/F控制方式，PWM驱动脉冲3#电流检测传感器2#电流检测传感器1#电流检测传感器Φ-Φ+

Φ-PID限幅PID限幅Φ+

一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制框图：（图1-1）电网端口负载端口AC交流汇流箱C一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制策略多台PCS离网并机控制原理若3台储能变流器的I1、I2、I3采用标幺值时，（即自身实际电流除以自身额定电流时：I1*=

I1/

I1N

;

I2*=

I2/

I2N

;

I3*=I3/I3N

）

就可以实现不同功率储能变流器并联的等比例功率输出控制，实现不同功率的储能变流器的协同出力控制。比如：1#变流器150kw、2#变流器100kw、3#变流器50kw，三台并联。若1#储能变流器输出功率60%=60%X150=90kw，则2#储能变流器输出功率60%X100=60kw，3#储能变流器输出功率60%X50=30kw。即：每台机器都带60%的负载，并机总输出功率为：90+60+30=180kw。2#储能变流器CT3#储能变流器1#储能变流器电网1#锂电池2#锂电池3#锂电池CTCT负载直流电三相400V交流电CAN

通讯CAN通讯PID调节器PWM驱动信号2I1I2△I12

-

PID调节器I1I313△I

-PWM驱动信号3接触器接触器接触器PWM驱动信号1主机V/F控制方式，PWM驱动脉冲3#电流检测传感器2#电流检测传感器1#电流检测传感器Φ-Φ+

Φ-PID限幅PID限幅Φ+

一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制框图：（图1-1）电网端口负载端口AC交流汇流箱C一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制策略多台PCS离网并机控制原理CAN高速通讯是一种去中心化的多主站通讯结构，当主站故障时，可以实现其他从站无缝切换为新的主站，这种冗余的控制机制，确保并机系统更加的安全可靠。由于采用了主机输出电流和功率作为参照变量，省去了各台储能变流器之间相互交互信息繁琐的平均值计算过程，电流不平衡度都可以控制在额定电流3%之内，大大提高了并机均流的控制精度。根据电池的SOC状态，可以注入SOC修正系数作为储能变流器输出电流或者功率的调节系数，实现各并机的SOC均衡控制。2#储能变流器CT3#储能变流器1#储能变流器电网1#锂电池2#锂电池3#锂电池CT负载直流电三相400V交流电CAN

通讯CAN通讯PID调节器PWM驱动信号2I1I2△I12

-

PID调节器I1I313△I

-PWM驱动信号3接触器接触器接触器PWM驱动信号1主机V/F控制方式，PWM驱动脉冲3#电流检测传感器2#电流检测传感器CT1#电流检测传感器Φ-Φ+

Φ-PID限幅PID限幅Φ+

一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制框图：（图1-1）电网端口负载端口AC交流汇流箱C一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制策略多台PCS离网并机控制原理3台以上的并机控制原理与上述3台的控制原理完全一致。采用了类似于广播的通讯机制，大大提升了通讯效率。主站只发送电流信息、功率信息、SOC状态信息、运行状态信息等信息，从机只接受主机信息，并与自身的信息进行比较，这样的通讯机制确保3台以上的并机通讯速度与3台并机的通讯速度完全一样，理论上可以实现无限台储能变流器的并联。2#储能变流器CT3#储能变流器1#储能变流器电网1#锂电池2#锂电池3#锂电池CT负载直流电三相400V交流电CAN

通讯CAN通讯PID调节器PWM驱动信号2I1I2△I12

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PID调节器I1I313△I

-PWM驱动信号3接触器接触器接触器PWM驱动信号1主机V/F控制方式，PWM驱动脉冲3#电流检测传感器CT2#电流检测传感器1#电流检测传感器Φ-Φ+

Φ-PID限幅PID限幅Φ+

一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制框图：（图1-1）电网端口负载端口AC交流汇流箱C一种基于CAN通讯的储能变流器离网并机控制策略并联储能变流器的台数不受限制，并且通讯延时不因并联数量的增加而增加。LFP

batteries1#

R8KLNA16#

R8KLNAn#

R8KLNAPV

systemPV

systemPV

systemGridLoad

1Load

2GeneratorD 并机特点和优势采用高速CAN通讯，精简了通讯数据交换的机制：主站只发送电流信息、功率信息、状态信息。从机只接受主机信息。系统突加突减负载时，动态响应快，由暂态向稳态的过度时间短。D 并机特点和优势采用电流或者功率标幺值控制模型可实现不同功率储能变流器并联的等比例输出控制，实现不同功率的储能变流器按比例协同出力控制。D 并机特点和优势所有储能变流器均工作在V/F控制模式，互为冗余，当其中一台出现故障，不影响系统其他储能变流器的正常运行，系统更加安全可靠。D 并机特点和优势根据电池的SOC状态，注入SOC修正系数作为储能变流器输出电流或者功率的调节系数，实现各并机的SOC均衡控制。D 并机特点和优势采用主机输出电流、功率作为参照对象，省去了各台储能变流器之间相互交互信息繁琐的平均值计算过程，电流不平衡度都可控制在额定电流3%之内，大大提高了并机均流的控制精度。D 并机特点和优势E REVO系列48V美标机并网并机F REVO系列48V美标机离网并机G REVO系列高压美标并网并机DC3ɸ

ACCommunicationMPS0500parallelmicrogridsystem

diagramBATGridGeneral

loadImportant

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

boxPV362.88kWp408.24kWpPV1#Combiner

boxATSPVPVDGGridH MPS系列并机接线IMPS系列2台MPS0150并机接线J MPS系列2台MPS0500并机接线K MPS系列4台并机接线MEGA0100TS×6independentmicrogridsystemdiagramDC3ɸ

ACEMS

CommunicationCAN

CommunicationAC

distributioncabinetLoad

portLFP

batteries#1

MEGA0100TSCANGrid

portLoad

portLFP

batteries#6

MEGA0100TSCANGrid

portProtectionand

MeteringProtectionand

Metering60kVA

DG#1PV

inverterPV

systemProtectionand

Metering#12PV

i