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构网型储能变流器及控制策略研究

摘要：本论文主要介绍了构建网型储能变流器及其控制策略的基本知识和思

路。首先，我们介绍了网型储能变流器的结构组成，包括电容器、双向DC-DC变

换器和交流侧逆变器等。然后，我们分析了控制策略的设计，从直流侧功率控制、

逆变器输出电压控制以及储能装置状态监测与安全控制三个方面进行了阐述。最

后，总结了文章的主要内容，并对未来的研究提出了展望。

关键词：构网型储能变流器；控制策略

前言：近年来，随着新能源技术和电动汽车等相关领域的发展，储能技术在

电力系统中的应用越来越广泛。而作为储能系统中重要的一环，储能变流器的性

能直接影响到整个系统的效率和稳定性。如何构建高效稳定的网型储能变流器及

其控制策略，是当前工程技术研究的热点之一。本文旨在深入探讨这一问题，并

给出一些可行的解决方案，希望能为该领域的研究者提供一些有益的参考和启示。

一、构建网型储能变流器的结构

网型储能变流器是一种用于将储能电池中的直流电转化为符合电网要求的交

流电的设备。它通常由直流侧的电容器、双向DC-DC变换器和交流侧的逆变器等

组成。

其中，电容器起到平滑直流侧电压的作用，避免出现电压波动，同时也能够

提高系统的稳定性和响应速度。双向DC-DC变换器则是连接储能电池和逆变器之

间的核心部件，其作用是将储能电池的电压调整到与电网相匹配的水平，在不同

功率状态下实现高效转换。在储能电池需要充电时，双向DC-DC变换器能够将电

网中的电能转化为直流电并注入储能电池中；当储能电池需要输出电能时，双向

DC-DC变换器则将储能电池的直流电能转化为交流电能，并通过逆变器注入电网

中。

逆变器是网型储能变流器中最核心的部分，它负责将直流侧的电能转化为符

合电网要求的交流电。逆变器通常采用PWM控制技术，通过不断调节开关管的占

空比和频率来控制输出电压的大小和波形。此外，逆变器还需要采用PI控制器

或其他优化算法来保证输出电压的稳定性和质量，以满足电网的需求。

二、控制策略的设计

构建网型储能变流器的控制策略需要根据电网功率需求和储能电池状态来调

节DC-DC变换器和逆变器的输出，确保稳定的电网功率输送和储能电池的安全运

行。具体而言，需要考虑以下几个方面：

（一）直流侧功率控制

直流侧功率控制是储能变流器的核心控制策略之一。在实际应用中，储能电

池的状态不断变化，而电网负荷也时刻变化，因此需要根据当前电池状态和电网

需求来调节直流侧的输出功率。这需要储能变流器具备快速响应的特性和精确的

控制方法。

为了实现直流侧功率的控制，可以采用传统的PID控制器或者更高级别的模

型预测控制算法。PID控制器通过对系统误差的反馈调节，能够实现简单且精确

的控制效果。然而，由于储能变流器具有非线性和时变性等特点，极限条件下

PID控制器的性能会受到限制。

为了克服PID控制器的局限性，可以采用模型预测控制算法。模型预测控制

可以根据系统模型对未来系统行为进行预测，并基于优化算法生成最佳控制策略。

这种算法能够处理多输入、多输出系统，并考虑系统约束条件，具有更好的鲁棒

性和控制精度。

（二）逆变器输出电压控制

逆变器输出电压控制是储能变流器中的重要控制策略之一。其主要目标是将

直流电转化为符合电网要求的交流电，保证输出电压的稳定性和质量。在实际应

用中，为了避免逆变器输出中出现谐波等问题，需要采用PWM调制技术进行控制。

PWM调制技术通过将信号分解为多个不同频率的脉冲信号，控制其幅值和占

空比来实现对输出电压的调节。同时，在逆变器的控制电路中，可以采用PID控

制器或其他优化算法来保证输出电压的稳定。其中，PID控制器可以通过反馈调

节来实现对输出电压的精确控制，而优化算法则通过基于模型的优化方法来生成

最优控制策略，具有更好的鲁棒性和控制精度。

此外，逆变器输出电压控制还需要考虑到电网的负荷特点和变化情况。根据

电网需求，可以采用不同的控制策略来满足不同的负载需求。例如，在低负载状

态下，可以采用频率调制技术来实现较高的电压精度；而在高负载状态下，可采

用脉宽调制技术来实现更高的输出功率。

（三）储能装置状态监测与安全控制

储能装置状态监测与安全控制是储能变流器中必不可少的一环。由于储能装

置的使用寿命、充放电状态等因素会对储能系统的参数和性能产生影响，因此需

要及时获取储能装置的状态信息，并根据其状态来进行安全控制。