一種模塊化隔離型電池儲(chǔ)能變換器及其調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電氣自動(dòng)化設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地，設(shè)及一種模塊化隔離型電池儲(chǔ)能 變換器及其調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電池儲(chǔ)能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的各個(gè)方面，尤其是在負(fù)荷平衡、用戶側(cè)電能質(zhì)量、無(wú) 功補(bǔ)償W及容納可再生能源等重要領(lǐng)域占據(jù)著日益重要的位置。而由于其特殊作用及昂貴 的成本，使得電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的可靠性舉足輕重。
[0003] 模塊多電平變換器（MMC)由于輸出電壓等級(jí)較高，且可擴(kuò)展性和冗余控制容量 大，廣泛的應(yīng)用于直流配電網(wǎng)中。將隔離型模塊化多電平儲(chǔ)能變換器應(yīng)用于直流配電網(wǎng)，變 壓器原邊側(cè)通過(guò)一個(gè)濾波電感接儲(chǔ)能級(jí)聯(lián)H橋電路，變壓器副邊側(cè)繞組通過(guò)濾波電感和副 邊橋臂接直流配電網(wǎng)，變壓器副邊橋臂由n個(gè)子模塊串聯(lián)而成，每個(gè)模塊的直流側(cè)接直流 母線電容。
[0004] 然而，由于應(yīng)用于中高壓直流配電網(wǎng)的隔離型模塊化多電平儲(chǔ)能變換器結(jié)構(gòu)的特 殊性，需要相應(yīng)的調(diào)制和控制策略來(lái)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)0化]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的提供一種模塊化隔離型電池儲(chǔ)能變換器，同 時(shí)為模塊化隔離型電池儲(chǔ)能變換器提供一種兩電平調(diào)制方法，通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器原副邊高頻 方波電壓的相位差，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池與直流電網(wǎng)之間能量的雙向傳遞，并通過(guò)相應(yīng)的控制策 略，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種模塊化隔離型電池儲(chǔ)能變換器，所述模塊化隔 離型電池儲(chǔ)能變換器包括變壓器，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為：變壓器原邊橋臂Arm_pl由m個(gè)H橋串聯(lián) 組成，每個(gè)H橋的直流側(cè)接儲(chǔ)能電池，變壓器原邊橋臂Arm_pl通過(guò)一個(gè)濾波電感Lp接變壓 器原邊；變壓器的副邊側(cè)一端通過(guò)一個(gè)濾波電感Lg、橋臂Arm_sl與直流電網(wǎng)母線負(fù)極相連 接，變壓器的副邊側(cè)另一端與直流電網(wǎng)母線的正極相連；橋臂Arm_sl由n個(gè)子模塊串聯(lián)組 成，每個(gè)子模塊直流側(cè)接直流母線電容，構(gòu)成副邊橋臂Arm_sl的每個(gè)模塊為全橋結(jié)構(gòu)或半 橋結(jié)構(gòu)。
[0007] 本發(fā)明中，變壓器原邊為高頻方波，即變壓器原邊m個(gè)H橋之間沒(méi)有相位差，每個(gè)H橋能輸出S種狀態(tài)（-1、0、1)，則變壓器原邊方波電壓的范圍是-m~m;
[0008] 變壓器副邊為高頻方波，即變壓器副邊n個(gè)子模塊之間沒(méi)有相位差，每個(gè)全橋能 輸出S種狀態(tài)（-1、0、1)，則當(dāng)橋臂Arm_sl每個(gè)模塊采用全橋結(jié)構(gòu)時(shí)，橋臂Arm_sl輸出方波 電壓范圍是-n~n;每個(gè)半橋只能輸出兩種狀態(tài)（0、1)，則當(dāng)橋臂Arm_sl每個(gè)模塊采用半 橋結(jié)構(gòu)時(shí)，Arm_sl輸出方波電壓范圍是0~n;
[0009] 根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種模塊化隔離型電池儲(chǔ)能變換器的調(diào)制方法，其 中：所述方法通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器原邊方波電壓與副邊方波電壓之間的相位差來(lái)控制儲(chǔ)能電池 與直流電網(wǎng)之間能量傳遞方向及大小，通過(guò)校正相位差，穩(wěn)定變壓器副邊側(cè)橋臂各個(gè)子模 塊直流母線電容電壓，通過(guò)調(diào)節(jié)變壓器副邊側(cè)橋臂所有子模塊輸出電壓直流分量來(lái)調(diào)節(jié)變 壓器副邊側(cè)電流平均值，即直流配電網(wǎng)側(cè)電流，從而達(dá)到穩(wěn)定模塊電壓和控制并網(wǎng)電流的 目的，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
[0010] 優(yōu)選地，所述方法通過(guò)控制橋臂Arm_sl所有子模塊直流母線電壓，調(diào)節(jié)變壓器 原、副邊方波的相位差f，即橋臂Arm_sl直流母線電壓的額定值與橋臂Arm_sl所有子模塊 直流母線電壓均值的偏差作為PI調(diào)節(jié)器的輸入，PI調(diào)節(jié)器的輸出作為相位差滬
[0011] 優(yōu)選地，所述變壓器副邊側(cè)電流平均值通過(guò)校正橋臂Arm_sl所有子模塊輸出電 壓的直流分量來(lái)調(diào)節(jié)，即變壓器副邊電流經(jīng)過(guò)低通濾波器LF濾波后與直流電網(wǎng)電流的 給定值相加作為PI調(diào)節(jié)器的輸入，PI調(diào)節(jié)器的輸出與直流電網(wǎng)母線電壓Vd。偏差作為Arm_ Si直流電壓調(diào)制信號(hào)Vdd。。
[0012] 經(jīng)過(guò)上述方波調(diào)制與控制策略，變換器直流電網(wǎng)側(cè)直流電流id。能實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的控 審IJ，而且該變換器能實(shí)現(xiàn)有源濾波和限流功能。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0014] 本發(fā)明提供了一種新穎的模塊化隔離型電池儲(chǔ)能變換器，同時(shí)提供了其調(diào)制策 略，能夠?qū)崿F(xiàn)儲(chǔ)能電池與直流電網(wǎng)之間的能量交換，并通過(guò)一定的控制策略實(shí)現(xiàn)模塊電壓 均衡和變壓器二次側(cè)電流調(diào)節(jié)，該調(diào)制與控制策略適用于變換器拓?fù)淇蒞等效為圖3的平 均模型的所有模塊化隔離型電池儲(chǔ)能變換器的方波調(diào)制。
【附圖說(shuō)明】
[0015] 通過(guò)閱讀參照W下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0016] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0017] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的方波調(diào)制原理圖；
[0018]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的變換器的等效平均模型；
[0019] 圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的橋臂Arm_sl各個(gè)模塊直流母線電容電壓均衡的控制 圖；
[0020] 圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的橋臂A;rm_sl輸出電壓直流分量調(diào)制信號(hào)生成原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。W下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的 技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進(jìn)，運(yùn)都屬于本發(fā) 明的保護(hù)范圍。 陽(yáng)0巧如圖1所示，本發(fā)明一實(shí)施例中模塊化隔離型電池儲(chǔ)能變換器的電路拓?fù)?，其中?變壓器原邊橋臂Arm_pl由m個(gè)H橋串聯(lián)組成，每個(gè)H橋的直流側(cè)接儲(chǔ)能電池，變壓器原邊 橋臂Arm_pl通過(guò)一個(gè)濾波電感Lp接變壓器原邊；
[0023] 隔離變壓器原邊橋臂A;rm_pl的每個(gè)H橋記為cellpu(1《i《m)，cellpu直流側(cè) 接儲(chǔ)能電池，cellpu直流側(cè)電池電壓記為V《i《m) ,cellpu交流端輸出記為VPL i_ac(l《i《m)，ipi丄dc(l《i《m)為cellpL道流側(cè)電流，iPi丄ac(l《i《m)為cellpLi輸出側(cè)電流。原邊濾波電感為L(zhǎng)p,原邊電流為變壓器變比為1 :N。
[0024] 變壓器的副邊側(cè)一端通過(guò)一個(gè)濾波電感心副邊橋臂Arm_sl與直流電網(wǎng)母線負(fù) 極相連接，變壓器的副邊側(cè)另一端與直流電網(wǎng)母線的正極相連；變壓器副邊橋臂Arm_sl由 n個(gè)子模塊串聯(lián)，每個(gè)子模塊拓?fù)浼瓤蒞是半橋結(jié)構(gòu)也可W是全橋結(jié)構(gòu)，每個(gè)子模塊記為 cellsi」（1《j《n)，cellsu直流側(cè)接電容，電容電壓記為Vsi」_dc(l《j《n)，cellsi」交流 端輸出記為Vsi」_a。(I《j《n)，isi」_d。（I《j《n)為celLu直流側(cè)電流，isi」_a。（I《j《n) 為celLu輸出側(cè)電流。副邊濾波電感為L(zhǎng)g，副邊電流為i^。直流電網(wǎng)母線電壓為Vd。，電 流為id。。
[0025] 由于采用模塊化設(shè)計(jì)，即使每個(gè)模塊的電壓等級(jí)比較低，仍可W達(dá)到較高的電壓 等級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)低損耗，低成本，高開(kāi)關(guān)頻率。
[00%] 為實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池與直流電網(wǎng)之間的能量雙向傳遞，需要在變壓器原副邊方波之間 存在相位差?^。
[0027] 變壓器原邊為高頻方波，即原邊m個(gè)H橋之間沒(méi)有相位差，由于每個(gè)H橋可W輸出 S種狀態(tài)（-1、0、1)，所W變壓器原邊方波電壓的范圍是-m~m。變壓器副邊為高頻方波， 即副邊n個(gè)子模塊之間沒(méi)有相位差，由于每個(gè)全橋可W輸出S種狀態(tài)（-1、0、1)，所W當(dāng)副 邊橋臂A;rm_sl每個(gè)子模塊采用全橋結(jié)構(gòu)時(shí)，A;rm_sl輸出方波電壓范圍是-n~n，由于每個(gè) 半橋只可W輸出兩種狀態(tài)（〇、1)，所W當(dāng)Arm_sl每個(gè)模塊采用半橋結(jié)構(gòu)時(shí)，副邊橋臂Arm_ Si輸出方波電壓范圍是0~n。
[0028] 上述模塊化隔離型電池儲(chǔ)能變換器的調(diào)制方法，具體包括W下方面：
[0029] SI,基于圖1的模塊化隔離型電池儲(chǔ)能變換器，為使Arm_sl各個(gè)模塊直流電容電 壓穩(wěn)定在額定值附近，將Arm_sl每個(gè)模塊直流側(cè)電容電壓額定值Vgfmsi^d。*與Arm_sl所有 模塊直流側(cè)電容電壓平均值。比較，比較后的偏差經(jīng)PI調(diào)節(jié)器校正后作為相位差終， 即通過(guò)校正相位差口穩(wěn)定Arm_sl各個(gè)模塊直流電容電壓。
[0030] S2,基于圖1的模塊化隔離型電池儲(chǔ)能變換器，根據(jù)方波調(diào)制原理，原副邊橋臂 Arm_pl、Arm_sl所有模塊輸出之間沒(méi)有相位差，即所有模塊輸出占空比均為0. 5或者0,即 Arm_pl與Arm_sl輸出Vpi與Vd均為方波，且兩方波之間相位差為和根據(jù)Vpi與Vd方波幅 值確定A;rm_pl與A;rm_sl載入模塊個(gè)數(shù)。 陽(yáng)03US3,為了控制需要校正Arm_sl輸出電壓直流分量