一種模塊化隔離型電池儲(chǔ)能變換器的矩形波調(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 變換器的矩形波調(diào)制策略。
【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 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)制和控制策略來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是為基于直流電網(wǎng)的隔離型模塊化多電平儲(chǔ) 能變換器提供一種矩形波調(diào)制方法，即變壓器原副邊交流電壓在半個(gè)開關(guān)周期內(nèi)占空比小 于0. 5,并通過調(diào)節(jié)變壓器原副邊高頻矩形波電壓的相位差，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池與直流電網(wǎng)之間 能量的雙向傳遞，此外，通過相應(yīng)的控制策略，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
[0006] 本發(fā)明提供一種隔離型模塊化多電平儲(chǔ)能變換器的矩形波調(diào)制方法，所述模塊化 隔離型電池儲(chǔ)能變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為：變壓器原邊通過一個(gè)濾波電感Lp接原邊橋臂Arm_pl 的輸出端，變壓器原邊橋臂Arm_pl由m個(gè)H橋級(jí)聯(lián)而成，m個(gè)H橋的串聯(lián)的輸出作為原邊 橋臂Arm_pl的輸出，每個(gè)H橋的直流側(cè)接儲(chǔ)能電池；變壓器的副邊側(cè)一端通過一個(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)模塊采用全橋結(jié)構(gòu)或半橋結(jié)構(gòu)；
[0007] 所述變壓器原邊交流電壓正負(fù)半周矩形波占空比小于0. 5,即原邊橋臂Arm_pl每 個(gè)H橋在半個(gè)開關(guān)周期內(nèi)輸出電壓占空比小于0. 5,各個(gè)H橋之間沒有相位差，原邊橋臂 Arm_pl的每個(gè)H橋能輸出S種狀態(tài)（-1、0、1)，變壓器原邊矩形波電壓的范圍是-m~m ;
[0008] 由于直流電網(wǎng)存在，副邊橋臂Arm_sl所有子模塊輸出交流電壓疊加后直流分量 近似為直流電網(wǎng)電壓vdc，即變壓器副邊側(cè)交流電壓關(guān)于Vdc對(duì)稱，且變壓器副邊側(cè)交流電 壓關(guān)于Vdc對(duì)稱的正負(fù)半周矩形波占空比Dp小于0. 5,即副邊橋臂Arm_sl每個(gè)子模塊在半 個(gè)開關(guān)周期內(nèi)輸出電壓占空比町小于0. 5,各個(gè)子模塊之間沒有相位差，D P與D ,相等或不 相等；當(dāng)副邊橋臂Arm_sl每個(gè)子模塊采用全橋結(jié)構(gòu)時(shí)，副邊橋臂Arm_sl輸出矩形波電壓范 圍是-n~n ;每個(gè)半橋只能輸出兩種狀態(tài)（0、I)，當(dāng)副邊橋臂Arm_sl每個(gè)模塊采用半橋結(jié) 構(gòu)時(shí)，副邊橋臂A;rm_sl輸出矩形波電壓范圍是0~n;
[0009] 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，在變壓器原副邊矩形波之間存 在相位差口S本發(fā)明使變壓器原副邊交流電壓在半個(gè)開關(guān)周期內(nèi)占空比小于0.5,通過調(diào)節(jié) 原邊矩形波電壓與副邊矩形波電壓之間的相位差來控制儲(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，所述方法通過控制副邊橋臂Arm_sl所有子模塊直流母線電壓，調(diào)節(jié)變壓 器原副邊矩形波的相位差f，即Arm_sl模塊直流母線電壓的額定值與Arm_sl所有模塊直流 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巧。
[0011] 優(yōu)選地，所述變壓器副邊側(cè)電流平均值通過校正副邊橋臂Arm_sl所有子模塊輸 出電壓的直流分量來調(diào)節(jié)，即變壓器副邊電流經(jīng)過低通濾波器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 副邊橋臂Arm_sl直流電壓調(diào)制信號(hào)Vd^d。。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0013] 本發(fā)明的隔離型模塊化多電平儲(chǔ)能變化器的矩形波調(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的平均模型的所有基于直流 配電網(wǎng)的隔離型模塊化多電平儲(chǔ)能變換器的矩形波調(diào)制。
【附圖說明】
[0014] 通過閱讀參照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：
[0015] 圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0016] 圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的矩形波調(diào)制原理圖；
[0017]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的基于直流電網(wǎng)的隔離型模塊化多電平儲(chǔ)能變換器的平 均等效電路圖；
[0018]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；
[0019] 圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的橋臂Arm_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】
[0020] 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)人員來說，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。
[OOW 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通過一個(gè)濾波電感Lp接變壓器原邊；
[0022] 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V PL 1_3。（1《1《111)，1。1丄4。（1《：[《111)為。611。1_道流側(cè)電流，1。1丄3。（1《：[《111)為。611。1_; 輸出側(cè)電流。原邊濾波電感為Lp,原邊電流為變壓器變比為1 :N。
[002引變壓器的副邊側(cè)一端通過一個(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V si」_dc(l《j《n)，cellsi」交流 端輸出記為Vsi」_a。(I《j《n)，isi」_d。（I《j《n)為cel Lu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Lg，副邊電流為i^。直流電網(wǎng)母線電壓為Vd。，電 流為id。。
[0024]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，高開關(guān)頻率。
[00巧]基于上述結(jié)構(gòu)，所述變壓器原邊交流電壓正負(fù)半周矩形波占空比Dp小于0. 5,即原 邊Arm_p 1每個(gè)模塊在半個(gè)開關(guān)周期內(nèi)輸出電壓占空比Dp小于0. 5，各個(gè)模塊之間沒有相位 差，由于Arm_pl各個(gè)儲(chǔ)能模塊采用H橋結(jié)構(gòu)，每個(gè)H橋可W輸出=種狀態(tài)（-1、0、1)，所W變 壓器原邊矩形波電壓的范圍是-m~m。由于直流電網(wǎng)存在，副邊橋臂Arm_sl所有模塊輸出 交流電壓疊加后直流分量近似為直流電網(wǎng)電壓Vd。，即變壓器副邊側(cè)交流電壓關(guān)于Vd。對(duì)稱， 且變壓器副邊側(cè)交流電壓關(guān)于Vdc對(duì)稱的正負(fù)半周矩形波占空比D ,小于0. 5,即原邊Arm_ Si每個(gè)模塊在半個(gè)開關(guān)周期內(nèi)輸出電壓占空比Ds小于0.5,各個(gè)模塊之間沒有相位差，Dp 與町既可W相等也可W不相等。Arm_sl各個(gè)子模塊既可W采用半橋結(jié)構(gòu)也可W采用全橋 結(jié)構(gòu)，當(dāng)A;rm_sl每個(gè)模塊采用全橋結(jié)構(gòu)時(shí)，A;rm_sl輸出矩形波電壓范圍是-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)，Arm_sl輸出 矩形波電壓范圍是0~n。
[00%] 圖2所示，為本發(fā)明一實(shí)施例中基于直流電網(wǎng)的隔離型模塊化多電平儲(chǔ)能變換器 的矩形波調(diào)制原理：原邊橋臂A