一種模塊化隔離型電池儲能變換器及其調制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及電氣自動化設備技術領域，具體地，設及一種模塊化隔離型電池儲能 變換器及其調制方法。
【背景技術】
[0002] 電池儲能系統在電力系統中的各個方面，尤其是在負荷平衡、用戶側電能質量、無 功補償W及容納可再生能源等重要領域占據著日益重要的位置。而由于其特殊作用及昂貴 的成本，使得電池儲能系統的可靠性舉足輕重。
[0003] 模塊多電平變換器（MMC)由于輸出電壓等級較高，且可擴展性和冗余控制容量 大，廣泛的應用于直流配電網中。將隔離型模塊化多電平儲能變換器應用于直流配電網，變 壓器原邊側通過一個濾波電感接儲能級聯H橋電路，變壓器副邊側繞組通過濾波電感和副 邊橋臂接直流配電網，變壓器副邊橋臂由n個子模塊串聯而成，每個模塊的直流側接直流 母線電容。
[0004] 然而，由于應用于中高壓直流配電網的隔離型模塊化多電平儲能變換器結構的特 殊性，需要相應的調制和控制策略來保證系統的穩(wěn)定可靠運行。

【發(fā)明內容】
陽0化]針對現有技術的缺陷，本發(fā)明的目的提供一種模塊化隔離型電池儲能變換器，同 時為模塊化隔離型電池儲能變換器提供一種兩電平調制方法，通過調節(jié)變壓器原副邊高頻 方波電壓的相位差，實現儲能電池與直流電網之間能量的雙向傳遞，并通過相應的控制策 略，實現系統穩(wěn)定可靠運行。
[0006] 根據本發(fā)明的第一方面，提供一種模塊化隔離型電池儲能變換器，所述模塊化隔 離型電池儲能變換器包括變壓器，其拓撲結構為：變壓器原邊橋臂Arm_pl由m個H橋串聯 組成，每個H橋的直流側接儲能電池，變壓器原邊橋臂Arm_pl通過一個濾波電感Lp接變壓 器原邊；變壓器的副邊側一端通過一個濾波電感Lg、橋臂Arm_sl與直流電網母線負極相連 接，變壓器的副邊側另一端與直流電網母線的正極相連；橋臂Arm_sl由n個子模塊串聯組 成，每個子模塊直流側接直流母線電容，構成副邊橋臂Arm_sl的每個模塊為全橋結構或半 橋結構。
[0007] 本發(fā)明中，變壓器原邊為高頻方波，即變壓器原邊m個H橋之間沒有相位差，每個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個子模塊之間沒有相位差，每個全橋能 輸出S種狀態(tài)（-1、0、1)，則當橋臂Arm_sl每個模塊采用全橋結構時，橋臂Arm_sl輸出方波 電壓范圍是-n~n;每個半橋只能輸出兩種狀態(tài)（0、1)，則當橋臂Arm_sl每個模塊采用半 橋結構時，Arm_sl輸出方波電壓范圍是0~n;
[0009] 根據本發(fā)明的第二方面，提供一種模塊化隔離型電池儲能變換器的調制方法，其 中：所述方法通過調節(jié)變壓器原邊方波電壓與副邊方波電壓之間的相位差來控制儲能電池 與直流電網之間能量傳遞方向及大小，通過校正相位差，穩(wěn)定變壓器副邊側橋臂各個子模 塊直流母線電容電壓，通過調節(jié)變壓器副邊側橋臂所有子模塊輸出電壓直流分量來調節(jié)變 壓器副邊側電流平均值，即直流配電網側電流，從而達到穩(wěn)定模塊電壓和控制并網電流的 目的，實現系統穩(wěn)定可靠運行。
[0010] 優(yōu)選地，所述方法通過控制橋臂Arm_sl所有子模塊直流母線電壓，調節(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調節(jié)器的輸入，PI調節(jié)器的輸出作為相位差滬
[0011] 優(yōu)選地，所述變壓器副邊側電流平均值通過校正橋臂Arm_sl所有子模塊輸出電 壓的直流分量來調節(jié)，即變壓器副邊電流經過低通濾波器LF濾波后與直流電網電流的 給定值相加作為PI調節(jié)器的輸入，PI調節(jié)器的輸出與直流電網母線電壓Vd。偏差作為Arm_ Si直流電壓調制信號Vdd。。
[0012] 經過上述方波調制與控制策略，變換器直流電網側直流電流id。能實現準確的控 審IJ，而且該變換器能實現有源濾波和限流功能。
[0013]與現有技術相比，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能變換器，同時提供了其調制策 略，能夠實現儲能電池與直流電網之間的能量交換，并通過一定的控制策略實現模塊電壓 均衡和變壓器二次側電流調節(jié)，該調制與控制策略適用于變換器拓撲可W等效為圖3的平 均模型的所有模塊化隔離型電池儲能變換器的方波調制。
【附圖說明】
[0015] 通過閱讀參照W下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0016] 圖1為本發(fā)明一實施例的變換器的拓撲結構；
[0017] 圖2為本發(fā)明一實施例的方波調制原理圖；
[0018]圖3為本發(fā)明一實施例的變換器的等效平均模型；
[0019] 圖4為本發(fā)明一實施例的橋臂Arm_sl各個模塊直流母線電容電壓均衡的控制 圖；
[0020] 圖5為本發(fā)明一實施例的橋臂A;rm_sl輸出電壓直流分量調制信號生成原理圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合具體的實施例對本發(fā)明進行詳細的說明。W下實施例將有助于本領域的 技術人員進一步理解本發(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通 技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可W做出若干變形和改進，運都屬于本發(fā) 明的保護范圍。 陽0巧如圖1所示，本發(fā)明一實施例中模塊化隔離型電池儲能變換器的電路拓撲，其中： 變壓器原邊橋臂Arm_pl由m個H橋串聯組成，每個H橋的直流側接儲能電池，變壓器原邊 橋臂Arm_pl通過一個濾波電感Lp接變壓器原邊；
[0023] 隔離變壓器原邊橋臂A;rm_pl的每個H橋記為cellpu(1《i《m)，cellpu直流側 接儲能電池，cellpu直流側電池電壓記為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道流側電流，iPi丄ac(l《i《m)為cellpLi輸出側電流。原邊濾波電感為Lp,原邊電流為變壓器變比為1 :N。
[0024] 變壓器的副邊側一端通過一個濾波電感心副邊橋臂Arm_sl與直流電網母線負 極相連接，變壓器的副邊側另一端與直流電網母線的正極相連；變壓器副邊橋臂Arm_sl由 n個子模塊串聯，每個子模塊拓撲既可W是半橋結構也可W是全橋結構，每個子模塊記為 cellsi」（1《j《n)，cellsu直流側接電容，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直流側電流，isi」_a。（I《j《n) 為celLu輸出側電流。副邊濾波電感為Lg，副邊電流為i^。直流電網母線電壓為Vd。，電 流為id。。
[0025] 由于采用模塊化設計，即使每個模塊的電壓等級比較低，仍可W達到較高的電壓 等級，從而實現低損耗，低成本，高開關頻率。
[00%] 為實現儲能電池與直流電網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H橋之間沒有相位差，由于每個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個子模塊之間沒有相位差，由于每個全橋可W輸出S種狀態(tài)（-1、0、1)，所W當副 邊橋臂A;rm_sl每個子模塊采用全橋結構時，A;rm_sl輸出方波電壓范圍是-n~n，由于每個 半橋只可W輸出兩種狀態(tài)（〇、1)，所W當Arm_sl每個模塊采用半橋結構時，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能變換器的調制方法，具體包括W下方面：
[0029] SI,基于圖1的模塊化隔離型電池儲能變換器，為使Arm_sl各個模塊直流電容電 壓穩(wěn)定在額定值附近，將Arm_sl每個模塊直流側電容電壓額定值Vgfmsi^d。*與Arm_sl所有 模塊直流側電容電壓平均值。比較，比較后的偏差經PI調節(jié)器校正后作為相位差終， 即通過校正相位差口穩(wěn)定Arm_sl各個模塊直流電容電壓。
[0030] S2,基于圖1的模塊化隔離型電池儲能變換器，根據方波調制原理，原副邊橋臂 Arm_pl、Arm_sl所有模塊輸出之間沒有相位差，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Vpi與Vd方波幅 值確定A;rm_pl與A;rm_sl載入模塊個數。 陽03US3,為了控制需要校正Arm_sl輸出電壓直流分量