一種具有儲能功能的模塊化多電平變流器的控制方法技術

本發明專利技術公開一種具有儲能功能的模塊化多電平變流器的控制方法，其中變流器包括三個相單元，每個相單元包括上橋臂，下橋臂，上橋臂電感，下橋臂電感，上、下橋臂均由半橋子模塊和類全橋儲能子模塊混合串聯而成；所述方法根據每相待輸出指令電壓波形，確定每相橋臂中每個子模塊的調制波，其中子模塊的調制波包括半橋子模塊調制波與類全橋儲能子模塊調制波；根據每相橋臂中每個子模塊的載波和子模塊的調制波進行比較產生控制信號，分別控制每相橋臂中各子模塊投入或切斷。上述具有儲能功能的模塊化多電平變流器可以為新能源系統增加慣性，并且儲能所用的電池充放電電流平滑，電壓等級較低，保障了電池的高效運行和安全性。

Method for controlling modular multilevel converter with energy storage function

The invention discloses a control method with energy storage function of the modular multilevel converter, the converter includes three phase units, each unit comprises an upper arm, lower arm, upper arm inductor, inductance bridge arm, upper and lower bridge arm by half bridge module and full bridge reservoir sub module in series hybrid; the method according to the output voltage waveform of each instruction treatment, determine each phase modulation wave bridge each sub arm module, the module includes the half wave modulation module and full bridge modulation wave energy storage module modulation wave; compared to generate a control signal according to the modulation of each phase the bridge arm module in each sub carrier wave and sub module, respectively control the bridge arm of each phase in each sub module or cut off. With the function of energy storage modular multilevel converter can increase the inertia as a new energy system, the battery charge and discharge current is smooth and energy use, the lower voltage level, ensuring efficient operation and the safety of the battery.

【技術實現步驟摘要】
一種具有儲能功能的模塊化多電平變流器的控制方法
本專利技術屬于電氣自動化設備
，具體的，涉及一種具有儲能功能的模塊化多電平變流器的控制方法。
技術介紹
在現有的技術中，具有儲能功能的子模塊將電池直接并聯在子模塊電容旁，使得電池承受一倍工頻和二倍工頻的脈動電流，對電池的高效運行和全壽命周期成本不利；同時，實際工況中子模塊電容電壓一般大于1500V電壓等級，以鋰離子電池為代表的高倍率電池，基于電池荷電狀態均衡和故障保護的原因，從成本和安全考慮，很難達到如此高的串聯電壓。經檢索，公開號為104917418A的中國專利申請，該專利技術提供了一種采用電池電流獨立控制的儲能型模塊化多電平變流器，其子模塊包括：一個半橋模塊、一個支撐電容和一個儲能電池。通過對電池電流的獨立控制，提高電池利用率和使用壽命。公開號為103580050A的中國專利申請，該專利技術涉及一種大功率模塊化多電平鋰電池儲能變流器裝置，其子模塊為H橋型儲能變流器模塊。通過利用子模塊數量降低電池電壓等級的方式實現大功率儲能。上述專利不能解決電池電壓等級的問題，使用的子模塊多且不能實現儲能，同時電池電壓較低；其次，上述專利提出的子模塊結構都采用電池并聯在直流電容旁的方案，電池必然會承受一倍工頻和二倍工頻的脈動電流，對電池的高效運行和全壽命周期成本不利。
技術實現思路
針對現有技術中的缺陷，本專利技術的目的是提供一種從拓撲上提高電池壽命與利用率，并為新能源系統提供慣性的儲能型模塊化多電平變流器的控制方法。本專利技術提供一種具有儲能功能的模塊化多電平變流器的控制方法，其中：所述變流器包括三個相單元，每個相單元均包括上橋臂、下橋臂、上橋臂電感、下橋臂電感；所述上橋臂的正極端作為相單元的直流出線正極端；所述上橋臂的負極端與所述上橋臂電感的一端相連；所述上橋臂電感的另一端與所述下橋臂電感的一端相連，作為相單元的交流出線端，并串聯電抗器連接到電網；所述下橋臂電感的另一端與所述下橋臂的正極端相連；所述下橋臂的負極端作為相單元的直流出線負極端；三個相單元中的所述上橋臂、所述下橋臂均由半橋子模塊和類全橋儲能子模塊混合串聯而成；所述半橋子模塊和類全橋儲能子模塊中均包括多個可控開關器件，所有可控開關器件采用單極性載波移相正弦脈寬調制方法，以能量守恒、子模塊電容電壓一個工頻周期穩定和線性調制為前提，計算獲得半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的調制比；根據每相待輸出指令電壓波形，確定每相的上橋臂、下橋臂中每個半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的調制波，根據每相的上橋臂、下橋臂中每個半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的載波和半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的調制波進行比較產生控制信號，分別控制每相的上橋臂、下橋臂中各半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的投入或切斷。優選地，所述的半橋子模塊，包括：第一直流電容器、第一可控開關器件、第二可控開關器件、第一續流二極管、第二續流二極管；其中：所述第一可控開關器件、所述第二可控開關器件的集電極分別與所述第一續流二極管、所述第二續流二極管的陰極相連；所述第一可控開關器件、所述第二可控開關器件的發射極分別與所述第一續流二極管、所述第二續流二極管的陽極相連；所述第一可控開關器件的集電極與所述第一直流電容器的陽極相連；所述第二可控開關器件的發射極與所述第一直流電容器的陰極相連；所述第一可控器件，第二可控器件的柵極均與控制電路相連。優選地，所述的類全橋儲能子模塊，包括：第二直流電容器，電池，電池電感，第三可控開關器件、第四可控開關器件、第五可控開關器件、第六可控開關器件，以及第三續流二極管、第四續流二極管、第五續流二極管、第六續流二極管；其中：所述第三可控開關器件、所述第四可控開關器件、所述第五可控開關器件、所述第六可控開關器件的集電極分別與所述第三續流二極管、所述第四續流二極管、所述第五續流二極管、所述第六續流二極管的陰極相連；所述第三可控開關器件、所述第四可控開關器件、所述第五可控開關器件、所述第六可控開關器件的發射極分別與所述第三續流二極管、所述第四續流二極管、所述第五續流二極管、所述第六續流二極管的陽極相連；所述第三可控開關器件的集電極與所述第二直流電容器的陽極相連；所述第四可控開關器件的發射極與所述第二直流電容器、所述電池的陰極相連；所述第三可控開關器件的發射極作為類全橋儲能子模塊的正極端；所述第五可控開關器件的發射極與所述電池電感的一端相連并作為類全橋儲能子模塊的負極端；所述電池電感的另一端與所述電池的陽極相連；所述第三可控開關器件、所述第四可控開關器件、所述第五可控開關器件、所述第六可控開關器件的柵極均與控制電路相連。優選地，所述半橋子模塊與所述類全橋儲能子模塊中調制比的直流分量與交流分量峰值存在約束，且讓變流器穩定工作的調制比不唯一。與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果：本專利技術具有儲能功能的模塊化多電平變流器結構簡單，通過類全橋儲能子模塊的設計，為新能源系統增加慣性，并且儲能所用的電池充放電電流平滑，電壓等級較低，保障了電池的高效運行和安全性。利用載波移相脈寬調制的方法，可以提高等效開關頻率，減小諧波分布。附圖說明通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：圖1為本專利技術一優選實施例的變流器拓撲圖；圖2為本專利技術一優選實施例的半橋子模塊電路圖；圖3為本專利技術一優選實施例的類全橋儲能子模塊電路圖；圖4中a、b、c、d分別為本專利技術一優選實施例的半橋子模塊、類全橋儲能子模塊的調制波與總的等效輸出電壓示意圖；圖5中a、b、c分別為本專利技術一優選實施例的下橋臂電流、半橋子模塊等效輸出電壓與半橋子模塊功率脈動情況示意圖；圖6中a、b、c分別為本專利技術一優選實施例的下橋臂電流、類全橋儲能子模塊等效輸出電壓與類全橋儲能子模塊功率脈動情況示意圖；圖7為本專利技術一優選實施例的類全橋儲能子模塊電池電壓閉環控制電路圖；圖8為本專利技術一優選實施例的變流器半橋與類全橋儲能子模塊調制波發生器電路圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本專利技術，但不以任何形式限制本專利技術。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本專利技術的保護范圍。如圖1所示，一種具有儲能功能的模塊化多電平變流器拓撲，包括三個相單元；每個相單元x(x＝a，b，c)均包括上橋臂、下橋臂、上橋臂電感Lxp、下橋臂電感Lxn；其中：所述上橋臂的正極端作為相單元的直流出線正極端；所述上橋臂的負極端與所述上橋臂電感Lxp的一端相連；所述上橋臂電感Lxp的另一端與所述下橋臂電感Lxn的一端相連，作為相單元的交流出線端，其電壓為Vx，并串聯電抗器LTx連接到電網，其電壓為Vsx；所述下橋臂電感Lxn的另一端與所述下橋臂的正極端相連；所述下橋臂的負極端作為相單元的直流出線負極端；所述三個相單元中的上橋臂、下橋臂均由半橋子模塊和類全橋儲能子模塊混合串聯而成。子模塊xyi(x＝a，b，c，y＝p，n，i＝1，2……N；其中p代表上，n代表下)代表x相y橋臂的第i個子模塊，ix指x相交流側電流，ixy指x相y橋臂的電流，Vxy指x相y橋臂所有子模塊輸出的電壓和，Id指直流側電流，Vdc指直流側本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有儲能功能的模塊化多電平變流器的控制方法，其特征在于：所述變流器包括三個相單元，每個相單元均包括上橋臂、下橋臂、上橋臂電感、下橋臂電感；所述上橋臂的正極端作為相單元的直流出線正極端；所述上橋臂的負極端與所述上橋臂電感的一端相連；所述上橋臂電感的另一端與所述下橋臂電感的一端相連，作為相單元的交流出線端，并串聯電抗器連接到電網；所述下橋臂電感的另一端與所述下橋臂的正極端相連；所述下橋臂的負極端作為相單元的直流出線負極端；三個相單元中的所述上橋臂、所述下橋臂均由半橋子模塊和類全橋儲能子模塊混合串聯而成；所述半橋子模塊和類全橋儲能子模塊中均包括多個可控開關器件，所有可控開關器件采用單極性載波移相正弦脈寬調制方法，以能量守恒、子模塊電容電壓一個工頻周期穩定和線性調制為前提，計算獲得半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的調制比；根據每相待輸出指令電壓波形，確定每相的上橋臂、下橋臂中每個半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的調制波，根據每相的上橋臂、下橋臂中每個半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的載波和半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的調制波進行比較產生控制信號，分別控制每相的上橋臂、下橋臂中各半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的投入或切斷。...

【技術特征摘要】
1.一種具有儲能功能的模塊化多電平變流器的控制方法，其特征在于：所述變流器包括三個相單元，每個相單元均包括上橋臂、下橋臂、上橋臂電感、下橋臂電感；所述上橋臂的正極端作為相單元的直流出線正極端；所述上橋臂的負極端與所述上橋臂電感的一端相連；所述上橋臂電感的另一端與所述下橋臂電感的一端相連，作為相單元的交流出線端，并串聯電抗器連接到電網；所述下橋臂電感的另一端與所述下橋臂的正極端相連；所述下橋臂的負極端作為相單元的直流出線負極端；三個相單元中的所述上橋臂、所述下橋臂均由半橋子模塊和類全橋儲能子模塊混合串聯而成；所述半橋子模塊和類全橋儲能子模塊中均包括多個可控開關器件，所有可控開關器件采用單極性載波移相正弦脈寬調制方法，以能量守恒、子模塊電容電壓一個工頻周期穩定和線性調制為前提，計算獲得半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的調制比；根據每相待輸出指令電壓波形，確定每相的上橋臂、下橋臂中每個半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的調制波，根據每相的上橋臂、下橋臂中每個半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的載波和半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的調制波進行比較產生控制信號，分別控制每相的上橋臂、下橋臂中各半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的投入或切斷。2.根據權利要求1所述的具有儲能功能的模塊化多電平變流器的控制方法，其特征在于：所述的半橋子模塊，包括：第一直流電容器、第一可控開關器件、第二可控開關器件、第一續流二極管、第二續流二極管；其中：所述第一可控開關器件、所述第二可控開關器件的集電極分別與所述第一續流二極管、所述第二續流二極管的陰極相連；所述第一可控開關器件、所述第二可控開關器件的發射極分別與所述第一續流二極管、所述第二續流二極管的陽極相連；所述第一可控開關器件...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李睿，張弢，王平，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：上海,31