一種具有故障穿越能力的儲能型變流器拓撲的控制方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開一種具有故障穿越能力的儲能型變流器拓撲的控制方法，其中變流器拓撲包括三個相單元，每個相單元包括上橋臂、下橋臂、上橋臂電感、下橋臂電感，三個相單元的上下橋臂均由半橋子模塊和類全橋儲能子模塊混合串聯(lián)而成；所述方法是根據(jù)每相待輸出指令電壓波形，確定每相橋臂中每個半橋子模塊和類全橋儲能子模塊的調(diào)制波，根據(jù)每相橋臂每個子模塊的載波和調(diào)制波進行比較產(chǎn)生控制信號，分別控制每相橋臂中各子模塊投入或切斷。上述具有故障穿越能力的儲能型變流器可以為新能源系統(tǒng)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。同時具備直流側(cè)故障穿越的能力，在直流側(cè)故障時仍然能夠儲能。

Control method of energy storage type converter topology with fault crossing capability

The present invention relates to a fault ride through capability of energy storage converter topology control method, which includes three phase converter unit, each unit including the upper bridge arm and lower bridge arm, upper arm inductor, inductance bridge arm, three unit on the bridge arm by half bridge full bridge module and storage module in series hybrid made; the method is based on the output voltage waveform of each instruction treatment, determine each phase bridge half bridge arm in each sub module and a kind of full bridge modulation wave energy storage module, according to the bridge arm of each phase and each sub module of the carrier modulation wave compare the control signal, respectively control the bridge arm of each phase in each sub module or cut off. With the fault ride through capability of energy storage 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. At the same time, it has the ability of DC side fault crossing, and can still be stored when the DC side fails.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種具有故障穿越能力的儲能型變流器拓撲的控制方法
本專利技術(shù)屬于電氣自動化設(shè)備
，具體的，涉及一種具有故障穿越能力的儲能型變流器拓撲的控制方法。
技術(shù)介紹
在現(xiàn)有的技術(shù)中，具有儲能功能的子模塊將電池直接并聯(lián)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(tài)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(lián)電壓。此外，這種具有儲能功能的子模塊并不具備故障穿越的能力，而具有故障穿越能力的子模塊又不具備儲能的功能。經(jīng)檢索，公開號為104917418A的中國專利申請，該專利技術(shù)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。該專利提出的子模塊結(jié)構(gòu)都采用電池并聯(lián)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。公開號為105591562A的中國專利申請，該專利技術(shù)提供了一種具有直流故障閉鎖能力的模塊化多電平變流器，其包括：半橋子模塊、箝位單子模塊、全橋子模塊。直流故障時，通過閉鎖一部分子模塊實現(xiàn)直流故障穿越，并通過另一部分子模塊為電網(wǎng)提供無功支撐；該專利通過閉鎖子模塊并用全橋模塊和箝位單子模塊配合的方式實現(xiàn)故障穿越，僅僅擁有故障穿越的能力，但是在故障時并不具備儲能功能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本專利技術(shù)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(tǒng)提供慣性，兼具故障穿越能力并在故障時能夠儲能的具有故障穿越能力的儲能型變流器拓撲的控制方法。本專利技術(shù)提供一種具有故障穿越能力的儲能型變流器拓撲的控制方法，其中：所述變流器拓撲包括三個相單元，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(lián)電抗器連接到電網(wǎng)，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(lián)而成；所述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(guān)器件、第四可控開關(guān)器件、第五可控開關(guān)器件、第六可控開關(guān)器件、第七可控開關(guān)器件、第八可控開關(guān)器件、第三續(xù)流二極管、第四續(xù)流二極管、第五續(xù)流二極管、第六續(xù)流二極管；其中：所述第三可控開關(guān)器件、所述第四可控開關(guān)器件、所述第五可控開關(guān)器件、所述第六可控開關(guān)器件的集電極分別與所述第三續(xù)流二極管、所述第四續(xù)流二極管、所述第五續(xù)流二極管、所述第六續(xù)流二極管的陰極相連；所述第三可控開關(guān)器件、所述第四可控開關(guān)器件、所述第五可控開關(guān)器件、所述第六可控開關(guān)器件的發(fā)射極分別與所述第三續(xù)流二極管、所述第四續(xù)流二極管、所述第五續(xù)流二極管、所述第六續(xù)流二極管的陽極相連；所述第三可控開關(guān)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(guān)器件的發(fā)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(guān)器件的發(fā)射極作為類全橋儲能子模塊的正極端，并與所述第七可控開關(guān)器件的一端相連；所述第四可控開關(guān)器件的發(fā)射極與所述第八可控開關(guān)器件的一端相連并作為類全橋儲能子模塊的負極端；所述第七可控開關(guān)器件、所述第八可控開關(guān)器件的另一端與所述電池電感的一端相連；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(guān)器件、所述第四可控開關(guān)器件、所述第五可控開關(guān)器件、所述第六可控開關(guān)器件、所述第七可控開關(guān)器件、所述第八可控開關(guān)器件的柵極均與控制電路相連；所述第三、四、五、六可控開關(guān)器件采用載波移相脈寬調(diào)制的方法；在整流、逆變工況下，以能量守恒、子模塊電容電壓一個工頻周期穩(wěn)定和線性調(diào)制為前提，計算獲得半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的調(diào)制比；根據(jù)每相待輸出指令電壓波形，確定每相上橋臂、下橋臂中每個半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的調(diào)制波，根據(jù)每相上橋臂、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(diào)制波進行比較產(chǎn)生控制信號，分別控制每相上橋臂、下橋臂中每個半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的投入或切斷。優(yōu)選地，所述的類全橋儲能子模塊在正常工況時：所述第八可控開關(guān)器件導(dǎo)通，所述第七可控開關(guān)器件關(guān)斷；所述的類全橋儲能子模塊在直流側(cè)短路工況時：所述第七可控開關(guān)器件導(dǎo)通，所述第八可控開關(guān)器件關(guān)斷。優(yōu)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(guān)器件、第二可控開關(guān)器件、第一續(xù)流二極管、第二續(xù)流二極管；其中：所述第一可控開關(guān)器件、所述第二可控開關(guān)器件的集電極分別與所述第一續(xù)流二極管、所述第二續(xù)流二極管的陰極相連；所述第一可控開關(guān)器件、所述第二可控開關(guān)器件的發(fā)射極分別與所述第一續(xù)流二極管、所述第二續(xù)流二極管的陽極相連；所述第一可控開關(guān)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(guān)器件的發(fā)射極與所述第一直流電容器的陰極相連；所述第一可控開關(guān)器件、第二可控開關(guān)器件的柵極均與控制電路相連。優(yōu)選地，所述半橋子模塊與所述類全橋儲能子模塊的調(diào)制比的直流分量與交流分量峰值存在約束，且讓變流器穩(wěn)定工作的調(diào)制比不唯一。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下的有益效果：本專利技術(shù)具有故障穿越能力的儲能型變流器結(jié)構(gòu)簡單，通過類全橋儲能子模塊的設(shè)計，為新能源系統(tǒng)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。同時具備直流側(cè)故障穿越的能力，在直流側(cè)故障時仍然能夠儲能。利用載波移相脈寬調(diào)制的方法，可以提高等效開關(guān)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(shù)的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：圖1為本專利技術(shù)一優(yōu)選實施例的變流器拓撲圖；圖2為本專利技術(shù)一優(yōu)選實施例的半橋子模塊電路圖；圖3為本專利技術(shù)一優(yōu)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(shù)一優(yōu)選實施例的半橋子模塊、類全橋子模塊的調(diào)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(shù)一優(yōu)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(shù)一優(yōu)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中a、b、c、d分別為本專利技術(shù)一優(yōu)選實施例的直流側(cè)短路工況半橋子模塊、類全橋子模塊的調(diào)制波與總的等效輸出電壓示意圖；圖8中a、b、c分別為本專利技術(shù)一優(yōu)選實施例的直流側(cè)短路工況下橋臂電流、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9中a、b、c分別為本專利技術(shù)一優(yōu)選實施例的直流側(cè)短路工況下橋臂電流、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10為本專利技術(shù)一優(yōu)選實施例的類全橋儲能子模塊電池電流閉環(huán)控制示意圖；圖11為本專利技術(shù)一優(yōu)選實施例的變流器半橋與類全橋儲能子模塊調(diào)制波發(fā)生器示意圖。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例對本專利技術(shù)進行詳細說明。以下實本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種具有故障穿越能力的儲能型變流器拓撲的控制方法，其特征在于：所述變流器拓撲包括三個相單元，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(lián)電抗器連接到電網(wǎng)，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(lián)而成；所述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(guān)器件、第四可控開關(guān)器件、第五可控開關(guān)器件、第六可控開關(guān)器件、第七可控開關(guān)器件、第八可控開關(guān)器件、第三續(xù)流二極管、第四續(xù)流二極管、第五續(xù)流二極管、第六續(xù)流二極管；其中：所述第三可控開關(guān)器件、所述第四可控開關(guān)器件、所述第五可控開關(guān)器件、所述第六可控開關(guān)器件的集電極分別與所述第三續(xù)流二極管、所述第四續(xù)流二極管、所述第五續(xù)流二極管、所述第六續(xù)流二極管的陰極相連；所述第三可控開關(guān)器件、所述第四可控開關(guān)器件、所述第五可控開關(guān)器件、所述第六可控開關(guān)器件的發(fā)射極分別與所述第三續(xù)流二極管、所述第四續(xù)流二極管、所述第五續(xù)流二極管、所述第六續(xù)流二極管的陽極相連；所述第三可控開關(guān)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(guān)器件的發(fā)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(guān)器件的發(fā)射極作為類全橋儲能子模塊的正極端，并與所述第七可控開關(guān)器件的一端相連；所述第四可控開關(guān)器件的發(fā)射極與所述第八可控開關(guān)器件的一端相連并作為類全橋儲能子模塊的負極端；所述第七可控開關(guān)器件、所述第八可控開關(guān)器件的另一端與所述電池電感的一端相連；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(guān)器件、所述第四可控開關(guān)器件、所述第五可控開關(guān)器件、所述第六可控開關(guān)器件、所述第七可控開關(guān)器件、所述第八可控開關(guān)器件的柵極均與控制電路相連；所述第三、四、五、六可控開關(guān)器件采用載波移相脈寬調(diào)制的方法；在整流、逆變工況下，以能量守恒、子模塊電容電壓一個工頻周期穩(wěn)定和線性調(diào)制為前提，計算獲得半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的調(diào)制比；根據(jù)每相待輸出指令電壓波形，確定每相上橋臂、下橋臂中每個半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的調(diào)制波，根據(jù)每相上橋臂、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(diào)制波進行比較產(chǎn)生控制信號，分別控制每相上橋臂、下橋臂中每個半橋子模塊與類全橋儲能子模塊的投入或切斷。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種具有故障穿越能力的儲能型變流器拓撲的控制方法，其特征在于：所述變流器拓撲包括三個相單元，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(lián)電抗器連接到電網(wǎng)，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(lián)而成；所述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(guān)器件、第四可控開關(guān)器件、第五可控開關(guān)器件、第六可控開關(guān)器件、第七可控開關(guān)器件、第八可控開關(guān)器件、第三續(xù)流二極管、第四續(xù)流二極管、第五續(xù)流二極管、第六續(xù)流二極管；其中：所述第三可控開關(guān)器件、所述第四可控開關(guān)器件、所述第五可控開關(guān)器件、所述第六可控開關(guān)器件的集電極分別與所述第三續(xù)流二極管、所述第四續(xù)流二極管、所述第五續(xù)流二極管、所述第六續(xù)流二極管的陰極相連；所述第三可控開關(guān)器件、所述第四可控開關(guān)器件、所述第五可控開關(guān)器件、所述第六可控開關(guān)器件的發(fā)射極分別與所述第三續(xù)流二極管、所述第四續(xù)流二極管、所述第五續(xù)流二極管、所述第六續(xù)流二極管的陽極相連；所述第三可控開關(guān)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(guān)器件的發(fā)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(guān)器件的發(fā)射極作為類全橋儲能子模塊的正極端，并與所述第七可控開關(guān)器件的一端相連；所述第四可控開關(guān)器件的發(fā)射極與所述第八可控開關(guān)器件的一端相連并作為類全橋儲能子模塊的負極端；所述第七可控開關(guān)器件、所述第八可控開關(guān)器件的另一端與所述電池電感的一端相連；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(guān)器件、所述第四可控開關(guān)器件、所述第五可控開關(guān)器件、...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李睿，張弢，王平，
申請(專利權(quán))人：上海交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海,31