[发明专利]一种用于液流电池储能并网系统的双向变换器调制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子变换装置技术领域，具体涉及一种用于液流电池储能并网系统的双向变换器调制方法，以消除三相输入电网电压不平衡(幅值或相位的不对称)、波形非正弦以及电网的浪涌(突升和突降)等状况对输出直流电压的影响、减小变换器输出电感电流纹波以及减小窄脉冲现象，达到增加输出直流电压调节范围并获得优良的输出电压及输入电流波形的目的。

背景技术

储能技术已被视为电网运行过程中的重要组成部分。系统中引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，不仅可以更有效地利用电力设备，降低供电成本，还可以促进可再生能源的应用，也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。

液流电池储能技术是一种大规模高效电化学储能新技术。相比于其他储能技术，液流储能电池具有如下优势：输出功率和容量相互独立，系统设计非常灵活；能量效率高；电池使用寿命长，运行稳定性和可靠性高；可深度放电而不损坏电池，自放电低，在系统处于关闭模式时无自放电；选址自由度大，无污染、维护简单，运营成本低；无爆炸或着火危险，安全性高等。

矩阵式三相交流-直流变换器是三相交流-交流变换器的一种特殊工作模式，不仅具有矩阵变换器输入电流正弦度高、输入功率因数可调、电能双向流动、功率密度大等优点；而且输出直流电压大范围可调，其输出直流电压最大幅值可达1.5倍交流相电压幅值，非常适合液流电池深度充放电的特性。矩阵式三相交流-直流变换器1由6个双向功率开关2构成，如图1所示。其中S_i，j(i＝P，N；j＝a，b，c)表示一个双向功率开关2，每个双向功率开关由两个具有反并联二极管的绝缘栅极双极晶体管(IGBT)采用“共发射极”结构构成。上桥臂3个双向功率开关的输出端连接在一起，形成输出端P，下桥臂3个双向功率开关的输出端连接在一起，形成输出端N，最终输出直流电压U_PN。矩阵式三相交流-直流变换器的输入侧为三相电网电压3，分别用u_a，u_b，u_c表示。在矩阵式三相交流-直流变换器与电网间接有输入LC滤波器4。矩阵式三相交流-直流变换器输出侧接有输出LC滤波器5。通过对6个双向功率开关通断控制，可以实现幅值可变化的直流输出电压。

由于矩阵式三相交流-直流变换器是三相交流-交流矩阵变换器输出电压频率为零的一种特殊工作模式，通常采用的调制策略是三相交流-交流矩阵变换器的优化Alesina-Venturini法，即，取其中两个输出端作为直流输出端，令输出电压频率为零。但是，优化Alesina-Venturini法无法解决电网电压不平衡(幅值或相位的不对称)、波形非正弦以及电网的浪涌(突升和突降)等状况对输出的影响。目前三相交流-交流矩阵变换器一般采用空间矢量调制技术实现双向开关状态的控制，相对于其他各种调制算法，空间矢量调制具有原理清晰、性能优良和实现方便等优点。但由于矩阵式三相交流-直流变换器在拓扑结构上与三相交流-交流矩阵变换器不完全相同，因而，需要针对矩阵式三相交流-直流变换器拓扑结构提出相应地的调制方法以获得优良的性能。

发明内容

本发明针对矩阵式三相交流-直流变换器的拓扑结构，提供了一种用于液流电池储能并网系统的双向变换器调制方法，该方法可以消除电网电压不平衡、输入波形非正弦以及电网浪涌等工况时对矩阵式三相交流-直流变换器输出波形的影响，还可以极大地减小输出电感上的电流纹波及窄脉冲现象，输出稳定的大范围可调节的直流电压。

本发明提供的一种用于液流电池储能并网系统的双向变换器调制方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

(1)计算输入相电压空间矢量的幅值|U_i|以及输入电流空间矢量所在扇区的相对位置角θ_i；

(2)计算矩阵变换器的电压调制系数m

其中，为用户设定的输入功率因数角，U_om为设定的输出直流电压幅值；

(3)由实时计算的矩阵变换器空间矢量调制系数m及输入电流空间矢量所在扇区的相对位置角θ_i计算出持续时间T_α，T_β，T₀：

T_α＝msin(π/3-θ_i)T_s

T_β＝msinθ_iT_s