[发明专利]级联储能变流器多链节冗余控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及电池储能领域，具体地，涉及一种级联储能变流器多链节冗余控制方法。

背景技术

电池储能系统主要实现能量的存储和释放，其主要组成部分包括储能电池和储能变流器PCS（Power Conversion System）。PCS主要实现充放电控制、功率调节等功能。基于H桥级联结构的电池储能变流器系统由于引入了多电平技术，减小了电力电子器件上的电压应力；并且因为结构上的优势，每相、每个H桥功率模块可以相对独立的控制，并且若系统链节数目存在一定的冗余，从而可以实现故障时保持交流侧输入线电压平衡。

级联H桥多链节变流器应用大量的功率开关器件，一个开关器件发生故障可能会引起系统的不正常运行，因此可靠性对于级联H桥变流器是至关重要的。一个性能优良的储能变流器可以通过故障冗余控制保证在一个开关器件发生短路或开路故障时仍然能够正常运行一段时间。

若链节冗余满足一定要求，则可以通过故障冗余控制，使系统仍然能够正常运行一段时间。当发生故障时，通过调节故障相H桥单元输出电压的调制比提高故障相中非故障的H桥单元PWM信号的调制比，维持交流侧输入线电压稳定与平衡，保证正常运行一段时间。

经检索，中国专利公开号为102075097A，申请号为201010562693.5，该专利提供了本发明公开了“一种级联型变流器n+1故障冗余控制方法,它包括以下步骤:步骤一,首先基于UPF四象限H桥整流器的直流电压电容进行均衡控制;步骤二,对n+1故障冗余进行控制;步骤三,旁路故障后对CPS-SPWM开关的调整,因此,对剩余n个非故障单元的CPS-SPWM开关调制作出相应的调整,即按照n级联单元数生成触发脉冲。本发明能够有效地提高各功率单元的直流侧电压利用率,降低功率器件的开关损耗、duldt以及故障率。”本发明基于储能变流器的控制，需要考虑到储能的特殊情况，如电池在工作过程中，电池电压（变流器的直流侧电压）的不断变化的等。上述技术中采用n+1冗余，对于储能而言，使用不够灵活，未实现冗余控制动态的分析判断，不能充分利用直流侧的冗余。

综上所述，级联H桥变流器的冗余控制指的是在每相中提供一定冗余的H桥单元，当某一相中的H桥发生故障时，将故障的H桥旁路，同时采用简单提高调制比的方法使储能变流器可以继续运行。这种故障时级联变流器多链节冗余控制方法未见文献公开报道。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种级联储能变流器多链节冗余控制方法，当某一相中的H桥发生故障时，将故障的H桥旁路后，若满足一定的冗余条件，则可以保证储能变流器继续运行一段时间。

为实现以上目的，本发明提供一种级联储能变流器多链节冗余控制方法，该方法在满足冗余条件的情况下，调节故障相中非故障的H桥功率单元PWM信号的调制比，维持交流侧输入线电压稳定与平衡，使储能变流器能够继续运行；具体步骤包括：

（1）采集各电池模块工作状态和交流侧电压状态，判断当前系统的链节冗余情况；

（2）故障发生，识别故障H桥功率单元：

设储能变流器为3xN链节的三相级联结构，某一相存在m个H桥出现故障；故障发生后，故障情况被上传至控制器；

（3）控制器判断系统是否满足冗余条件，或者旁路故障的功率单元并保持交流侧输入线电压平衡以保证系统继续运行，或者使系统安全退出，停机；具体的：

A：满足冗余条件

系统冗余度大于冗余条件，则控制电路发出控制信号触发旁路故障的功率单元并改变故障相H桥输出电压的调制比，提高每个故障相中的非故障H桥功率单元的输出电压调制比为原来值的N/（N-m）倍，以实现故障时保持交流侧输入线电压平衡。

B：不满足冗余条件

系统冗余度小于冗余条件，则系统不能保持交流侧输入线电压平衡，要求系统安全退出，停机。

优选地，步骤（1）中，所述各电池模块工作状态和交流侧电压状态分别通过电池管理系统和电网的电压测量模块采集。

优选地，步骤（1）中，所述链节冗余情况的判断根据电池模块和交流侧工作状态，由电池正常工作时模块电压区间、模块级联数量、并网电感电压降、网侧交流电压情况和PCS的电压适应范围共同决定；链节冗余数目n可由下面式子确定：