[发明专利]一种模块化隔离型电池储能变换器及其调制方法

说明书

本发明公开一种模块化隔离型电池储能变换器及其调制方法，所述变换器拓扑结构为：变压器原边桥臂由m个H桥串联组成，变压器原边桥臂通过滤波电感L_p接变压器原边；变压器的副边侧一端通过滤波电感L_s、副边桥臂与直流电网母线负极相连接，另一端与直流电网母线的正极相连；所述方法通过调节隔离变压器原边方波电压与副边方波电压之间的相位差来控制储能电池与直流电网之间能量传递方向及大小，通过校正相位差，稳定变压器副边侧桥臂各个子模块直流母线电容电压，通过调节变压器副边侧桥臂所有子模块输出电压直流分量来调节变压器副边侧电流平均值，即直流配电网侧电流，从而达到稳定模块电压和控制并网电流的目的，实现系统稳定可靠运行。

技术领域

本发明涉及电气自动化设备技术领域，具体地，涉及一种模块化隔离型电池储能变换器及其调制方法。

背景技术

电池储能系统在电力系统中的各个方面，尤其是在负荷平衡、用户侧电能质量、无功补偿以及容纳可再生能源等重要领域占据着日益重要的位置。而由于其特殊作用及昂贵的成本，使得电池储能系统的可靠性举足轻重。

模块多电平变换器(MMC)由于输出电压等级较高，且可扩展性和冗余控制容量大，广泛的应用于直流配电网中。将隔离型模块化多电平储能变换器应用于直流配电网，变压器原边侧通过一个滤波电感接储能级联H桥电路，变压器副边侧绕组通过滤波电感和副边桥臂接直流配电网，变压器副边桥臂由n个子模块串联而成，每个模块的直流侧接直流母线电容。

然而，由于应用于中高压直流配电网的隔离型模块化多电平储能变换器结构的特殊性，需要相应的调制和控制策略来保证系统的稳定可靠运行。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的提供一种模块化隔离型电池储能变换器，同时为模块化隔离型电池储能变换器提供一种两电平调制方法，通过调节变压器原副边高频方波电压的相位差，实现储能电池与直流电网之间能量的双向传递，并通过相应的控制策略，实现系统稳定可靠运行。

根据本发明的第一方面，提供一种模块化隔离型电池储能变换器，所述模块化隔离型电池储能变换器包括变压器，其拓扑结构为：变压器原边桥臂Arm_p1由m个H桥串联组成，每个H桥的直流侧接储能电池，变压器原边桥臂Arm_p1通过一个滤波电感L_p接变压器原边；变压器的副边侧一端通过一个滤波电感L_s、桥臂Arm_s1与直流电网母线负极相连接，变压器的副边侧另一端与直流电网母线的正极相连；桥臂Arm_s1由n个子模块串联组成，每个子模块直流侧接直流母线电容，构成副边桥臂Arm_s1的每个模块为全桥结构或半桥结构。

本发明中，变压器原边为高频方波，即变压器原边m个H桥之间没有相位差，每个H桥能输出三种状态(-1、0、1)，则变压器原边方波电压的范围是-m～m；

变压器副边为高频方波，即变压器副边n个子模块之间没有相位差，每个全桥能输出三种状态(-1、0、1)，则当桥臂Arm_s1每个模块采用全桥结构时，桥臂Arm_s1输出方波电压范围是-n～n；每个半桥只能输出两种状态(0、1)，则当桥臂Arm_s1每个模块采用半桥结构时，Arm_s1输出方波电压范围是0～n；

根据本发明的第二方面，提供一种模块化隔离型电池储能变换器的调制方法，其中：所述方法通过调节变压器原边方波电压与副边方波电压之间的相位差来控制储能电池与直流电网之间能量传递方向及大小，通过校正相位差，稳定变压器副边侧桥臂各个子模块直流母线电容电压，通过调节变压器副边侧桥臂所有子模块输出电压直流分量来调节变压器副边侧电流平均值，即直流配电网侧电流，从而达到稳定模块电压和控制并网电流的目的，实现系统稳定可靠运行。

优选地，所述方法通过控制桥臂Arm_s1所有子模块直流母线电压，调节变压器原、副边方波的相位差即桥臂Arm_s1直流母线电压的额定值与桥臂Arm_s1所有子模块直流母线电压均值的偏差作为PI调节器的输入，PI调节器的输出作为相位差