[发明专利]一种基于NPC三电平拓扑的储能变流器的控制方法

说明书

本发明公开了一种基于NPC三电平拓扑的储能变流器及其控制方法，涉及电力电子技术领域中的三电平储能变流器控制系统领域，储能变流器包括L滤波电路、NPC三电平变流器、直流侧滤波电容，直流侧蓄电池；控制方法包括使用三相电压信号计算出有功、无功电压单位矢量，实现三相并网电流指令计算；使用电压平衡控制器实现直流侧电压平衡。本发明解决了现有技术中两电平储能变流器开关损耗大，散热设计困难，且无法应用于大功率、高电压等级设备等问题，系统设计合理、应用性强、控制算法简单。通过控制算法无需锁相环、坐标变换、三角函数计算，实现储能变流器充放电和变流器直流侧电压稳定控制。

技术领域

本发明涉及一种基于NPC三电平拓扑的储能变流器及其控制方法，属于电力电子技术领域中三电平储能变流器控制系统领域。

背景技术

近年来，分布式电源大量接入配电网，风电及光伏等新能源发电形式具有的显著随机性和波动性使得大规模新能源消纳成为一大难题。随着储能技术的快速发展以及大规模储能系统的快速响应特性，通过储能“移峰填谷”将新能源弃电时段的弃电电能在时空上平移至非弃电时段，在技术上已成为一种提升新能源弃电消纳能力的可行手段。

受工业用电持续增长和持续高温天气影响，全国用电负荷屡创历史新高，部分地区逐渐面临不同程度的电力供应偏紧的局面，局部地区线路“卡脖子”问题开始凸显，电网迎峰度夏供电压力不断增大。为了尽快缓解电网压力，提高电网运行安全性，在电网侧的灵活性改造势在必行。储能系统参与电网调峰调频，能有效缓解电网在迎峰度夏带来的用电压力，确保电网安全。

储能变流器作为衔接电网与储能介质的纽带，是整个储能系统的核心部件。传统两电平储能变流器具有结构紧凑、技术成熟的优势，但当工作在较高频率时，存在开关损耗大，散热设计困难等问题，且无法应用于大功率、高电压等级设备中。相交于两电平储能变流器，三电平中点箝位型(Three-level Neutral Point Clamped Converter，NPC)变流器具有改善输出电压波形，降低电压应力、器件开关损耗小、直流电流纹波小等优点，利于减小滤波电路体积、提升系统效率，具备较高的工程应用价值。同时传统储能变流器控制算法需要复杂的坐标变换、三角函数和锁相环运算，增加了底层控制器的计算负担，降低了程序的执行效率。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提供一种基于NPC三电平拓扑的储能变流器及其控制方法，解决现有技术中两电平储能变流器开关损耗大，散热设计困难，且无法应用于大功率、高电压等级设备等问题，解决复杂的坐标旋转变换、三角函数和锁相环运算，提高程序的执行效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于NPC三电平拓扑的储能变流器，包括L滤波电路、NPC三电平变流器、直流侧滤波电容，直流侧蓄电池；

所述L滤波电路与NPC三电平变流器连接，所述NPC三电平变流器与直流侧滤波电容连接，所述直流侧滤波电容与直流侧蓄电池连接，所述L滤波电路用于滤除并网电流的谐波，所述NPC三电平变流器用于将电网侧的交流电变换成直流电，并给直流侧蓄电池充电，所述直流侧滤波电容用于抑制直流侧电压谐波，支撑直流侧电压，所述直流侧蓄电池用于存储电能。

进一步地，所述直流侧滤波电容包括电容C1和电容C2，电容C1的正极接NPC三电平变流器的一端，电容C1的负极接电容C2的正极，电容C2的负极接NPC三电平变流器另一端，电容C1和电容C2的连接点记为中性点O。