[发明专利]两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法和系统

说明书

本发明公开了一种两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法及系统，包括：根据储能换流器中的三电平Buck/Boost电路中的低压侧电感电流参考值i_Lref，控制三电平Buck/Boost电路工作于Boost模式或者Buck模式；根据中点电位参考Δu_ref与中点电位偏移Δu之差，调整Buck/Boost电路中各开关管在Boost模式或者Buck模式下的占空比，以使直流母线总电压恒定与中点电位平衡。本发明具有直流母线总电压恒定、中点电位平衡、提高换流器运行稳定性等优点。

技术领域

本发明主要涉及储能技术领域，特指一种两级式三电平三相四线制储能换流器中点电位平衡方法和系统。

背景技术

储能技术在提高电网可靠性、需求侧管理、以及新能源接入等领域有着广阔的应用前景。储能接入电力系统，能够提高电网安全性稳定性，缓解负荷峰谷差，改善电能质量，促进可再生能源的应用；与分布式电源构成独立微电网，能够提高微电网系统的稳定性。电化学储能系统主要包括电池管理系统(BMS)和双向能量转换系统(Power ConversionSystem，PCS)。主要具备以下功能：1)并网条件下，根据调度指令实现定功率运行；2)离网条件下，考虑各种类型负载(感性、容性及不对称负载)实现恒压恒频运行。

针对PCS直流侧宽范围输入电压(200-700V)和交流侧单相负载接入的需求，目前两级式PCS采用三电平Buck/Boost与T型三电平三桥臂三相四线制(3-level T-type 3-leg3-phase 4-wire，3LT²3L3P4W)级联拓扑。

其中三电平逆变电路中点电位的不平衡分量包括直流分量和交流分量，会导致诸多问题：1)引起输出电压波形畸变，低次谐波含量增加；2)加大器件的电压应力，容易导致器件的过电压损坏。为了保证设备长期可靠运行，需要明确针对该两级式PCS的中点电位平衡方法。

在外部电路实现中点电位的平衡控制方面，文献[1]采用双Buck/Boost电路对注入三相四线制NPC逆变器直流母线的低频电流进行补偿，但该方法需要较多的电流采样，导致硬件成本上升；文献[2]通过前级三电平Boost电路的PI移相控制实现三相三线制NPC逆变器中点电位的平衡，但在不平衡负载条件下中点电位的平衡性能未有相关技术公开。

三电平三相四线制拓扑本体的中点电位平衡方法主要基于a-b-c和α-β-0坐标系下的3D-SVPWM以及载波调制。文献[3]基于α-β-0坐标系下的三维空间矢量调制策略，根据所提出的中点控制度选择中点电位平衡能力较强的矢量来合成目标矢量，文献[4]在a-b-c坐标系下，依据中点平衡因子对调制子空间进行扩展，文献[5]在a-b-c坐标系下，对有中点电位平衡能力的相零电平作用时间进行分解，文献[6][7][8]基于载波调制对零电平作用时间进行分解。上述方法中，“过渡矢量”的引入和零电平的分解导致一个控制周期中参与中点电位平衡相的开关次数增加，加大了开关损耗，且针对较大负载不平衡度的情况，中点电位振荡的抑制能力有限。

参考文献:[1]Li X，Zhang W，Li H，et al.Power Management Unit With ItsControl for a Three-Phase Fuel Cell Power System Without Large ElectrolyticCapacitors[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2011，26(12)：3766-3777.

[2]Xia C，Gu X，Shi T，et al.Neutral-Point Potential Balancing of Three-Level Inverters in Direct-Driven Wind Energy Conversion System[J].IEEETransactions on Energy Conversion，2011，26(1)：0-29.