[发明专利]失稳防御、谐波抑制和储能管理集成的模块拓扑控制方法

说明书

本发明公开了一种针对直流配电系统的具有失稳防御、母线谐波抑制和储能管理功能的模块拓扑，整体由一个超级电容、一个储能电池组、两个电感L₁、L₂，三个开关管S₁～S₃和一个容值较小的薄膜电容C₁构成。该拓扑输入源有两个，为超级电容和储能电池组，输出则直接并联到系统直流母线上。本发明还公开了一种控制方法，分为两个部分：一个是针对由超级电容、S₂、S₃、L₂、C₁构成的Buck/Boost变换器提出的失稳防御和谐波抑制功能；另一个是针对由储能电池、S₁、S₂、L₁、C₁构成的Buck/Boost变换器提出的储能管理功能。本发明有助于提升配电网稳定性防御的自动化水平，具有较大的工程应用价值和推广前景。

技术领域

本发明涉及配电网稳定性领域，具体是针对直流配电系统的具有失稳防御、母线谐波抑制和储能管理功能的模块拓扑及其控制方法。

背景技术

随着光伏、风能等新能源的利用越来越多，以及汽车、照明等直流负载的日益增多，直流配电网的负载愈发复杂。尽管系统中每个变换器在单独设计和检测时是稳定的，但它们实际组成直流配电系统运行时，却会因为不同变换器之间的不匹配而诱发整个系统的振荡乃至失稳。而一旦系统中失稳源过多，则需要建立系统级的失稳防御机制。

目前的系统防御方案分为两类：一类在系统中专门增加一个失稳防御模块；另一类利用系统中的储能装置来帮助实现系统中的失稳防御。第一类方案需要在系统中增加额外的防御装置，在一些对体积和成本有要求的新能源直流配电系统中就不太合适。另一类方案由于储能装置本身有特定的控制需求，如储能单元的能量管理、系统的削峰填谷等，这些控制策略不易和系统失稳防御的控制功能兼容。

发明内容

一种具有失稳防御、母线谐波抑制和储能管理功能的模块拓扑，由一个用于实现储能管理功能的双向Buck/Boost变换器以及一个用于实现失稳防御和谐波抑制功能的双向Buck/Boost变换器通过开关管S₂复用集成，所述用于实现储能管理功能的双向Buck/Boost变换器由储能电池、开关管S₁、开关管S₂、电感L₁、薄膜电容C₁构成，所述用于实现失稳防御和谐波抑制功能的双向Buck/Boost变换器由超级电容、开关管S₂、开关管S₃、电感L₂、薄膜电容C₁构成；薄膜电容C₁直接并联在输出上，开关管S₁、开关管S₂、开关管S₃依次串联，同样并联在输出上，储能电池和电感L₁串联，且并联在开关管S₁两端，超级电容和电感L₂串联，且并联在开关管S₁和开关管S₂的两端，所述超级电容和储能电池组为两个输入源，输出则直接并联到系统直流母线上。

一种具有失稳防御、母线谐波抑制和储能管理功能的模块拓扑的控制方法，其特征在于：

对于用于实现储能管理功能的双向Buck/Boost变换器，通过电池状态管理、母线电压调节和系统功率调度功能进行控制；

对于用于实现失稳防御和谐波抑制功能的双向Buck/Boost变换器，将其母线端口阻抗控制成两类不同性质的等效电容C_e的特征组合，第一类等效电容C_e1用于实现系统失稳防御功能，控制其容值大小随系统失稳程度变化，成正比关系。第二类等效电容C_e2用于母线背景次谐波抑制功能，仅在需要抑制的谐波频率处表现为一个容值非常大的等效电容；