[发明专利]一种具有储能功能的模块化多电平变换器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种具有储能功能的模块化多电平变换器及其控制方法、终端、存储介质，所述变换器包括三个相单元，每个相单元包括上桥臂、上桥臂电感、下桥臂和下桥臂电感；其中，上桥臂的正极作为相单元的直流出线正极，上桥臂的负极与上桥臂电感的一端连接；上桥臂电感的另一端与所述下桥臂电感的一端连接，作为相单元的交流出线端；下桥臂电感的另一端与下桥臂的正极连接，所述下桥臂的负极作为相单元的直流出线负极；所述上桥臂和所述下桥臂均由储能子模块构成；所述储能子模块包括半桥子模块、DC/DC变换器和储能电池，所述储能电池通过所述DC/DC变换器接入所述半桥子模块的直流侧。本发明能够有效平抑风电功率波动，且适用于不同额定电压等级的电池。

技术领域

本发明涉及电气自动化设备技术领域，尤其涉及一种具有储能功能的模块化多电平变换器及其控制方法。

背景技术

近年来，为减少化石资源的消耗和防治生态环境污染，我国大力支持发展新能源发电产业，如光伏发电、风力发电等。目前，风力发电在我国电力总装机中的比重已超过7％，成为仅次于火电、水电的第三大电力来源。其中，海上风能资源优质、丰富，且远离居民生活作业区，对环境影响较小，因而更是受到众多开发者的关注。到2017年4月，中国的风电核准项目容量817万千瓦，并网容量148万千瓦，位列全球第三位，仅次于英国和德国。海上风电政策明确，建设成本的持续优化以及配套产业的日渐成熟。

随着电力电子技术的发展以及电力电子器件价格的降低，远海大功率风电高压直流送出拓扑一般选择模块化多电平变换器(MMC)。MMC变换器可以通过增加子模块的数量从而提高系统的电压等级与功率容量，模块化的设计也增加了装置的冗余度，提升了系统的可靠性。但是，传统的MMC变换器是两端系统，即输出功率的值为输入功率与损耗的差，MMC变换器不能储存能量。并且，海上风电的有功功率输出会根据风速的变化而产生变化，具有很强的波动性。由于MMC变换器不能储存能量，这种波动的功率将会直流进入陆地电网，威胁陆地电网的稳定，降低陆地电网的调频能力，增加电网的运行成本。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种具有储能功能的模块化多电平变换器及其控制方法，能够有效平抑风电功率波动，且适用于不同额定电压等级的电池。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种具有储能功能的模块化多电平变换器，所述变换器包括三个相单元，每个所述相单元包括上桥臂、上桥臂电感、下桥臂和下桥臂电感；其中，所述上桥臂的正极作为所述相单元的直流出线正极，所述上桥臂的负极与所述上桥臂电感的一端连接；所述上桥臂电感的另一端与所述下桥臂电感的一端连接，作为所述相单元的交流出线端；所述下桥臂电感的另一端与所述下桥臂的正极连接，所述下桥臂的负极作为相单元的直流出线负极；

所述上桥臂和所述下桥臂均由储能子模块构成；所述储能子模块包括半桥子模块、DC/DC变换器和储能电池，所述储能电池通过所述DC/DC变换器接入所述半桥子模块的直流侧。

作为上述方案的改进，所述DC/DC变换器包括第一开关管、第二开关管、第一耦合电感和第二耦合电感；所述第一开关管的一端与所述半桥子模块的直流侧连接，所述第一开关管的另一端与所述储能电池的负极连接；所述第二开关管的一端与所述第二耦合电感连接，所述第二开关管的另一端与所述储能电池的负极连接；所述储能电池的正极与所述第二耦合电感连接，所述第一耦合电感和与所述第二耦合电感串联连接，所述第一耦合电感与所述半桥子模块的直流侧连接。

作为上述方案的改进，所述第一耦合电感与所述第二耦合电感的匝数比为n，则所述储能电池侧电压u_bat与所述半桥子模块侧电压u_m满足

其中，d₁为第一开关管的占空比，d₂为第二开关管的占空比。

作为上述方案的改进，所述第一耦合电感与所述第二耦合电感的匝数比可调节，且通过调节所述第一耦合电感与所述第二耦合电感的匝数比，可使所述变换器适配不同额定电压的储能电池。