[发明专利]基于逆阻型三电平的储能并网变流器及其控制方法

摘要

本发明公开了一种基于逆阻型三电平的储能并网变流器及其控制方法，储能并网变流器包括依次级联的蓄电池、DC/DC变换器、直流侧电容、逆阻型三电平变换器和LC滤波器；控制方法包括DC/DC端的控制和三电平逆变器的控制，DC/DC端控制器用于对蓄电池进行充放电管理，三电平逆变器的控制包括通过双闭环解耦控制对逆变器输出电流进行控制。本发明通过功率变换完成升/降压、逆变、大功率储能和并网的功能，以较简洁的结构实现从蓄电池到电网的控制，减小储能成本，实现无功补偿、电力调峰控制等，改善电网利用率和电网质量。

主权项

1.一种基于逆阻型三电平的储能并网变流器控制方法，所述储能并网变流器包括依次级联的蓄电池、DC/DC变换器、直流侧电容、逆阻型三电平变换器和LC滤波器；所述蓄电池的电池组与电感Ldc串联，蓄电池的储能介质为能量型储能介质或者功率型储能介质；所述DC/DC变换器为半桥Buck/Boost双向变换器，包括功率开关管S1和功率开关管S2，蓄电池的正极接电感Ldc的一端，电感Ldc的另一端接功率开关管S2的一端和功率开关管S1的一端，蓄电池的负极接功率开关管S1的另一端；所述直流侧电容包括电容C1和电容C2，电容C1的一端接功率开关管S2的另一端，电容C1的另一端接电容C2的一端，电容C2的另一端接功率开关管S1的另一端，电容C1和电容C2的接点记为中性点O；所述逆阻型三电平变换器包括直流侧电容包括9个IGBT管，IGBT管Sa1和IGBT管Sa2构成A相桥臂，IGBT管Sb1和IGBT管Sb2构成B相桥臂，IGBT管Sc1和IGBT管Sc2构成C相桥臂；电容C1和电容C2构成的串联结构与A相桥臂、B相桥臂和C相桥臂并联；IGBT管Sa3通过两个反并联形成逆阻型IGBT，一端接中性点O，另一端接A相桥臂的输出接点；IGBT管Sb3通过两个反并联形成逆阻型IGBT，一端接中性点O，另一端接B相桥臂的输出接点；IGBT管Sc3通过两个反并联形成逆阻型IGBT，一端接中性点O，另一端接C相桥臂的输出接点；所述LC滤波器对A相桥臂、B相桥臂和C相桥臂的输出信号进行滤波并接入电网；其特征在于：通过蓄电池采样电压Udc、直流母线采样电压Usdc、蓄电池采样电流idc、电压控制环、电流控制环和PWM调制对DC/DC变换器进行控制；当蓄电池充电时，半桥Buck/Boost双向变换器处于Buck电路模式，蓄电池采样电压Udc和蓄电池参考电压Uref做差后经PI控制器得到参考电流iref，参考电流iref和蓄电池采样电流idc做差后经PI控制器得到Buck电压控制量，对Buck电压控制量进行PWM调制得到功率开关管S2的脉冲信号，功率开关管S1始终关断；当蓄电池放电时，半桥Buck/Boost双向变换器处于Boost电路模式，直流母线采样电压Usdc和直流侧参考电压Usref做差后经PI控制器得到参考电流iref，参考电流iref和蓄电池采样电流idc做差后经PI控制器得到Boost电压控制量，对Boost电压控制量进行PWM调制得到功率开关管S1的脉冲信号，功率开关管S2始终关断；通过网侧参数采样模块、锁相环模块、坐标变换模块、双闭环解耦模块和空间矢量调制模块对逆阻型三电平变换器进行控制；所述锁相环模块采用双解耦同步参考坐标锁相环；网侧参数采样模块对网侧电流ia、ib、ic和网侧电压ua、ub、uc进行采集，网侧电压ua、ub、uc经过锁相模块锁相后得出锁相角θ，坐标变换模块结合锁相角θ将网侧电流ia、ib、ic转换为电流的dq分量id、iq，将网侧电压ua、ub、uc转换为电压的dq分量ud、uq；所述双闭环解耦模块包括电压外环控制和电流内环控制；电压外环的指令电压为直流侧指令电压udc*，直流侧指令电压udc*与直流母线采样电压Usdc做差后经PI控制器得到d轴指令电流idref，d轴指令电流idref与id做差后经PI控制器得到d轴指令电压，将ud与iq的电感电压解耦和d轴指令电压做差得到d轴参考电压urd；设定q轴指令电流iqref＝0，q轴指令电流iqref与iq做差后经PI控制器得到q轴指令电压，将uq与id的电感电压解耦和q轴指令电压做差得到q轴参考电压urq；所述空间矢量调制模块包括中点电位平衡调制，将电容C1的采样电压Uc1和电容C2的采样电压Uc2做差的结果作为不平衡控制量，通过脉冲信号控制SVPWM正负小矢量的作用时间：在上下电容电压相同时，即Uc1＝Uc2时，令正负小矢量的作用时间都为t/2；在上下电容电压不均衡时，即Uc1！＝Uc2时，令正小矢量的作用时间为t/2+K*Δt，其中K为电压平衡因子，负小矢量的作用时间为t‑(t/2+K*Δt)；其中，t为标准调制时间，K为电压平衡因子，Δt为平衡修正时间。