一種模塊化隔離型電池儲能變換器的矩形波調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電氣自動化設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體地，設(shè)及一種模塊化隔離型電池儲能 變換器的矩形波調(diào)制策略。
【背景技術(shù)】
[0002] 電池儲能系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的各個方面，尤其是在負荷平衡、用戶側(cè)電能質(zhì)量、無 功補償W及容納可再生能源等重要領(lǐng)域占據(jù)著日益重要的位置。而由于其特殊作用及昂貴 的成本，使得電池儲能系統(tǒng)的可靠性舉足輕重。
[0003] 模塊多電平變換器（MMC)由于輸出電壓等級較高，且可擴展性和冗余控制容量 大，廣泛的應用于直流配電網(wǎng)中。將隔離型模塊化多電平儲能變換器應用于直流配電網(wǎng)，變 壓器原邊側(cè)通過一個濾波電感接儲能級聯(lián)H橋電路，變壓器副邊側(cè)繞組通過濾波電感和副 邊橋臂接直流配電網(wǎng)，變壓器副邊橋臂由n個子模塊串聯(lián)而成，每個模塊的直流側(cè)接直流 母線電容。
[0004] 然而，由于應用于中高壓直流配電網(wǎng)的隔離型模塊化多電平儲能變換器結(jié)構(gòu)的特 殊性，需要相應的調(diào)制和控制策略來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是為基于直流電網(wǎng)的隔離型模塊化多電平儲 能變換器提供一種矩形波調(diào)制方法，即變壓器原副邊交流電壓在半個開關(guān)周期內(nèi)占空比小 于0. 5,并通過調(diào)節(jié)變壓器原副邊高頻矩形波電壓的相位差，實現(xiàn)儲能電池與直流電網(wǎng)之間 能量的雙向傳遞，此外，通過相應的控制策略，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行。
[0006] 本發(fā)明提供一種隔離型模塊化多電平儲能變換器的矩形波調(diào)制方法，所述模塊化 隔離型電池儲能變換器拓撲結(jié)構(gòu)為：變壓器原邊通過一個濾波電感Lp接原邊橋臂Arm_pl 的輸出端，變壓器原邊橋臂Arm_pl由m個H橋級聯(lián)而成，m個H橋的串聯(lián)的輸出作為原邊 橋臂Arm_pl的輸出，每個H橋的直流側(cè)接儲能電池；變壓器的副邊側(cè)一端通過一個濾波電 感Lg、橋臂Arm_sl與直流電網(wǎng)母線負極相連接，變壓器的副邊側(cè)另一端與直流電網(wǎng)母線的 正極相連；橋臂Arm_sl由n個子模塊串聯(lián)組成，每個子模塊直流側(cè)接直流母線電容，構(gòu)成副 邊橋臂Arm_sl的每個模塊采用全橋結(jié)構(gòu)或半橋結(jié)構(gòu)；
[0007] 所述變壓器原邊交流電壓正負半周矩形波占空比小于0. 5,即原邊橋臂Arm_pl每 個H橋在半個開關(guān)周期內(nèi)輸出電壓占空比小于0. 5,各個H橋之間沒有相位差，原邊橋臂 Arm_pl的每個H橋能輸出S種狀態(tài)（-1、0、1)，變壓器原邊矩形波電壓的范圍是-m~m ;
[0008] 由于直流電網(wǎng)存在，副邊橋臂Arm_sl所有子模塊輸出交流電壓疊加后直流分量 近似為直流電網(wǎng)電壓vdc，即變壓器副邊側(cè)交流電壓關(guān)于Vdc對稱，且變壓器副邊側(cè)交流電 壓關(guān)于Vdc對稱的正負半周矩形波占空比Dp小于0. 5,即副邊橋臂Arm_sl每個子模塊在半 個開關(guān)周期內(nèi)輸出電壓占空比町小于0. 5,各個子模塊之間沒有相位差，D P與D ,相等或不 相等；當副邊橋臂Arm_sl每個子模塊采用全橋結(jié)構(gòu)時，副邊橋臂Arm_sl輸出矩形波電壓范 圍是-n~n ;每個半橋只能輸出兩種狀態(tài)（0、I)，當副邊橋臂Arm_sl每個模塊采用半橋結(jié) 構(gòu)時，副邊橋臂A;rm_sl輸出矩形波電壓范圍是0~n;
[0009] 為實現(xiàn)儲能電池與直流電網(wǎng)之間的能量雙向傳遞，在變壓器原副邊矩形波之間存 在相位差口S本發(fā)明使變壓器原副邊交流電壓在半個開關(guān)周期內(nèi)占空比小于0.5,通過調(diào)節(jié) 原邊矩形波電壓與副邊矩形波電壓之間的相位差來控制儲能電池與直流電網(wǎng)之間能量傳 遞方向及大小，通過校正相位差，穩(wěn)定變壓器副邊側(cè)橋臂各個子模塊直流母線電容電壓，通 過調(diào)節(jié)變壓器副邊側(cè)橋臂所有子模塊輸出電壓直流分量來調(diào)節(jié)變壓器副邊側(cè)電流平均值， 即直流配電網(wǎng)側(cè)電流，從而達到穩(wěn)定模塊電壓和控制并網(wǎng)電流的目的，實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠 運行。
[0010] 優(yōu)選地，所述方法通過控制副邊橋臂Arm_sl所有子模塊直流母線電壓，調(diào)節(jié)變壓 器原副邊矩形波的相位差f，即Arm_sl模塊直流母線電壓的額定值與Arm_sl所有模塊直流 母線電壓均值的偏差作為PI調(diào)節(jié)器的輸入，PI調(diào)節(jié)器的輸出作為相位差巧。
[0011] 優(yōu)選地，所述變壓器副邊側(cè)電流平均值通過校正副邊橋臂Arm_sl所有子模塊輸 出電壓的直流分量來調(diào)節(jié)，即變壓器副邊電流經(jīng)過低通濾波器LF濾波后與直流電網(wǎng)電 流的給定值相加作為PI調(diào)節(jié)器的輸入，PI調(diào)節(jié)器的輸出與直流電網(wǎng)母線電壓Vd。偏差作為 副邊橋臂Arm_sl直流電壓調(diào)制信號Vd^d。。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0013] 本發(fā)明的隔離型模塊化多電平儲能變化器的矩形波調(diào)制策略，能夠?qū)崿F(xiàn)儲能電池 與直流電網(wǎng)之間的能量交換，并通過一定的控制策略實現(xiàn)模塊電壓均衡和變壓器二次側(cè)電 流調(diào)節(jié)，該調(diào)制與控制策略適用于變換器拓撲可W等效為圖3的平均模型的所有基于直流 配電網(wǎng)的隔離型模塊化多電平儲能變換器的矩形波調(diào)制。
【附圖說明】
[0014] 通過閱讀參照W下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、 目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0015] 圖1為本發(fā)明一實施例的變換器的拓撲結(jié)構(gòu)；
[0016] 圖2為本發(fā)明一實施例的矩形波調(diào)制原理圖；
[0017]圖3為本發(fā)明一實施例的基于直流電網(wǎng)的隔離型模塊化多電平儲能變換器的平 均等效電路圖；
[0018]圖4為本發(fā)明一實施例的橋臂Arm_sl各個模塊直流母線電容電壓均衡的控制 圖；
[0019] 圖5為本發(fā)明一實施例的橋臂Arm_sl輸出電壓直流分量調(diào)制信號生成原理圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明進行詳細的說明。W下實施例將有助于本領(lǐng)域的 技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不W任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可W做出若干變形和改進，運都屬于本發(fā) 明的保護范圍。
[OOW 如圖1所示，本發(fā)明一實施例中模塊化隔離型電池儲能變換器的電路拓撲，其中： 變壓器原邊橋臂Arm_pl由m個H橋串聯(lián)組成，每個H橋的直流側(cè)接儲能電池，變壓器原邊 橋臂Arm_pl通過一個濾波電感Lp接變壓器原邊；
[0022] 隔離變壓器原邊橋臂A;rm_pl的每個H橋記為cellpu (1《i《m)，cellpu直流側(cè) 接儲能電池，cellpu直流側(cè)電池電壓記為V《i《m) ,cellpu交流端輸出記為V PL 1_3。（1《1《111)，1。1丄4。（1《：[《111)為。611。1_道流側(cè)電流，1。1丄3。（1《：[《111)為。611。1_; 輸出側(cè)電流。原邊濾波電感為Lp,原邊電流為變壓器變比為1 :N。
[002引變壓器的副邊側(cè)一端通過一個濾波電感心副邊橋臂Arm_sl與直流電網(wǎng)母線負 極相連接，變壓器的副邊側(cè)另一端與直流電網(wǎng)母線的正極相連；變壓器副邊橋臂Arm_sl由 n個子模塊串聯(lián)，每個子模塊拓撲既可W是半橋結(jié)構(gòu)也可W是全橋結(jié)構(gòu)，每個子模塊記為 cellsi」（1《j《n)，cellsu直流側(cè)接電容，電容電壓記為V si」_dc(l《j《n)，cellsi」交流 端輸出記為Vsi」_a。(I《j《n)，isi」_d。（I《j《n)為cel Lu直流側(cè)電流，isi」_a。（I《j《n) 為celLu輸出側(cè)電流。副邊濾波電感為Lg，副邊電流為i^。直流電網(wǎng)母線電壓為Vd。，電 流為id。。
[0024]由于采用模塊化設(shè)計，即使每個模塊的電壓等級比較低，仍可W達到較高的電壓 等級，從而實現(xiàn)低損耗，低成本，高開關(guān)頻率。
[00巧]基于上述結(jié)構(gòu)，所述變壓器原邊交流電壓正負半周矩形波占空比Dp小于0. 5,即原 邊Arm_p 1每個模塊在半個開關(guān)周期內(nèi)輸出電壓占空比Dp小于0. 5，各個模塊之間沒有相位 差，由于Arm_pl各個儲能模塊采用H橋結(jié)構(gòu)，每個H橋可W輸出=種狀態(tài)（-1、0、1)，所W變 壓器原邊矩形波電壓的范圍是-m~m。由于直流電網(wǎng)存在，副邊橋臂Arm_sl所有模塊輸出 交流電壓疊加后直流分量近似為直流電網(wǎng)電壓Vd。，即變壓器副邊側(cè)交流電壓關(guān)于Vd。對稱， 且變壓器副邊側(cè)交流電壓關(guān)于Vdc對稱的正負半周矩形波占空比D ,小于0. 5,即原邊Arm_ Si每個模塊在半個開關(guān)周期內(nèi)輸出電壓占空比Ds小于0.5,各個模塊之間沒有相位差，Dp 與町既可W相等也可W不相等。Arm_sl各個子模塊既可W采用半橋結(jié)構(gòu)也可W采用全橋 結(jié)構(gòu)，當A;rm_sl每個模塊采用全橋結(jié)構(gòu)時，A;rm_sl輸出矩形波電壓范圍是-n~n，由于每 個半橋只可W輸出兩種狀態(tài)（〇、1)，所W當Arm_sl每個模塊采用半橋結(jié)構(gòu)時，Arm_sl輸出 矩形波電壓范圍是0~n。
[00%] 圖2所示，為本發(fā)明一實施例中基于直流電網(wǎng)的隔離型模塊化多電平儲能變換器 的矩形波調(diào)制原理：原邊橋臂A