一种模块化隔离型电池储能变换器的正弦波调制方法技术

本发明专利技术公开一种模块化隔离型电池储能变换器的正弦波调制方法，所述方法使变压器原副边交流电压均为正弦波，通过调节原副边正弦波电压之间相位差大小和方向实现能量的双向传递，通过校正副边桥臂Arm_s1输出电压的直流分量来调节变压器副边侧电流平均值，通过校正变压器原边侧电流iLp来调节副边桥臂Arm_s1所有子模块直流母线电容电压的平均值varm_s1_dc，通过校正原边桥臂Arm_p1输出电压的交流分量vp1_ac来调节变压器原边电流iLp，从而达到稳定模块电压和控制并网电流的目的，实现系统稳定可靠运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电气自动化设备
，具体地，涉及一种模块化隔离型电池储能变换器的正弦波调制策略。
技术介绍
电池储能系统在电力系统中的各个方面，尤其是在负荷平衡、用户侧电能质量、无功补偿以及容纳可再生能源等重要领域占据着日益重要的位置。而由于其特殊作用及昂贵的成本，使得电池储能系统的可靠性举足轻重。模块多电平变换器(MMC)由于输出电压等级较高，且可扩展性和冗余控制容量大，广泛的应用于直流配电网中。将隔离型模块化多电平储能变换器应用于直流配电网，变压器原边侧通过一个滤波电感接储能级联H桥电路，变压器副边侧绕组通过滤波电感和副边桥臂接直流配电网，变压器副边桥臂由n个子模块串联而成，每个模块的直流侧接直流母线电容。然而，由于应用于中高压直流配电网的隔离型模块化多电平储能变换器结构的特殊性，需要相应的调制和控制策略来保证系统的稳定可靠运行。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的是为基于直流电网的隔离型模块化多电平储能变换器提供一种正弦波调制策略，即变压器原副边交流电压为正弦波，并通过调节变压器原副边正弦波电压的相位差，实现储能电池与直流电网之间能量的双向传递，此外，通过相应的控制策略，实现系统稳定可靠运行。本专利技术提供一种隔离型模块化多电平储能变换器的正弦波调制方法，其中：所述模块化隔离型电池储能变换器其拓扑结构为：变压器原边通过一个滤波电感Lp接原边桥臂Arm_p1的输出端，变压器原边桥臂Arm_p1由m个H桥级联而成，m个H桥的串联的输出作为原边桥臂Arm_p1的输出，每个H桥的直流侧接储能电池；变压器的副边侧一端通过一个滤波电感Ls、桥臂Arm_s1与直流电网母线负极相连接，变压器的副边侧另一端与直流电网母线的正极相连；桥臂Arm_s1由n个子模块串联组成，每个子模块直流侧接直流母线电容，构成副边桥臂Arm_s1的每个模块采用全桥结构或半桥结构；所述变压器原、副边电压为正弦波，即原边桥臂Arm_p1与副边桥臂Arm_s1各个模块采用载波移相SPWM，原边桥臂Arm_p1与副边桥臂Arm_s1输出为SPWM波形，经原副边滤波电感滤波后变压器原副边为正弦波；原边桥臂Arm_p1的每个H桥能输出三种状态(-1、0、1)，变压器原边正弦波电压的范围是-m～m；由于直流电网存在，副边桥臂Arm_s1所有子模块输出交流电压叠加后直流分量近似为直流电网电压vdc，即变压器副边侧交流电压关于vdc对称，当副边桥臂Arm_s1每个模块采用全桥结构时，副边桥臂Arm_s1输出正弦波电压范围是-n～n；每个半桥只能输出两种状态(0、1)，当副边桥臂Arm_s1每个模块采用半桥结构时，副边桥臂Arm_s1输出正弦波电压范围是0～n；为实现储能电池与直流电网之间的能量双向传递，在变压器原、副边正弦波之间存在相位差所述方法使变压器原副边交流电压为正弦波，通过调节原副边正弦波电压之间相位差大小和方向实现能量的双向传递，通过校正副边桥臂Arm_s1输出电压的直流分量来调节变压器副边侧电流平均值，通过校正变压器原边侧电流iLp来调节副边桥臂Arm_s1所有子模块直流母线电容电压的平均值varm_s1_dc，通过校正原边桥臂Arm_p1输出电压的交流分量vp1_ac来调节变压器原边电流iLp，从而达到稳定模块电压和控制并网电流的目的，实现系统稳定可靠运行。优选地，所述方法通过校正副边桥臂Arm_s1所有子模块输出电压的直流分量来调节变压器副边侧电流平均值，即变压器副边电流iLs经过低通滤波器LF滤波后与直流电网电流的给定值相加作为PI调节器的输入，PI调节器的输出与直流电网母线电压vdc偏差作为副边桥臂Arm_s1直流电压调制信号vs1_dc。优选地，所述方法通过调节变压器原边侧电流iLp来控制副边桥臂Arm_s1所有子模块直流母线电容电压的平均值varm_s1_dc，即副边桥臂Arm_s1直流母线电容电压额定值与副边桥臂Arm_s1所有子模块直流母线电容电压的平均值varm_s1_dc的偏差作为PI调节器输入，PI调节器的输出乘以正弦波信号作为变压器原边电流iLp的给定信号。优选地，所述方法通过校正原边桥臂Arm_p1输出电压的交流分量vp1_ac来调节变压器原边电流，即iLp的给定信号与实际信号的偏差作为PI调节器的输入，PI调节器的输出与副边桥臂Arm_s1输出电压的交流分量vs1_ac之和作为vp1_ac的调制信号。经过上述正弦波调制与控制，变换器直流电网侧直流电流idc能实现准确的控制，而且该变换器能实现有源滤波和限流功能。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的隔离型模块化多电平储能变化器的正弦波调制策略，能够实现储能电池与直流电网之间的能量交换，并通过一定的控制策略实现模块电压均衡和变压器原副边电流调节，该调制与控制策略适用于变换器拓扑可以等效为图3的平均模型的所有基于直流配电网的隔离型模块化多电平储能变换器的正弦波调制。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术一实施例的变换器的拓扑结构；图2为本专利技术一实施例的正弦波调制原理图；图3为本专利技术一实施例中基于直流电网的隔离型模块化多电平储能变换器的平均等效电路图；图4为本专利技术一实施例的Arm_p1输出电压交流分量调制信号生成原理图；图5为本专利技术一实施例的Arm_s1输出电压交流分量调制信号生成原理图；图6为本专利技术一实施例的Arm_s1输出电压直流分量调制信号生成原理图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术进行详细的说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，为本专利技术一实施例的基于直流电网的隔离型模块化多电平储能变换器的电路拓扑：变压器原边通过一个滤波电感Lp接原边桥臂Arm_p1的输出端，变压器原边桥臂Arm_p1由m个H桥级联而成，m个H桥的串联的输出作为原边桥臂Arm_p1的输出，每个H桥的直流侧接储能电池；隔离变压器原边桥臂Arm_p1由m个H桥级联而成，每个H桥记为cellp1_i(1≤i≤m)，cellp1_i直流侧接储能电池，cellp1_i直流侧电池电压记为vp1_i_dc(1≤i≤m)，cellp1_i交本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化隔离型电池储能变换器的正弦波调制方法，其特征在于，所述模块化隔离型电池储能变换器其拓扑结构为：变压器原边通过一个滤波电感Lp接原边桥臂Arm_p1的输出端，变压器原边桥臂Arm_p1由m个H桥级联而成，m个H桥的串联的输出作为原边桥臂Arm_p1的输出，每个H桥的直流侧接储能电池；变压器的副边侧一端通过一个滤波电感Ls、副边桥臂Arm_s1与直流电网母线负极相连接，变压器的副边侧另一端与直流电网母线的正极相连；副边桥臂Arm_s1由n个子模块串联组成，每个子模块直流侧接直流母线电容，构成副边桥臂Arm_s1的每个模块采用全桥结构或半桥结构；所述变压器原、副边交流电压均为正弦波，即原边桥臂Arm_p1与副边桥臂Arm_s1各个子模块采用载波移相SPWM，原边桥臂Arm_p1与副边桥臂Arm_s1输出为SPWM波形，经原副边滤波电感滤波后变压器原副边为正弦波；原边桥臂Arm_p1的每个H桥能输出三种状态(‑1、0、1)，变压器原边正弦波电压的范围是‑m～m；由于直流电网存在，副边桥臂Arm_s1所有子模块输出叠加后直流分量近似为直流电网电压vdc，即变压器副边侧交流电压关于vdc对称，当副边桥臂Arm_s1子模块采用全桥结构时，副边桥臂Arm_s1输出正弦波电压范围是‑n～n；每个半桥只能输出两种状态(0、1)，当副边桥臂Arm_s1子模块采用半桥结构时，副边桥臂Arm_s1输出正弦波电压范围是0～n；为实现储能电池与直流电网之间的能量双向传递，在变压器原、副边正弦波之间存在相位差所述方法使变压器原副边交流电压为正弦波，通过调节原副边正弦波电压之间相位差大小和方向实现能量的双向传递，通过校正副边桥臂Arm_s1输出电压的直流分量来调节变压器副边侧电流平均值，通过校正变压器原边侧电流iLp来调节副边桥臂Arm_s1所有子模块直流母线电容电压的平均值varm_s1_dc，通过校正原边桥臂Arm_p1输出电压的交流分量vp1_ac来调节变压器原边电流iLp，从而达到稳定模块电压和控制并网电流的目的，实现系统稳定可靠运行。...

【技术特征摘要】
1.一种模块化隔离型电池储能变换器的正弦波调制方法，其特征在于，所
述模块化隔离型电池储能变换器其拓扑结构为：变压器原边通过一个滤波电感
Lp接原边桥臂Arm_p1的输出端，变压器原边桥臂Arm_p1由m个H桥级联而
成，m个H桥的串联的输出作为原边桥臂Arm_p1的输出，每个H桥的直流侧
接储能电池；变压器的副边侧一端通过一个滤波电感Ls、副边桥臂Arm_s1与直
流电网母线负极相连接，变压器的副边侧另一端与直流电网母线的正极相连；副
边桥臂Arm_s1由n个子模块串联组成，每个子模块直流侧接直流母线电容，构
成副边桥臂Arm_s1的每个模块采用全桥结构或半桥结构；
所述变压器原、副边交流电压均为正弦波，即原边桥臂Arm_p1与副边桥臂
Arm_s1各个子模块采用载波移相SPWM，原边桥臂Arm_p1与副边桥臂Arm_s1
输出为SPWM波形，经原副边滤波电感滤波后变压器原副边为正弦波；
原边桥臂Arm_p1的每个H桥能输出三种状态(-1、0、1)，变压器原边正
弦波电压的范围是-m～m；由于直流电网存在，副边桥臂Arm_s1所有子模块输
出叠加后直流分量近似为直流电网电压vdc，即变压器副边侧交流电压关于vdc对
称，当副边桥臂Arm_s1子模块采用全桥结构时，副边桥臂Arm_s1输出正弦波
电压范围是-n～n；每个半桥只能输出两种状态(0、1)，当副边桥臂Arm_s1子模
块采用半桥结构时，副边桥臂Arm_s1输出正弦波电压范围是0～n；
为实现储能电池与直流电网之间的能量双向传递，在变压器原、副边正弦波
之间存在相位差所述方法使变压器原副边交流电压为正弦波，通过调节原副
边正弦波电压之间相位差大小和方向实现能量的双向传递，通过校正副边桥臂
Arm_s1输出电压的直流分量来调节变压器副边侧电流平均值，通过校正变压器
原边侧电流iLp来调节副边桥臂Arm_s1所有子模块直流母线电容电压的平均值
varm_s1_dc，通过校正原边桥臂Arm_p1输出电压的交流分量vp1_ac来调节变压器原
边电流iLp，从而达到稳定模块电压和控制并网电流的目的，实现系统稳定可靠
运行。
2.根据权利要求1所述的模块化隔离型电池储能变换器的正弦波调制方法，
其特征在于，所述方法通过校正副边桥臂Arm_s1所有子模块输出电压的直流分

\t量来调节变压器副边侧电流平均值，即变压器副边电流iLs经过低通滤波器LF...

【专利技术属性】
技术研发人员：李睿，李新培，陈强，蔡旭，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31