【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子技术与电池储能系统，具体涉及升压型三端口储能逆变器及其控制方法。
技术介绍
1、储能是智能电网、可再生能源系统、能源互联网的重要组成部分和关键技术，在进行能量转换中电力电子设备可通过储能装置实现电能利用率的提高，功率流动稳定性的提升。逆变器拓扑，能够在电网负荷过高时，由储能装置向电网馈电；而当电网负荷低时，用来存储电网过剩的发电量，实现电网能量传输的稳定。
2、现有技术中，储能电池需要通过不同的功率变换器（dc-dc 变换器或ac-dc 变换器）接入电网，如论文《基于互补pwm控制的buck／boost双向变换器在超级电容器储能中的应用》提出将升/降压双向变换器应用在储能中。但是这种多级式结构所需的元器件数量较多，功率传输时存在功能冗余的现象，这不利于系统的高效率运行。最近，多端口变换器广受相关学者的关注，如利用z源、准z源拓扑的三端口变流器网络。在混合储能系统中，采用三端口变流器结构连接蓄电池、超级电容和本地负载可以减少使用的功率器件数目，精简系统，节约成本，使得系统有更高的功率密度和效率。同时可以采用集中控制实现各端口间的双向功率流动，方便设计优化的控制策略来保证储能系统在微网中的高效运行。但z源、准z源拓扑的三端口变流器网络中，由于蓄电池并联在储能电容两端，通过调节直通占空比去使得蓄电池恒压充放电，而对于蓄电池soc过小或过大情况的两阶段/三阶段充放电控制没有研究，导致储能电池的充放电不稳定，寿命减少，安全性不高。而且传统三相电压源型逆变器(vsi)为降压结构，直流电源损耗较大，如采用升压
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提出了一种升压型三端口储能逆变器，旨在提高直流电源增益的同时提高储能系统的功率密度和效率。同时采用控制策略实现各端口间的双向功率流动来保证储能系统的高效运行。
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种升压型三端口储能逆变器，包括蓄电池、直流电源uin、一个储能电容cf、第一储能电感l1、第二储能电感l2、三个防倒流二极管d1~d3、八个功率开关管s1~s8、与八个功率管开关管反并联的八个二极管、交流侧阻感型负载r、l和三个单刀双掷开关，其中：
3、其中，直流电源uin、六个功率开关管s1~s6、一个储能电容cf、第一储能电感l1、三个防倒流二极管d1~d3共同形成升压逆变器回路，直流电源uin正极通过两条支路分别连接第一储能电感l1的一端和储能电容cf的负极；第一储能电感l1的另一端通过三个防倒流二极管d1~d3分别连接至升压逆变器a、b、c三相桥臂中点处，储能电容cf的正极连接至升压逆变器a、b、c三相桥臂上端；直流电源uin负极连接至升压逆变器a、b、c三相桥臂下端；
4、升压逆变器的右侧交流侧为阻感型负载r、l和三个单刀双掷开关，三个单刀双掷开关均具有1、2两个端子，每相端子1与升压逆变器对应桥臂中点相连，每相端子2与直流电源uin正极相连，当升压逆变器回路正常工作时，三个单刀双掷开关均掷为端子1；当升压逆变器回路的六个功率开关管s1~s6任一个发生开路故障时，此时发生开路故障的功率开关管对应桥臂的单刀双掷开关将所连端子1改为端子2，其他非故障桥臂单刀双掷开关仍掷为端子1；
5、两个功率开关管s7、s8、蓄电池、第二储能电感l2共同形成双向dc-dc变换器回路；所述蓄电池正极与第二储能电感l2相连，同时蓄电池正极与第二储能电感l2共同并联在功率开关管s8两端；功率开关管s7、s8连接方式为半桥式连接，功率开关管s7阳极连接至储能电容cf正极，s8的阴极连接至储能电容cf正极。
6、进一步的，升压型三端口储能逆变器共有两种供电模式，分别为输入直流源uin对输出负载和蓄电池供电，以及输入直流源uin和蓄电池对输出负载供电。
7、用于升压型三端口储能逆变器的控制方法，包括如下步骤：
8、步骤1、根据升压逆变器回路中功率开关管的开关状态确定基本电压矢量，进行六扇区划分，确定各扇区的矢量作用时间；
9、步骤2、基于升压控制策略，重新分配矢量作用时间，确定升压逆变器回路的6个功率开关管的导通时间；
10、步骤3、将升压逆变器回路中6个功率开关管的导通时间与三角载波进行调制，输出开关管pwm脉冲信号；
11、步骤4、根据蓄电池的不同荷电状态soc，将双向dc-dc变换器回路划分为两阶段控制，当30%≤soc≤90%，对双向dc-dc变换器回路采用恒压充放电控制；当soc＜30%或soc＞90%，对双向dc-dc变换器回路采用恒功率充放电控制；
12、步骤5、当升压逆变器回路中出现功率开关管开路故障时，根据故障功率开关管的位置，切换拓扑结构，升压逆变器回路的升压控制策略采用恒压设定控制，双向dc-dc变换器回路采用恒压充放电控制；
13、步骤6、根据容错后的拓扑结构重构升压逆变器回路中的功率开关管基本电压矢量，进行4扇区划分，确定各扇区的矢量作用时间；
14、步骤7、重新将升压逆变器回路中6个功率开关管的导通时间与三角载波进行调制，输出开关管pwm脉冲信号，完成容错控制。
15、进一步的，步骤1、根据升压逆变器回路中功率开关管的开关状态确定基本电压矢量，进行六扇区划分，确定各扇区的矢量作用时间，具体方法为：
16、步骤1.1，据升压逆变器回路中功率开关管的开关状态确定基本电压矢量；
17、升压逆变器回路的每相桥臂均有两个功率开关管，每个功率开关管有两种开关状态，开关函数(sa、sb、sc)共有种开关状态组合，当每相上管导通、下管关断时记为1，反之记为0，所以八种开关状态分别为s0(000)、s1(100)、s2(110)、s3(010)、s4(011)、s5(001)、s6(101)、s7(111)；当升压逆变器处于s0(000)、s1(100)、s2(110)、s3(010)、s4(011)、s5(001)、s6(101)这七种状态时，下桥臂至少一相的开关管导通，此时直流电源通过下桥臂的开关管给储能电感l1充电；当逆变器的开关状态处于s7(111)时，三相均为上桥臂导通，下桥臂关断，此时储能电感l1通过上桥臂的通路给储能电容cf充电；
18、根据开关函数，确定负载侧三相相电压，计算公式为：
19、式中ua、ub、uc为升压逆变器回路的交流侧三相相电压，sa、sb、sc分别表示升压逆变器回路的a、b、c桥臂功率开关管的开关状态；根据功率开关管不同开关状态组合形成开关函数(sa、sb、sc)，确定基本电压矢量，包括u0 (000)、u1 (100)、u2 (110)、u3 (010)、u4(011)、u5 (001)、u6 (101)、u7 (111)；
20、步骤1.2，进行六扇区划分；
21、将6个基本电压矢量u1~u6以α轴为基准，将u1 (100)、u2 (110)、u3 (010)、u4(01本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种升压型三端口储能逆变器，其特征在于，包括蓄电池、直流电源UIN、一个储能电容Cf、第一储能电感L1、第二储能电感L2、三个防倒流二极管D1~D3、八个功率开关管S1~S8、与八个功率管开关管反并联的八个二极管、交流侧阻感型负载R、L和三个单刀双掷开关，其中：
2.根据权利要求1所述的升压型三端口储能逆变器，其特征在于，升压型三端口储能逆变器共有两种供电模式，分别为输入直流源UIN对输出负载和蓄电池供电，以及输入直流源UIN和蓄电池对输出负载供电。
3.用于权利要求1或2所述的升压型三端口储能逆变器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的升压型三端口储能逆变器的控制方法，其特征在于，步骤1、根据升压逆变器回路中功率开关管的开关状态确定基本电压矢量，进行六扇区划分，确定各扇区的矢量作用时间，具体方法为：
5.根据权利要求4所述的升压型三端口储能逆变器的控制方法，其特征在于，步骤2，基于升压控制策略，重新分配矢量作用时间，确定升压逆变器回路的6个功率开关管的导通时间，具体方法为：
6.根据权利要
7.根据权利要求6所述的升压型三端口储能逆变器的控制方法，其特征在于， 步骤4，根据蓄电池的不同荷电状态SOC，将双向DC-DC变换器回路划分为两阶段控制，当30%≤SOC≤90%，对双向DC-DC变换器回路采用恒压充放电控制；当SOC＜30%或SOC＞90%，对双向DC-DC变换器回路采用恒功率充放电控制，具体方法为：
8.根据权利要求7所述的升压型三端口储能逆变器的控制方法，其特征在于，步骤5、当升压逆变器回路中出现功率开关管开路故障时，根据故障功率开关管的位置，切换拓扑结构，升压逆变器回路的升压控制策略采用恒压设定控制，双向DC-DC变换器回路采用恒压充放电控制，具体方法为：
9.根据权利要求8所述的升压型三端口储能逆变器的控制方法，其特征在于，步骤6，根据容错后的拓扑结构重构升压逆变器回路中的功率开关管基本电压矢量，进行4扇区划分，确定各扇区的矢量作用时间，具体方法为：
10.根据权利要求9所述的升压型三端口储能逆变器的控制方法，其特征在于，步骤7、重新将升压逆变器回路中6个功率开关管的导通时间与三角载波进行调制，输出开关管PWM脉冲信号，完成容错控制，其具体方法为：
...【技术特征摘要】
1.一种升压型三端口储能逆变器，其特征在于，包括蓄电池、直流电源uin、一个储能电容cf、第一储能电感l1、第二储能电感l2、三个防倒流二极管d1~d3、八个功率开关管s1~s8、与八个功率管开关管反并联的八个二极管、交流侧阻感型负载r、l和三个单刀双掷开关，其中：
2.根据权利要求1所述的升压型三端口储能逆变器，其特征在于，升压型三端口储能逆变器共有两种供电模式，分别为输入直流源uin对输出负载和蓄电池供电，以及输入直流源uin和蓄电池对输出负载供电。
3.用于权利要求1或2所述的升压型三端口储能逆变器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的升压型三端口储能逆变器的控制方法，其特征在于，步骤1、根据升压逆变器回路中功率开关管的开关状态确定基本电压矢量，进行六扇区划分，确定各扇区的矢量作用时间，具体方法为：
5.根据权利要求4所述的升压型三端口储能逆变器的控制方法，其特征在于，步骤2，基于升压控制策略，重新分配矢量作用时间，确定升压逆变器回路的6个功率开关管的导通时间，具体方法为：
6.根据权利要求5所述的升压型三端口储能逆变器的控制方法，其特征在于，步骤3，将升压逆变器回路中6个功率开关管的导通时间...
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