一种储能集成型电力电子台区装置及其控制方法制造方法及图纸

技术编号：44626114 阅读：0 留言：0更新日期：2025-03-17 18:23

本发明专利技术公开了一种储能集成型电力电子台区装置及其控制方法。本发明专利技术的储能集成型电力电子台区装置包括一个四绕组变压器和一个四桥臂变流器；所述的四桥臂变流器包括一个交流端口、两个直流端口和一个零序端口，所述的交流端口与所述四绕组变压器的并联端口通过三相滤波器相连，所述的零序端口与四绕组变压器的中性点通过三相滤波器相连，所述的两个直流端口为一高压直流端口与一低压直流端口；通过四桥臂变流器控制单元实现交流端口与两个直流端口的功率流动。本发明专利技术能保持无偏差的储能装置电压控制，精准控制输出交流电压电流，同时避免高压直流端口发生过压，提高系统可靠性、稳定性。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子变换器，尤其是一种储能集成型电力电子台区装置及其控制方法。

技术介绍

1、新能源发电接入电网，使负荷特性具有波动性和间歇性的特点，加上以新能源汽车为首的新型用电负荷，使得新能源发电出力与用电负荷变化趋势差异显著，功率预测难度较大，配电网潮流分布呈现波动性，传统配电网台区在随机潮流影响下容易发生电压过限问题，而传统控制手段不再适用，越来越多研究着重于具备灵活调控能力的智能配电技术。为了预防新能源发电带来的功率波动、保障供电可靠、运行安全，需要配合储能装置实现并网装置自身调峰、调频和调压等能力。

2、因此，采用多端口ac/dc/dc变流器结构及其控制方法，灵活调控光伏、储能与电网的功率流动，将有效提升系统运行稳定性。

3、现有技术存在的问题及缺陷为：

4、(1)光伏与储能同时接入电网需要引入多个电力电子变流器模块，带来体积大、成本高的问题；

5、(2)现有控制方法难以稳定储能装置输出电压电流以及并网电流，容易导致直流电压过高，威胁装置安全；在控制植入方面，储能装置控制难以复合进已有的并网变流器控制中，导致复合储能控制难以推广。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种储能集成型电力电子台区装置及其控制方法，其可采用更少的开关器件，将超级电容与蓄电池在不同时间尺度上实现功率协调，并通过变压器输送给电网与负载，实现台区装置正常变压变换，并在一段时间输出或吸收稳定的交流功率，以及不平衡电流的控制。</p>

2、为此，本专利技术采用如下的技术方案。

3、第一方面，本专利技术提供一种储能集成型电力电子台区装置，其包括一个四绕组变压器和一个四桥臂变流器；

4、所述的四桥臂变流器包括一个交流端口、两个直流端口和一个零序端口，所述的交流端口与所述四绕组变压器的并联端口通过三相滤波器相连，所述的零序端口与四绕组变压器的中性点通过三相滤波器相连，所述的两个直流端口为一高压直流端口与一低压直流端口；通过四桥臂变流器控制单元实现交流端口与两个直流端口的功率流动；

5、所述的高压直流端口连接一个滤波电容cdc，用于接入超级电容；高压直流端口通过四桥臂变流器与交流端口相连；

6、所述的低压直流端口连接一个滤波电容cd和一个直流滤波电感ld，用于接入蓄电池；低压直流端口通过四绕组变压器曲折接法的副边绕组与直流滤波电感ld相连，所述四绕组变压器的中性点与直流滤波电感ld的一端相连，直流滤波电感ld的另一端与滤波电容cd一端相连。

7、进一步地，所述四绕组变压器包括一组原边绕组和三组副边绕组；

8、所述原边绕组包括a相原边绕组、b相原边绕组和c相原边绕组；三相绕组采用三角形接法，端口作为高压接入端口；

9、所述三组副边绕组为第一副边绕组、第二副边绕组与第三副边绕组；

10、所述第一副边绕组与第二副边绕组采用曲折接法；第一副边绕组的三相绕组有名端相连形成副边中性点，第一副边绕组的a相绕组无名端与第二副边绕组的c相绕组无名端相连，第一副边绕组的b相绕组无名端与第二副边绕组的a相绕组无名端相连，第一副边绕组的c相绕组无名端与第二副边绕组的b相绕组无名端相连，第二副边绕组的a相绕组有名端作为并联端a相电压端口，第二副边绕组的b相绕组有名端作为并联端b相电压端口，第二副边绕组的c相绕组有名端作为并联端c相电压端口；

11、所述第三副边绕组的a相绕组无名端与第二副边绕组的a相绕组有名端相连，第三副边绕组的a相绕组有名端作为低压接入端口；第三副边绕组的b相绕组无名端与第二副边绕组的b相绕组有名端相连，第三副边绕组的b相绕组有名端作为低压接入端口；第三副边绕组的c相绕组无名端与第二副边绕组的c相绕组有名端相连，第三副边绕组的c相绕组有名端作为低压接入端口。

12、进一步地，所述四桥臂变流器的高压直流端口与交流端口通过三相h桥相连，与零序端口通过一个半桥臂相连；三相h桥包括6个igbt开关管qg1、qg2、qg3、qg4、qg5和qg6；igbt开关管qg1与qg2组成a相桥臂，qg1的源极与qg2的漏极相连，并与a相并网电感相连，qg1的漏极与高压直流端口的正极相连，qg2的源极与高压直流端口的负极相连；开关管qg3与qg4组成b相桥臂，qg3的源极与qg4的漏极相连，并与b相并网电感相连，qg3的漏极与高压直流端口的正极相连，qg4的源极与高压直流端口的负极相连；开关管qg5与qg6组成c相桥臂，qg5的源极与qg6的漏极相连，并与c相并网电感相连，qg5的漏极与高压直流端口的正极相连，qg6的源极与高压直流端口的负极相连；igbt开关管qg7与qg8组成n相桥臂，qg7的源极与qg8的漏极相连，并与c相并网电感相连，qg7的漏极与高压直流端口的正极相连，qg8的源极与高压直流端口的负极相连。

13、进一步地，所述四桥臂变流器控制单元通过结合四绕组变压器并联端三相电压、四桥臂变流器交流三相电流与n相电流、负载n相电流及其参考值、高压直流端口电压及其参考值、低压直流端口电压及其参考值和低压直流端口电流，利用锁相环控制器、直流电压控制器、交流电流控制器、零序电流控制器、低压端口电压控制器和低压端口电流器控制，生成pwm信号对四桥臂变流器的igbt开关管进行控制。

14、进一步地，所述四桥臂变流器控制单元包括：

15、第一派克变换坐标变换器，用于将四桥臂变流器输出三相电流与输入相位通过派克变换输出两相同步旋转坐标系下的d轴电流与q轴电流；

16、第二派克变换坐标变换器，用于将四绕组变压器并联端三相电压与输入相位通过派克变换输出两相同步旋转坐标系下的d轴电压与q轴电压；

17、锁相环控制器，用于利用四绕组变压器二次侧三相电压通过锁相计算得到两相同步旋转坐标系相位，再通过正弦余弦计算得到电矢量相位θ；

18、直流电压控制器，用于将高压直流端口电压参考值与高压直流端口电压，通过第一减法器做差，再经过第一比例积分控制器输出d轴电流参考值；

19、所述的第一减法器，用于高压直流端口电压参考值与高压直流端口电压相减得到直流电压差值；

20、所述的第一比例积分控制器，用于将直流电压差值通过比例计算以及积分计算相加得到的数值作为两相同步旋转坐标系下的d轴电流参考值；

21、交流电流控制器，用于将四桥臂变流器输出的电流参考值与输出的电流分别通过第二减法器、第三减法器作差，差值分别输入第二比例积分控制器与第三比例积分控制器，输出值经过反派克变换，与四绕组变压器并联端三相电压通过第四减法器与第五减法器相加得到静止坐标系下三相pwm调制电压；

22、反派克变换坐标变换器，用于将两相同步旋转坐标系的调制电压与输入相位通过反派克变换输出三相调制电压；

23、低压端口电压控制器，用于将低压端口电压参考值与低压端口电压通过第六减法器输入第四比例积分控制器，输出低压直流端本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种储能集成型电力电子台区装置，其特征在于，包括一个四绕组变压器和一个四桥臂变流器；

2.如权利要求1所述的储能集成型电力电子台区装置，其特征在于，所述四绕组变压器包括一组原边绕组和三组副边绕组；

3.如权利要求1或2所述的储能集成型电力电子台区装置，其特征在于，所述四桥臂变流器的高压直流端口与交流端口通过三相H桥相连，与零序端口通过一个半桥臂相连；三相H桥包括6个IGBT开关管Qg1、Qg2、Qg3、Qg4、Qg5和Qg6；IGBT开关管Qg1与Qg2组成a相桥臂，Qg1的源极与Qg2的漏极相连，并与a相并网电感相连，Qg1的漏极与高压直流端口的正极相连，Qg2的源极与高压直流端口的负极相连；开关管Qg3与Qg4组成b相桥臂，Qg3的源极与Qg4的漏极相连，并与b相并网电感相连，Qg3的漏极与高压直流端口的正极相连，Qg4的源极与高压直流端口的负极相连；开关管Qg5与Qg6组成c相桥臂，Qg5的源极与Qg6的漏极相连，并与c相并网电感相连，Qg5的漏极与高压直流端口的正极相连，Qg6的源极与高压直流端口的负极相连；IGBT开关管Qg7与Qg8组成N相

4.如权利要求1或2所述的储能集成型电力电子台区装置，其特征在于，所述四桥臂变流器控制单元通过结合四绕组变压器并联端三相电压、四桥臂变流器交流三相电流与N相电流、负载N相电流及其参考值、高压直流端口电压及其参考值、低压直流端口电压及其参考值和低压直流端口电流，利用锁相环控制器、直流电压控制器、交流电流控制器、零序电流控制器、低压端口电压控制器和低压端口电流器控制，生成PWM信号对四桥臂变流器的IGBT开关管进行控制。

5.如权利要求1或2所述的储能集成型电力电子台区装置，其特征在于，所述四桥臂变流器控制单元包括：

6.如权利要求5所述的储能集成型电力电子台区装置，其特征在于，

7.如权利要求5所述的储能集成型电力电子台区装置，其特征在于，

8.如权利要求5所述的储能集成型电力电子台区装置，其特征在于，

9.如权利要求5所述的储能集成型电力电子台区装置，其特征在于，

10.一种基于权利要求1-9任一项所述储能集成型电力电子台区装置的四桥臂变流器控制方法，其特征在于，包括步骤：

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【技术特征摘要】

1.一种储能集成型电力电子台区装置，其特征在于，包括一个四绕组变压器和一个四桥臂变流器；

2.如权利要求1所述的储能集成型电力电子台区装置，其特征在于，所述四绕组变压器包括一组原边绕组和三组副边绕组；

3.如权利要求1或2所述的储能集成型电力电子台区装置，其特征在于，所述四桥臂变流器的高压直流端口与交流端口通过三相h桥相连，与零序端口通过一个半桥臂相连；三相h桥包括6个igbt开关管qg1、qg2、qg3、qg4、qg5和qg6；igbt开关管qg1与qg2组成a相桥臂，qg1的源极与qg2的漏极相连，并与a相并网电感相连，qg1的漏极与高压直流端口的正极相连，qg2的源极与高压直流端口的负极相连；开关管qg3与qg4组成b相桥臂，qg3的源极与qg4的漏极相连，并与b相并网电感相连，qg3的漏极与高压直流端口的正极相连，qg4的源极与高压直流端口的负极相连；开关管qg5与qg6组成c相桥臂，qg5的源极与qg6的漏极相连，并与c相并网电感相连，qg5的漏极与高压直流端口的正极相连，qg6的源极与高压直流端口的负极相连；igbt开关管qg7与qg8组成n相桥臂，qg7的源极与qg8的漏极相连，并与c相并网电感相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐群伟，姜文东，潘星，熊鸿韬，李培，黄晓明，翁张力，朱非白，马智泉，王龙，孙先山，唐昕，林金伟，马汇锴，査蕾，胡谆，孙建军，庄凯勋，武登科，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：

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