一种可实现多分布式储能的多端口储能变流器及方法技术

本发明专利技术公开了一种可实现多分布式储能的多端口储能变流器，单相全桥整流器连接网侧电源，所述单相全桥整流器由两对桥臂、网侧电压源，网侧电感和网侧电阻组成，单相全桥整流器的直流母线侧串接有由半桥结构和中性电感组成的直流电压分压器，以实现直流链路输出端上下电容器电压不均衡；直流电压分压器的输出端连接第一电容C1和第二电容C2分压以实现两个直流输出端口；两个直流输出端口分别串接一个双有源全桥双向DC‑DC变换器，实现电压隔离，两个双有源全桥双向DC‑DC变换器的末端并联以实现三端口；每个双有源全桥双向DC‑DC变换器分别由一个高频隔离变压器和两个位于变压器原副边的H桥组成。本发明专利技术可实现功率双向流动，并提高并网电流的电能质量。

A Multi-Port Energy Storage Converter with Multi-Distributed Energy Storage and Its Method

The invention discloses a multi-port energy storage converter which can realize multi-distributed energy storage. A single-phase full-bridge rectifier is connected with a network-side power supply. The single-phase full-bridge rectifier consists of two pairs of bridge arms, a network-side voltage source, a network-side inductance and a network-side resistance. A DC voltage divider composed of a half-bridge structure and a neutral inductance is connected in series to the DC bus side of the single-phase full-bridge rectifier to realize DC. The output terminals of DC voltage divider are connected with the first capacitor C1 and the second capacitor C2 to realize two DC output ports, and two DC output ports are connected in series with a double active full bridge bidirectional DC DC converter to realize voltage isolation. The terminals of two double active full bridge bidirectional DC DC converters are connected in parallel to realize three ports. The dual active full bridge bidirectional DC DC converter consists of a high frequency isolation transformer and two H-bridges located at the primary and secondary sides of the transformer. The invention can realize bidirectional power flow and improve the power quality of grid-connected current.

【技术实现步骤摘要】
一种可实现多分布式储能的多端口储能变流器及方法
本专利技术涉及储能变流器领域，具体涉及一种可实现多分布式储能的多端口储能变流器及方法。
技术介绍
目前，由于现代配电系统对储能需求的不断增长，储能变流器已经得到了广泛应用。对于这种类型的功率转换系统，可以通过可控的功率调节轻松集成到电网中，以减少负载或电源波动的影响。在不同类型的储能装置中，电池由于其安全性好、可靠性高、容量大、使用寿命长等优点得到广泛应用。对于电池的直流输出，AC/DC转换器作为电网电源和电池之间的高效接口是必要的。另外，由于单组电池的输出电压远低于电网集成所需的直流电压，因此，DC/DC升压装置对于分布式电池系统是必不可少的。此外，单个分布式储能系统通常需要能量存储装置来连接具有不同特征的多个电池。在这种情况下，通常采用多个DC/DC变流器将多个电池集成到系统中。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，为实现多分布式储能的多端口充电，多个电池充电的独立控制，降低成本并提高灵活性，提供一种可实现多分布式储能的多端口储能变流器及方法。其中双有源全桥双向DC-DC变换器(DAB)采用移相控制和励除直流偏磁的装置，实现功率双向流动，并提高并网电流的电能质量。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种可实现多分布式储能的多端口储能变流器，单相全桥整流器连接网侧电源，所述单相全桥整流器由两对桥臂、网侧电压源，网侧电感和网侧电阻组成，单相全桥整流器的直流母线侧串接有由半桥结构和中性电感组成的直流电压分压器，以实现直流链路输出端上下电容器电压不均衡；直流电压分压器的输出端连接第一电容C1和第二电容C2分压以实现两个直流输出端口；两个直流输出端口分别串接一个双有源全桥双向DC-DC变换器，实现电压隔离，两个双有源全桥双向DC-DC变换器的末端并联以实现三端口；每个双有源全桥双向DC-DC变换器分别由一个高频隔离变压器和两个位于变压器原副边的H桥组成。一种可实现多分布式储能的控制方法，包括以下步骤：(1)对单相全桥整流器进行控制，得到稳定的直流侧输出电压；(2)控制直流电压分压器，实现直流母线电压分压；(3)控制双有源全桥双向DC-DC变换器，双有源全桥双向DC-DC变换器采用移相控制实现功率双向流动；(4)双有源全桥双向DC-DC变换器采用反馈补偿法抑制直流偏磁现象。进一步的，步骤(2)中的控制方法包括以下步骤：通过I1和I2分别表示直流母线上第一电容和第二电容上所经过的电流，定义中性点电感电流IN为(I2-I1+I0)，定义电压差值ΔV为(V1-V2)，在复频域的公式表示为：IN＝-SC×ΔV+I0(1-1)其中，s是复频域的变量，IN为中性点电感电流，I0为直流侧两个箝位电容分别与电池并联连接的中线电流，ΔV为第一电容和第二电容之间的电压差值，C为电容；当电容电压不对称时，总电压Vdc和差值电压ΔV由第一电容和第二电容分别输出的电压V1和V2的总和与差值分别得到；由公式(1-1)可以得出，中性点电感电流IN根据电压差值ΔV的极性改变极性；因此，如果ΔV增加，则电感器IN补偿中性负载电流并且将电压差值ΔV保持在设定值，并且ΔV将通过减小V2或增大V1而减小；直流电压分压器的控制公式为：其中，s是复频域的变量，KP-vl2是直流电压分压器电压环路的比例系数，KI-vl2是直流电压分压器电压环路的积分系数，σ＝ΔV，σ*是电压差σ的给定值，是中性电感电流IN的指令信号；其中，s是复频域的变量，KP-cl2是电流环路的比例系数，KI-cl2是直流电压分压器的电流环路的积分系数，Vm是PWM输出的开关函数。进一步的，步骤(4)中：采用反馈补偿法提取直流分量，利用比例积分调节器减小直流分量，引入PWM驱动脉冲的反馈信号，以实现反馈补偿，在复频域的控制公式为：其中，s是复频域的变量，Im是双有源桥DC-DC变换器中电感电流的直流分量，Ib是反馈补偿分量，KP-bias是比例系数，KI-bias是积分系数。与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：1.本专利技术可通过单相全桥整流器与电网连接，并且通过使用直流电压分压器将直流链路输出端电压分成上下两部分。然后，直流链路端口通过两个双有源全桥双向DC-DC变换器连接到另一个隔离的直流链路。同时使用直流分压器实现分压和双有源全桥双向DC-DC变换器的移相控制，每个直流链路电压可以独立调节以满足电池控制要求，而没有任何明显的干扰。通过使用这种架构，多个独立控制的电池可以降低成本并提高灵活性。2.本专利技术变流器和传统的多端口储能变流器相比具有成本低、灵活性高等特点；本专利技术考虑双有源全桥双向DC-DC变换器(DAB)中变压器的直流励磁对电流质量的影响，通过反馈补偿法励除直流偏磁，使电流质量更好。附图说明图1是本专利技术储能变流器的拓扑结构图。图2-1至图2-4是本专利技术储能变流器的控制方法示意图。图3是本专利技术储能变流器网侧电压和电流波形图。图4是本专利技术储能变流器各个端口的输出电压波形及电压分压电路的中线上电感电流波形图。图5励除直流偏磁前，双有源全桥双向DC-DC变流器的原边、副边电流的仿真波形图。图6励除直流偏磁后，双有源全桥双向DC-DC变流器的原边、副边电流的仿真波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的多分布式储能的多端口储能变流器的拓扑图、具体控制方法和对双有源全桥DC-DC变流器中变压器的直流偏磁进行励除的方法进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。如图1所示，多端口储能转换器由四部分组成，第一部分是单相全桥整流器，由两对桥臂，网侧电压源，网侧电感和网侧电阻组成，用于将该系统集成到电网，整流器的直流链路输出端接两个钳位电容器C1和C2分压以实现两个直流输出端口。由于对不同类型的负载和能量存储系统的需求，第二部分引入直流电压分压器结构实现直流链路输出端上下电容器电压不均衡，该直流电压分压器由一个半桥结构和中性电感组成，串接在单相全桥整流电路的直流母线侧。图1的第三、第四部分是在直流电压分压器的直流母线侧上、下两个端口分别串接的两个双有源全桥双向DC-DC变换器(DAB)，实现电压隔离，两个双有源全桥双向DC-DC变换器(DAB)的末端并联以实现三端口。每个双有源全桥双向DC-DC变换器(DAB)分别由一个高频隔离变压器和两个位于变压器原副边的H桥组成。如图2-1至图2-4所示，基于实现分布式储能的多端口储能变流器的控制策略和励除直流偏磁的方法基本步骤如下：步骤1：控制单相全桥整流器，为得到直流链路输出端稳定的输出电压Vdc，单相全桥整流器的复频域控制公式如下：其中，s是复频域的变量，I*是网侧电感电流I的指导信号，KP-vl1是电压的比例系数，KI-vl1是电压的积分系数，Vref是输出侧直流电压的参考值，θ是网侧锁相环的输出相位角。VPWM＝[(I*-I)×GPR(s)+Vs]/Vdc(2)其中，VPWM是图2-1所示的脉冲宽度调制PWM输出的开关函数，GPR(s)是比例谐振控制器的开关函数，Vs是网侧电压源的输入电压。其中，s是复频域的变量，KP-cl1是比例系数，KR-cl1是谐振控制系数，ωc是谐振控制的截止频率，ω0是用弧度表示的基本频率，k是基本频率的控制系数。步骤2：控制直本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可实现多分布式储能的多端口储能变流器，其特征在于，由单相全桥整流器连接网侧电源，所述单相全桥整流器由两对桥臂、网侧电压源，网侧电感和网侧电阻组成，单相全桥整流器的直流母线侧串接有由半桥结构和中性电感组成的直流电压分压器，以实现直流链路输出端上下电容器电压不均衡；直流电压分压器的输出端连接第一电容(C1)和第二电容(C2)分压以实现两个直流输出端口；两个直流输出端口分别串接一个双有源全桥双向DC‑DC变换器，实现电压隔离，两个双有源全桥双向DC‑DC变换器的末端并联以实现三端口；每个双有源全桥双向DC‑DC变换器分别由一个高频隔离变压器和两个位于变压器原副边的H桥组成。

【技术特征摘要】
1.一种可实现多分布式储能的多端口储能变流器，其特征在于，由单相全桥整流器连接网侧电源，所述单相全桥整流器由两对桥臂、网侧电压源，网侧电感和网侧电阻组成，单相全桥整流器的直流母线侧串接有由半桥结构和中性电感组成的直流电压分压器，以实现直流链路输出端上下电容器电压不均衡；直流电压分压器的输出端连接第一电容(C1)和第二电容(C2)分压以实现两个直流输出端口；两个直流输出端口分别串接一个双有源全桥双向DC-DC变换器，实现电压隔离，两个双有源全桥双向DC-DC变换器的末端并联以实现三端口；每个双有源全桥双向DC-DC变换器分别由一个高频隔离变压器和两个位于变压器原副边的H桥组成。2.一种可实现多分布式储能的控制方法，基于权利要求1所述多端口储能变流器，其特征在于，包括以下步骤：(1)对单相全桥整流器进行控制，得到稳定的直流侧输出电压；(2)控制直流电压分压器，实现直流母线电压分压；(3)控制双有源全桥双向DC-DC变换器，双有源全桥双向DC-DC变换器采用移相控制实现功率双向流动；(4)双有源全桥双向DC-DC变换器采用反馈补偿法抑制直流偏磁现象。3.根据权利要求2所述一种可实现多分布式储能的控制方法，其特征在于，步骤(2)中的控制方法包括以下步骤：通过I1和I2分别表示直流母线上第一电容(C1)和第二电容(C2)上所经过的电流，定义中性点电感电流IN为(I2-I1+I0)，定义电压差值ΔV为(V1-V2)，在复频域的公式表...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晋伟，李梦一，刘宇，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12