一种具有故障穿越能力的储能型变流器拓扑的控制方法技术

本发明专利技术公开一种具有故障穿越能力的储能型变流器拓扑的控制方法，其中变流器拓扑包括三个相单元，每个相单元包括上桥臂、下桥臂、上桥臂电感、下桥臂电感，三个相单元的上下桥臂均由半桥子模块和类全桥储能子模块混合串联而成；所述方法是根据每相待输出指令电压波形，确定每相桥臂中每个半桥子模块和类全桥储能子模块的调制波，根据每相桥臂每个子模块的载波和调制波进行比较产生控制信号，分别控制每相桥臂中各子模块投入或切断。上述具有故障穿越能力的储能型变流器可以为新能源系统增加惯性，并且储能所用的电池充放电电流平滑，电压等级较低，保障了电池的高效运行和安全性。同时具备直流侧故障穿越的能力，在直流侧故障时仍然能够储能。

Control method of energy storage type converter topology with fault crossing capability

The present invention relates to a fault ride through capability of energy storage converter topology control method, which includes three phase converter unit, each unit including the upper bridge arm and lower bridge arm, upper arm inductor, inductance bridge arm, three unit on the bridge arm by half bridge full bridge module and storage module in series hybrid made; the method is based on the output voltage waveform of each instruction treatment, determine each phase bridge half bridge arm in each sub module and a kind of full bridge modulation wave energy storage module, according to the bridge arm of each phase and each sub module of the carrier modulation wave compare the control signal, respectively control the bridge arm of each phase in each sub module or cut off. With the fault ride through capability of energy storage converter can increase the inertia as a new energy system, the battery charge and discharge current is smooth and energy use, the lower voltage level, ensuring efficient operation and the safety of the battery. At the same time, it has the ability of DC side fault crossing, and can still be stored when the DC side fails.

【技术实现步骤摘要】
一种具有故障穿越能力的储能型变流器拓扑的控制方法
本专利技术属于电气自动化设备
，具体的，涉及一种具有故障穿越能力的储能型变流器拓扑的控制方法。
技术介绍
在现有的技术中，具有储能功能的子模块将电池直接并联在子模块电容旁，使得电池承受一倍工频和二倍工频的脉动电流，对电池的高效运行和全寿命周期成本不利；同时，实际工况中子模块电容电压一般大于1500V电压等级，以锂离子电池为代表的高倍率电池，基于电池荷电状态均衡和故障保护的原因，从成本和安全考虑，很难达到如此高的串联电压。此外，这种具有储能功能的子模块并不具备故障穿越的能力，而具有故障穿越能力的子模块又不具备储能的功能。经检索，公开号为104917418A的中国专利申请，该专利技术提供了一种采用电池电流独立控制的储能型模块化多电平变流器，其子模块包括：一个半桥模块、一个支撑电容和一个储能电池。通过对电池电流的独立控制，提高电池利用率和使用寿命。该专利提出的子模块结构都采用电池并联在直流电容旁的方案，电池必然会承受一倍工频和二倍工频的脉动电流，对电池的高效运行和全寿命周期成本不利。公开号为105591562A的中国专利申请，该专利技术提供了一种具有直流故障闭锁能力的模块化多电平变流器，其包括：半桥子模块、箝位单子模块、全桥子模块。直流故障时，通过闭锁一部分子模块实现直流故障穿越，并通过另一部分子模块为电网提供无功支撑；该专利通过闭锁子模块并用全桥模块和箝位单子模块配合的方式实现故障穿越，仅仅拥有故障穿越的能力，但是在故障时并不具备储能功能。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种从拓扑上提高电池寿命与利用率，并为新能源系统提供惯性，兼具故障穿越能力并在故障时能够储能的具有故障穿越能力的储能型变流器拓扑的控制方法。本专利技术提供一种具有故障穿越能力的储能型变流器拓扑的控制方法，其中：所述变流器拓扑包括三个相单元，每个相单元均包括上桥臂、下桥臂、上桥臂电感、下桥臂电感，所述上桥臂的正极端作为相单元的直流出线正极端，所述上桥臂的负极端与所述上桥臂电感的一端相连，所述上桥臂电感的另一端与所述下桥臂电感的一端相连，作为相单元的交流出线端，并串联电抗器连接到电网，所述下桥臂电感的另一端与所述下桥臂的正极端相连，所述下桥臂的负极端作为相单元的直流出线负极端；三个相单元中的所述上桥臂、所述下桥臂均由半桥子模块和类全桥储能子模块混合串联而成；所述类全桥储能子模块包括：第二直流电容器、电池、电池电感、第三可控开关器件、第四可控开关器件、第五可控开关器件、第六可控开关器件、第七可控开关器件、第八可控开关器件、第三续流二极管、第四续流二极管、第五续流二极管、第六续流二极管；其中：所述第三可控开关器件、所述第四可控开关器件、所述第五可控开关器件、所述第六可控开关器件的集电极分别与所述第三续流二极管、所述第四续流二极管、所述第五续流二极管、所述第六续流二极管的阴极相连；所述第三可控开关器件、所述第四可控开关器件、所述第五可控开关器件、所述第六可控开关器件的发射极分别与所述第三续流二极管、所述第四续流二极管、所述第五续流二极管、所述第六续流二极管的阳极相连；所述第三可控开关器件的集电极与所述第二直流电容器的阳极相连；所述第四可控开关器件的发射极与所述第二直流电容器、所述电池的阴极相连；所述第三可控开关器件的发射极作为类全桥储能子模块的正极端，并与所述第七可控开关器件的一端相连；所述第四可控开关器件的发射极与所述第八可控开关器件的一端相连并作为类全桥储能子模块的负极端；所述第七可控开关器件、所述第八可控开关器件的另一端与所述电池电感的一端相连；所述电池电感的另一端与所述电池的阳极相连；所述第三可控开关器件、所述第四可控开关器件、所述第五可控开关器件、所述第六可控开关器件、所述第七可控开关器件、所述第八可控开关器件的栅极均与控制电路相连；所述第三、四、五、六可控开关器件采用载波移相脉宽调制的方法；在整流、逆变工况下，以能量守恒、子模块电容电压一个工频周期稳定和线性调制为前提，计算获得半桥子模块与类全桥储能子模块的调制比；根据每相待输出指令电压波形，确定每相上桥臂、下桥臂中每个半桥子模块与类全桥储能子模块的调制波，根据每相上桥臂、下桥臂中每个半桥子模块与类全桥储能子模块的载波和半桥子模块与类全桥储能子模块的调制波进行比较产生控制信号，分别控制每相上桥臂、下桥臂中每个半桥子模块与类全桥储能子模块的投入或切断。优选地，所述的类全桥储能子模块在正常工况时：所述第八可控开关器件导通，所述第七可控开关器件关断；所述的类全桥储能子模块在直流侧短路工况时：所述第七可控开关器件导通，所述第八可控开关器件关断。优选地，所述的半桥子模块，包括：第一直流电容器、第一可控开关器件、第二可控开关器件、第一续流二极管、第二续流二极管；其中：所述第一可控开关器件、所述第二可控开关器件的集电极分别与所述第一续流二极管、所述第二续流二极管的阴极相连；所述第一可控开关器件、所述第二可控开关器件的发射极分别与所述第一续流二极管、所述第二续流二极管的阳极相连；所述第一可控开关器件的集电极与所述第一直流电容器的阳极相连；所述第二可控开关器件的发射极与所述第一直流电容器的阴极相连；所述第一可控开关器件、第二可控开关器件的栅极均与控制电路相连。优选地，所述半桥子模块与所述类全桥储能子模块的调制比的直流分量与交流分量峰值存在约束，且让变流器稳定工作的调制比不唯一。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术具有故障穿越能力的储能型变流器结构简单，通过类全桥储能子模块的设计，为新能源系统增加惯性，并且储能所用的电池充放电电流平滑，电压等级较低，保障了电池的高效运行和安全性。同时具备直流侧故障穿越的能力，在直流侧故障时仍然能够储能。利用载波移相脉宽调制的方法，可以提高等效开关频率，减小谐波分布。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为本专利技术一优选实施例的变流器拓扑图；图2为本专利技术一优选实施例的半桥子模块电路图；图3为本专利技术一优选实施例的类全桥储能子模块电路图；图4中a、b、c、d分别为本专利技术一优选实施例的半桥子模块、类全桥子模块的调制波与总的等效输出电压示意图；图5中a、b、c分别为本专利技术一优选实施例的下桥臂电流、半桥子模块等效输出电压与半桥子模块功率脉动情况示意图；图6中a、b、c分别为本专利技术一优选实施例的下桥臂电流、类全桥储能子模块等效输出电压与类全桥储能子模块功率脉动情况示意图；图7中a、b、c、d分别为本专利技术一优选实施例的直流侧短路工况半桥子模块、类全桥子模块的调制波与总的等效输出电压示意图；图8中a、b、c分别为本专利技术一优选实施例的直流侧短路工况下桥臂电流、半桥子模块等效输出电压与半桥子模块功率脉动情况示意图；图9中a、b、c分别为本专利技术一优选实施例的直流侧短路工况下桥臂电流、类全桥储能子模块等效输出电压与类全桥储能子模块功率脉动情况示意图；图10为本专利技术一优选实施例的类全桥储能子模块电池电流闭环控制示意图；图11为本专利技术一优选实施例的变流器半桥与类全桥储能子模块调制波发生器示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有故障穿越能力的储能型变流器拓扑的控制方法，其特征在于：所述变流器拓扑包括三个相单元，每个相单元均包括上桥臂、下桥臂、上桥臂电感、下桥臂电感，所述上桥臂的正极端作为相单元的直流出线正极端，所述上桥臂的负极端与所述上桥臂电感的一端相连，所述上桥臂电感的另一端与所述下桥臂电感的一端相连，作为相单元的交流出线端，并串联电抗器连接到电网，所述下桥臂电感的另一端与所述下桥臂的正极端相连，所述下桥臂的负极端作为相单元的直流出线负极端；三个相单元中的所述上桥臂、所述下桥臂均由半桥子模块和类全桥储能子模块混合串联而成；所述类全桥储能子模块包括：第二直流电容器、电池、电池电感、第三可控开关器件、第四可控开关器件、第五可控开关器件、第六可控开关器件、第七可控开关器件、第八可控开关器件、第三续流二极管、第四续流二极管、第五续流二极管、第六续流二极管；其中：所述第三可控开关器件、所述第四可控开关器件、所述第五可控开关器件、所述第六可控开关器件的集电极分别与所述第三续流二极管、所述第四续流二极管、所述第五续流二极管、所述第六续流二极管的阴极相连；所述第三可控开关器件、所述第四可控开关器件、所述第五可控开关器件、所述第六可控开关器件的发射极分别与所述第三续流二极管、所述第四续流二极管、所述第五续流二极管、所述第六续流二极管的阳极相连；所述第三可控开关器件的集电极与所述第二直流电容器的阳极相连；所述第四可控开关器件的发射极与所述第二直流电容器、所述电池的阴极相连；所述第三可控开关器件的发射极作为类全桥储能子模块的正极端，并与所述第七可控开关器件的一端相连；所述第四可控开关器件的发射极与所述第八可控开关器件的一端相连并作为类全桥储能子模块的负极端；所述第七可控开关器件、所述第八可控开关器件的另一端与所述电池电感的一端相连；所述电池电感的另一端与所述电池的阳极相连；所述第三可控开关器件、所述第四可控开关器件、所述第五可控开关器件、所述第六可控开关器件、所述第七可控开关器件、所述第八可控开关器件的栅极均与控制电路相连；所述第三、四、五、六可控开关器件采用载波移相脉宽调制的方法；在整流、逆变工况下，以能量守恒、子模块电容电压一个工频周期稳定和线性调制为前提，计算获得半桥子模块与类全桥储能子模块的调制比；根据每相待输出指令电压波形，确定每相上桥臂、下桥臂中每个半桥子模块与类全桥储能子模块的调制波，根据每相上桥臂、下桥臂中每个半桥子模块与类全桥储能子模块的载波和半桥子模块与类全桥储能子模块的调制波进行比较产生控制信号，分别控制每相上桥臂、下桥臂中每个半桥子模块与类全桥储能子模块的投入或切断。...

【技术特征摘要】
1.一种具有故障穿越能力的储能型变流器拓扑的控制方法，其特征在于：所述变流器拓扑包括三个相单元，每个相单元均包括上桥臂、下桥臂、上桥臂电感、下桥臂电感，所述上桥臂的正极端作为相单元的直流出线正极端，所述上桥臂的负极端与所述上桥臂电感的一端相连，所述上桥臂电感的另一端与所述下桥臂电感的一端相连，作为相单元的交流出线端，并串联电抗器连接到电网，所述下桥臂电感的另一端与所述下桥臂的正极端相连，所述下桥臂的负极端作为相单元的直流出线负极端；三个相单元中的所述上桥臂、所述下桥臂均由半桥子模块和类全桥储能子模块混合串联而成；所述类全桥储能子模块包括：第二直流电容器、电池、电池电感、第三可控开关器件、第四可控开关器件、第五可控开关器件、第六可控开关器件、第七可控开关器件、第八可控开关器件、第三续流二极管、第四续流二极管、第五续流二极管、第六续流二极管；其中：所述第三可控开关器件、所述第四可控开关器件、所述第五可控开关器件、所述第六可控开关器件的集电极分别与所述第三续流二极管、所述第四续流二极管、所述第五续流二极管、所述第六续流二极管的阴极相连；所述第三可控开关器件、所述第四可控开关器件、所述第五可控开关器件、所述第六可控开关器件的发射极分别与所述第三续流二极管、所述第四续流二极管、所述第五续流二极管、所述第六续流二极管的阳极相连；所述第三可控开关器件的集电极与所述第二直流电容器的阳极相连；所述第四可控开关器件的发射极与所述第二直流电容器、所述电池的阴极相连；所述第三可控开关器件的发射极作为类全桥储能子模块的正极端，并与所述第七可控开关器件的一端相连；所述第四可控开关器件的发射极与所述第八可控开关器件的一端相连并作为类全桥储能子模块的负极端；所述第七可控开关器件、所述第八可控开关器件的另一端与所述电池电感的一端相连；所述电池电感的另一端与所述电池的阳极相连；所述第三可控开关器件、所述第四可控开关器件、所述第五可控开关器件、...

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