一种基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置，包括：光伏阵列；与光伏阵列相连的MMC拓扑变换器用于储存光伏阵列电能；第四桥臂，包括第一和第二IGBT，第一IGBT集电极与光伏阵列正极相连，第二IGBT发射极与光伏阵列负极相连，第一IGBT发射极与第二IGBT集电极相连后经桥臂电感连接至第一、第二和第三交流负载公共端，第一和第二IGBT基极用于接受驱动脉冲；零序控制器，基于第一、第二和第三交流负载电压得到驱动脉冲。本发明专利技术还公开一种基于MMC拓扑的光储离网独立供电方法，可以减少电网故障后停电时间，减少用户损失，提高供电稳定性，提高电能利用率，减少损耗，电能质量好，实现独立的SOC控制，大大节省了设备投资。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置及方法
本专利技术涉及一种供电装置。更具体地，涉及一种基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置及方法。
技术介绍
在电网运行中，当电网发生故障时或根据电网调度需要，部分运行区域需要建立独立的离网系统，用来保持交流母线稳定的电压和频率，以维持对负荷的不间断供电。随着新能源技术的发展，光伏发电成为分布式能源重要的组成部分，离网型光伏发电系统广泛应用于偏僻山区、无电区、海岛、通讯基站和路灯等应用场所。光伏方阵在有光照的情况下将太阳能转换为电能，通过太阳能充放电控制器给负载供电，同时给蓄电池组充电；在无光照时，通过太阳能充放电控制器由蓄电池组给直流负载供电，同时蓄电池还要直接给独立逆变器供电，通过独立逆变器逆变成交流电，给交流负载供电。但其产生的电能具有波动性和不确定性，给配电网带来一系列不利影响，而储能系统是解决以上问题的一种有效手段。光储系统能够在电能充足时，将多余的电能储存起来；在电能短缺时，释放储能电池中的能量，从而使负载获得连续而稳定的电能供应。目前，光储系统中往往需要配备高压电池，造成系统的不安全性和不稳定性。而模块化多电平变流器(ModularMultilevelConverter，MMC)因其模块化结构可以使储能单元以低电压分散的形式接入，避免了当前光储系统中潜在的问题。MMC具有开关频率低，开关损耗小；多电平输出，输出的交流电压畸变率低等特点，拥有广泛的应用前景。离网系统还要考虑内部大量的单相负荷，可能会导致输出电压不对称。因此，必须采取措施保证三相输出电压的稳定平衡。一般的做法是采用隔离变压器的方法，无需考虑零序电压的问题。但其成本和体积大大增大，不利于实现逆变器的小型化发展。因此，需要提供一种基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置及方法。
技术实现思路
为实现在离网工况下为不平衡负荷提供稳定的电能供应，本专利技术提出一种基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置及方法。通过将光伏阵列接入到供电装置直流侧，利用储能电池替代子模块电容，增加第四桥臂对负载电压中零序分量进行控制，不仅可以在不平衡负载条件下保持较好的电能质量，而且也能在电能供应过剩或不足对电能进行存储或补充，提高电能供应的稳定性。本专利技术的一个目的在于提供一种基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：一种基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置，包括：光伏阵列；与光伏阵列相连的MMC拓扑变换器，MMC拓扑变换器包括分别与第一、第二和第三交流负载相连的第一、第二和第三桥臂，用于储存光伏阵列电能；第四桥臂，包括第一和第二IGBT，第一IGBT集电极与光伏阵列正极相连，第二IGBT发射极与光伏阵列负极相连，第一IGBT发射极与第二IGBT集电极相连后经桥臂电感连接至第一、第二和第三交流负载公共端，第一和第二IGBT基极用于接受驱动脉冲；零序控制器，基于第一、第二和第三交流负载电压得到驱动脉冲。优选地，第一、第二和第三桥臂中的每个均包括上桥臂和下桥臂，各桥臂中的每个上桥臂和下桥臂均由n个储能电池子模块与一个桥臂电感串联组成，各上桥臂的正极与光伏阵列正极相连，各下桥臂的负极与光伏阵列负极相连，各上桥臂的负极与各下桥臂的正极相连且连接点分别为a、b、c，第一、第二和第三交流负载分别经过第一、第二和第三输出电感与连接点a、b、c相连，第一、第二和第三交流负载两端分别并联有第一、第二和第三输出电容，其中，n为自然数。进一步优选地，储能电池子模块包括第三IGBT、第四IGBT和电源E，第三IGBT集电极与电源E正极相连，第三IGBT发射极与第四IGBT集电极相连作为储能电池子模块正极，第四IGBT发射极与电源E负极相连作为储能电池子模块负极；第三和第四IGBT分别反向并联有第一和第二保护二极管。优选地，零序控制器包括采集模块、计算模块和调节模块，其中采集模块，用于采集第一、第二和第三交流负载电压；计算模块，用于对第一、第二和第三交流负载电压进行坐标系变换，计算零序控制器的反馈值和指令值，基于反馈值和指令值得到驱动脉冲；调节模块，利用驱动脉冲对第四桥臂的第一和第二IGBT基极进行驱动。进一步优选地，零序控制器还包括MPPT控制模块，用于实时调整光伏阵列的工作点，控制工作点位于最大功率点。优选地，零序控制器还包括SOC检测模块，用于实时监测储能电池子模块的SOC状态，控制储能电池进行充放电操作。优选地，零序控制器还包括环流控制模块，用于采集桥臂电流并基于桥臂电流对独立供电装置的工作状态进行监控。本专利技术的另一个目的在于提供一种基于MMC拓扑的光储离网独立供电方法。一种基于MMC拓扑的光储离网独立供电方法，包括：采集第一、第二和第三交流负载电压；对第一、第二和第三交流负载电压进行坐标变换，在两相静止坐标系下对正序和负序电压进行控制，得到第一、第二和第三交流调制电压；将第一、第二和第三交流负载电压相加，得到零序控制器的指令值；将第一、第二和第三交流调制电压相加，得到零序控制器的反馈值；利用比例谐振控制器使反馈值跟踪指令值，获得第四桥臂的驱动脉冲；利用驱动脉冲对第四桥臂的第一和第二IGBT基极进行驱动。优选地，实时调整光伏阵列的工作点，控制工作点位于最大功率点。优选地，实时监测储能电池子模块的SOC状态，控制储能电池进行充放电操作。本专利技术的有益效果如下：本专利技术的一种基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置及方法，用于离网供电场合时，可以减少电网故障后停电时间，减少用户损失，提高供电稳定性，提高电能利用率，减少损耗，电能质量好，通过多级的子模块储能装置可以实现独立的SOC控制。同时，实现成本低，仅增加新增桥臂的调制电压计算，大大节省了设备投资。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1示出基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置结构示意图。图2示出基于MMC拓扑的光储离网独立供电方法流程图。图3示出基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置控制方法示意图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的属于“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一些列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法或设备固有的气体步骤或单元。为实现在离网工况下为不平衡负荷提供稳定的电能供应，本专利技术提出一种基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置。可以将光伏阵列接入到供电装置直流侧，利用储能电池替代子模块电容，增加第四桥臂对负载电压中零序分量进行控制。依靠此方法不仅可以在不平衡负载条件下保持较好的电能质量，而且也能在电能供应过剩或不足对电能进行存储或补充，提高电能供应的稳定性。该装置以MMC拓扑为基础，将其拓展为拥有三相四桥臂的光储独立供电装置。利用光伏MPPT技术实时调整光伏阵列的工作点，使之始终工作在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置，其特征在于，包括：光伏阵列；与所述光伏阵列相连的MMC拓扑变换器，所述MMC拓扑变换器包括分别与第一、第二和第三交流负载相连的第一、第二和第三桥臂，用于储存所述光伏阵列电能；第四桥臂，包括第一和第二IGBT，所述第一IGBT集电极与所述光伏阵列正极相连，所述第二IGBT发射极与所述光伏阵列负极相连，所述第一IGBT发射极与所述第二IGBT集电极相连后经桥臂电感连接至所述第一、第二和第三交流负载公共端，所述第一和第二IGBT基极用于接受驱动脉冲；零序控制器，基于第一、第二和第三交流负载电压得到所述驱动脉冲。

【技术特征摘要】
1.一种基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置，其特征在于，包括：光伏阵列；与所述光伏阵列相连的MMC拓扑变换器，所述MMC拓扑变换器包括分别与第一、第二和第三交流负载相连的第一、第二和第三桥臂，用于储存所述光伏阵列电能；第四桥臂，包括第一和第二IGBT，所述第一IGBT集电极与所述光伏阵列正极相连，所述第二IGBT发射极与所述光伏阵列负极相连，所述第一IGBT发射极与所述第二IGBT集电极相连后经桥臂电感连接至所述第一、第二和第三交流负载公共端，所述第一和第二IGBT基极用于接受驱动脉冲；零序控制器，基于第一、第二和第三交流负载电压得到所述驱动脉冲。2.根据权利要求1所述的基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置，其特征在于，所述第一、第二和第三桥臂中的每个均包括上桥臂和下桥臂，所述各桥臂中的每个上桥臂和下桥臂均由n个储能电池子模块与一个桥臂电感串联组成，所述各上桥臂的正极与所述光伏阵列正极相连，所述各下桥臂的负极与所述光伏阵列负极相连，所述各上桥臂的负极与所述各下桥臂的正极相连且连接点分别为a、b、c，所述第一、第二和第三交流负载分别经过第一、第二和第三输出电感与连接点a、b、c相连，所述第一、第二和第三交流负载两端分别并联有第一、第二和第三输出电容，其中，n为自然数。3.根据权利要求2所述的基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置，其特征在于，所述储能电池子模块包括第三IGBT、第四IGBT和电源E，所述第三IGBT集电极与所述电源E正极相连，所述第三IGBT发射极与所述第四IGBT集电极相连作为所述储能电池子模块正极，所述第四IGBT发射极与所述电源E负极相连作为所述储能电池子模块负极；所述第三和第四IGBT分别反向并联有第一和第二保护二极管。4.根据权利要求1所述的基于MMC拓扑的光储离网独立供电装置，其特征在于，所述零序控制器包括采集模块、计算模块和调节模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆龙，王帅，刘京斗，吴学智，童亦斌，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11