一种模块化储能变换器的组合控制方法技术

本发明专利技术公开了一种模块化储能变换器的组合控制方法。模块化储能变换器的组合方式包括各模块化储能变换器的低压侧串联、并联或分立以及各模块化储能变换器的高压侧串联或并联，多个模块化储能变换器组合时，选择其中一个变换器作为主模块，其余变换器为从模块。各模块化储能变换器的控制环路包括缓冲电容电压匹配环、直流母线电压外环、电池电流内环以及均流/均压环。缓冲电容电压匹配环保证低压侧缓冲电容的电压与直流母线电压相匹配，直流母线电压外环和电池电流内环控制变换器功率传递的大小和方向，均压/均流环保证各模块化储能变换器间高压侧电压和电流的均衡。本发明专利技术实现了多双向变换器的组合控制，保证了组合系统的稳定运行。

A combined control method of modular energy storage converter

The invention discloses a modular control method for a modular energy storage converter. Modular storage combination converter including the modular storage of low voltage side converter in series, parallel or discrete and modular storage of high voltage side converter in series or parallel, multiple modular energy storage converter combination, select one converter as the main module, the converter from the module. The control loops of each modular energy storage converter include buffer capacitor voltage matching ring, DC bus voltage outer loop, battery current inner loop and current sharing / equalizing ring. The buffer capacitor voltage, low voltage side voltage protection card buffer capacitor and DC bus voltage, DC bus voltage loop and current loop control of cell size and direction of converter power transmission, voltage / current sharing environment license each modular energy storage converter between the high voltage side voltage and current balance. The invention realizes the combination control of the multi bidirectional converter, and ensures the stable operation of the combined system.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力电子
，特别涉及了一种模块化储能变换器的组合控制方法。
技术介绍
双向直流储能变换器作为储能系统中储能元件与直流母线的接口，在整个储能系统中发挥着重要的作用。而在储能变换器的配置上，模块化的配置方案与传统的单变换器方案相比，又有着配置灵活、扩展性强、便于系统的冗余设计、容易满足不同功率和电压等级的需求等优点，正不断受到人们的关注。采用模块化的方案时，在实际使用中，可以根据系统的实际需求，投入相应数量的变换器模块，不同模块间通过串联或并联的方式组合运行，以满足不同功率等级和电压等级的需求。然而，当多变换器组合运行时，由于不同模块间分布参数差异，如果不采取相应的均压、均流控制，必然会导致模块间电压、电流的不均。从而使得组合系统中的某些模块电压或电流应力过大，以致变换器的使用寿命缩短，甚至导致变换器的损坏。同时，对于双向变换器而言，由于变换器的能量可以双向流动，某些情况下，还可能在不同模块间形成较大的功率环流。因此，为了保证组合系统的稳定运行，需要一套有效的多变换器组合控制策略。现有文献对多变换器的串并联控制策略已做了许多研究，其方法大致可分为有互连线法和无互连线法两种。无互连线法最常见的如下垂法，该方法实现简单，但均衡效果相对较差；有互连线法，是指各模块间存在均压、均流母线的方法，该方法均衡效果相对较好，但实现相对也较为复杂。然而，目前的研究大多都是针对单向变换器展开的，关于双向变换器组合控制策略的研究则较为少见。
技术实现思路
为了解决上述
技术介绍
提出的技术问题，本专利技术旨在提供一种模块化储能变换器的组合控制方法，实现多双向变换器的组合控制，保证组合系统的稳定运行。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：一种模块化储能变换器的组合控制方法，所述模块化储能变换器包括低压侧缓冲电容、低压侧蓄电池、蓄电池侧解耦电容、第一低压侧滤波电感、第二低压侧滤波电感、低压侧等效漏感、第一低压侧上开关管、第一低压侧下开关管、第二低压侧上开关管、第二低压侧下开关管、功率变压器、高压侧上开关管、高压侧下开关管、第一高压侧半桥电容、第二高压侧半桥电容以及母线侧解耦电容，第一低压侧上开关管的发射极连接第一低压侧下开关管的集电极，第二低压侧上开关管的发射极连接第二低压侧下开关管的集电极，第一低压侧上开关管的集电极连接第二低压侧上开关管的集电极和低压侧缓冲电容的第一端，第一低压侧下开关管的发射极连接第二低压侧下开关管的发射极和低压侧缓冲电容的第二端，低压侧蓄电池的正极连接蓄电池侧解耦电容的第一端、第一低压侧滤波电感的第一端和第二低压侧滤波电感的第一端，低压侧蓄电池的负极连接蓄电池侧解耦电容的第二端和低压侧缓冲电容的第二端，第一低压侧滤波电感的第二端经低压侧等效漏感与功率变压器原边的同名端连接，第一低压侧滤波电感的第二端连接第一低压侧上开关管的发射极，第二低压侧滤波电感的第二端连接第二低压侧上开关管的发射极和功率变压器原边的异名端，高压侧上开关管的发射极连接高压侧下开关管的集电极和功率变压器副边的同名端，第一高压侧半桥电容的第一端连接高压侧上开关管的集电极和母线侧解耦电容的第一端，第一高压侧半桥电容的第二端连接功率变压器副边的异名端和第二高压侧半桥电容的第一端，第二高压侧半桥电容的第二端连接高压侧下开关管的发射极和母线侧解耦电容的第二端，母线侧解耦电容的两端接入直流母线，其特征在于：模块化储能变换器的组合方式包括各模块化储能变换器的低压侧串联、并联或分立以及各模块化储能变换器的高压侧串联或并联，多个模块化储能变换器组合时，选择其中一个变换器作为主模块，其余变换器为从模块；各模块化储能变换器的控制环路包括缓冲电容电压匹配环、直流母线电压外环、电池电流内环以及均流/均压环；所述缓冲电容电压匹配环用于保证低压侧缓冲电容的电压与直流母线电压相匹配，缓冲电容电压匹配环采集低压侧缓冲电容的电压，该电压值与匹配值比较后经调节器输出，该输出值作为变换器低压侧各开关管占空比的控制信号；所述直流母线电压外环和电池电流内环用于控制变换器功率传递的大小和方向，对于主模块，其直流母线电压外环采样直流母线电压，该电压值与基准电压比较后经调节器输出，该输出值组作为电池电流内环的基准信号，电池电流内环采样低压侧蓄电池的电流，该电流值与基准信号比较后经调节器输出，产生变换器高、低压侧驱动信号的移相控制信号，而对于从模块，其直流母线电压外环被屏蔽，其电池电流内环的基准信号来源于主模块的直流母线电压外环的输出；所述均压/均流环用于保证各模块化储能变换器间高压侧电压和电流的均衡，均压/均流环采样变换器高压侧的电压/电流信号，将该电压/电流信号与主模块高压侧的电压/电流信号比较后经调节器输出，将输出信号叠加在该变换器电池电流内环的基准信号上，实现对电池电流内环的基准信号的修正。基于上述技术方案的优选方案，低压侧缓冲电容的电压与直流母线电压匹配需满足：Ucc＝UDC/2N上式中，Ucc为低压侧缓冲电容上的电压，UDC为直流母线电压，N为功率变换器的匝比。基于上述技术方案的优选方案，各模块化储能变换器间的均压/均流控制通过数字通信实现，组合系统中的主模块通过数字通信总线将自身高压侧电压/电流和自身直流母线电压外环的输出通过通信总线发送至各从模块，各从模块将接收到的信号分别作为自身均压/均流环和电池电流内环的基准，实现组合系统中各模块间的电压、电流的均衡。基于上述技术方案的优选方案，组合系统中的主模块通过自动择主策略随机产生，待机状态下，各模块完全对等，系统开始运行后，自动择主策略在组合系统中产生一个主模块，以控制整个系统的运行，且运行过程中，若原主模块因故障退出工作，自动择主策略会在剩下的从模块中立即选出新的主模块，代替原主模块继续控制整个系统的运行。基于上述技术方案的优选方案，所述调节器为PI调节器。采用上述技术方案带来的有益效果：在本专利技术设计的组合控制方法下，多变换器组合方式灵活，变换器低压侧可串联、并联或独立运行，高压侧可串联或并联运行，且组合系统的运行稳定。组合系统的各模块之间基于数字通信，实现简单，抗干扰能力强。采用自动择主策略，解决了传统主从控制下一旦主机失效将导致整个系统瘫痪的问题。附图说明图1为模块化储能变换器的电路图；图2为变换器低压侧的连接示意图；图3为变换器高压侧的连接示意图；图4为多变换器高压侧并联控制框图；图5为多变换器高压侧串联控制框图；图6为自动择主的流程图；图7为多变换器高压侧并联实验波形图；图8为多变换器高压侧串联实验波形图；图9为自动择主实验波形图。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。如图1所示模块化储能变换器的拓扑，其中UBA为低压侧电池接口，UDC为高压侧母线接口。整个变换器由低压侧缓冲电容Cc，低压侧滤波电感L1、L2，低压侧开关管S1u、S1d、S2u、S2d，电池侧解耦电容C1，电池UBA，功率变压器T(匝比1:N)，变压器低压侧等效漏感Lr，高压侧开关管S3u、S3d，高压侧半桥电容C2、C3，母线侧解耦电容C4以及直流母线UDC构成。变换器正常工作时，采用PWM加移相控制策略。低压侧同一桥臂上下两管(S1u和S1d、S2u和S2d)互补导通，不同桥臂间驱动信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种模块化储能变换器的组合控制方法，所述模块化储能变换器包括低压侧缓冲电容(Cc)、低压侧蓄电池、蓄电池侧解耦电容(C1)、第一低压侧滤波电感(L1)、第二低压侧滤波电感(L2)、低压侧等效漏感(Lr)、第一低压侧上开关管(S1u)、第一低压侧下开关管(S1d)、第二低压侧上开关管(S2u)、第二低压侧下开关管(S2d)、功率变压器(T)、高压侧上开关管(S3u)、高压侧下开关管(S3d)、第一高压侧半桥电容(C2)、第二高压侧半桥电容(C3)以及母线侧解耦电容(C4)，第一低压侧上开关管(S1u)的发射极连接第一低压侧下开关管(S1d)的集电极，第二低压侧上开关管(S2u)的发射极连接第二低压侧下开关管(S2d)的集电极，第一低压侧上开关管(S1u)的集电极连接第二低压侧上开关管(S2u)的集电极和低压侧缓冲电容(Cc)的第一端，第一低压侧下开关管(S1d)的发射极连接第二低压侧下开关管(S2d)的发射极和低压侧缓冲电容(Cc)的第二端，低压侧蓄电池的正极连接蓄电池侧解耦电容(C1)的第一端、第一低压侧滤波电感(L1)的第一端和第二低压侧滤波电感(L2)的第一端，低压侧蓄电池的负极连接蓄电池侧解耦电容(C1)的第二端和低压侧缓冲电容(Cc)的第二端，第一低压侧滤波电感(L1)的第二端经低压侧等效漏感(Lr)与功率变压器(T)原边的同名端连接，第一低压侧滤波电感(L1)的第二端连接第一低压侧上开关管(S1u)的发射极，第二低压侧滤波电感(L2)的第二端连接第二低压侧上开关管(S2u)的发射极和功率变压器(T)原边的异名端，高压侧上开关管(S3u)的发射极连接高压侧下开关管(S3d)的集电极和功率变压器(T)副边的同名端，第一高压侧半桥电容(C2)的第一端连接高压侧上开关管(S3u)的集电极和母线侧解耦电容(C4)的第一端，第一高压侧半桥电容(C2)的第二端连接功率变压器(T)副边的异名端和第二高压侧半桥电容(C3)的第一端，第二高压侧半桥电容(C3)的第二端连接高压侧下开关管(S3d)的发射极和母线侧解耦电容(C4)的第二端，母线侧解耦电容(C4)的两端接入直流母线，其特征在于：模块化储能变换器的组合方式包括各模块化储能变换器的低压侧串联、并联或分立以及各模块化储能变换器的高压侧串联或并联，多个模块化储能变换器组合时，选择其中一个变换器作为主模块，其余变换器为从模块；各模块化储能变换器的控制环路包括缓冲电容电压匹配环、直流母线电压外环、电池电流内环以及均流/均压环；所述缓冲电容电压匹配环用于保证低压侧缓冲电容(Cc)的电压与直流母线电压相匹配，缓冲电容电压匹配环采集低压侧缓冲电容(Cc)的电压，该电压值与匹配值比较后经调节器输出，该输出值作为变换器低压侧各开关管占空比的控制信号；所述直流母线电压外环和电池电流内环用于控制变换器功率传递的大小和方向，对于主模块，其直流母线电压外环采样直流母线电压，该电压值与基准电压比较后经调节器输出，该输出值组作为电池电流内环的基准信号，电池电流内环采样低压侧蓄电池的电流，该电流值与基准信号比较后经调节器输出，产生变换器高、低压侧驱动信号的移相控制信号，而对于从模块，其直流母线电压外环被屏蔽，其电池电流内环的基准信号来源于主模块的直流母线电压外环的输出；所述均压/均流环用于保证各模块化储能变换器间高压侧电压和电流的均衡，均压/均流环采样变换器高压侧的电压/电流信号，将该电压/电流信号与主模块高压侧的电压/电流信号比较后经调节器输出，将输出信号叠加在该变换器电池电流内环的基准信号上，实现对电池电流内环的基准信号的修正。...

【技术特征摘要】
1.一种模块化储能变换器的组合控制方法，所述模块化储能变换器包括低压侧缓冲电容(Cc)、低压侧蓄电池、蓄电池侧解耦电容(C1)、第一低压侧滤波电感(L1)、第二低压侧滤波电感(L2)、低压侧等效漏感(Lr)、第一低压侧上开关管(S1u)、第一低压侧下开关管(S1d)、第二低压侧上开关管(S2u)、第二低压侧下开关管(S2d)、功率变压器(T)、高压侧上开关管(S3u)、高压侧下开关管(S3d)、第一高压侧半桥电容(C2)、第二高压侧半桥电容(C3)以及母线侧解耦电容(C4)，第一低压侧上开关管(S1u)的发射极连接第一低压侧下开关管(S1d)的集电极，第二低压侧上开关管(S2u)的发射极连接第二低压侧下开关管(S2d)的集电极，第一低压侧上开关管(S1u)的集电极连接第二低压侧上开关管(S2u)的集电极和低压侧缓冲电容(Cc)的第一端，第一低压侧下开关管(S1d)的发射极连接第二低压侧下开关管(S2d)的发射极和低压侧缓冲电容(Cc)的第二端，低压侧蓄电池的正极连接蓄电池侧解耦电容(C1)的第一端、第一低压侧滤波电感(L1)的第一端和第二低压侧滤波电感(L2)的第一端，低压侧蓄电池的负极连接蓄电池侧解耦电容(C1)的第二端和低压侧缓冲电容(Cc)的第二端，第一低压侧滤波电感(L1)的第二端经低压侧等效漏感(Lr)与功率变压器(T)原边的同名端连接，第一低压侧滤波电感(L1)的第二端连接第一低压侧上开关管(S1u)的发射极，第二低压侧滤波电感(L2)的第二端连接第二低压侧上开关管(S2u)的发射极和功率变压器(T)原边的异名端，高压侧上开关管(S3u)的发射极连接高压侧下开关管(S3d)的集电极和功率变压器(T)副边的同名端，第一高压侧半桥电容(C2)的第一端连接高压侧上开关管(S3u)的集电极和母线侧解耦电容(C4)的第一端，第一高压侧半桥电容(C2)的第二端连接功率变压器(T)副边的异名端和第二高压侧半桥电容(C3)的第一端，第二高压侧半桥电容(C3)的第二端连接高压侧下开关管(S3d)的发射极和母线侧解耦电容(C4)的第二端，母线侧解耦电容(C4)的两端接入直流母线，其特征在于：模块化储能变换器的组合方式包括各模块化储能变换器的低压侧串联、并联或分立以及各模块化储能变换器的高压侧串联或并联，多个模块化储能变换器组合时，选择其中一个变换器作为主模块，其余变换器为从模块；各模块化储能...

【专利技术属性】
技术研发人员：张振亚，张曌，丰瀚麟，谢少军，曹赟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，南京麦格安倍电气科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32