本发明专利技术提供了一种超级电容储能单元集成化多电平变换器的SOC均衡方法。通过分析多电平变换器交流输出与超级电容储能单元之间的能量关系，实现交流侧与直流侧之间的解耦控制，在实现交流侧稳定输出的同时达到超级电容SOC均衡的目的。本发明专利技术在解决传统模块化多电平变换器子模块电容电压波动问题的基础上，为变换器的持续高效工作提供了有力保障。
A SoC equalization method of integrated multilevel converter with super capacitor energy storage unit
【技术实现步骤摘要】
一种超级电容储能单元集成化多电平变换器的SOC均衡方法
本专利技术属于多电平变换器
，具体涉及一种多电平变换器的SOC均衡方法。
技术介绍
模块化多电平变换器由于其高度模块化、易拓展和输出性能好的特点，其应用领域日益广泛。尤其在高压大功率传动领域，将模块化多电平变换器用于对高压大功率电动机的控制，实现高压大功率电动机运行的高效节能，是一项突破性进展，具有十分重要的科学研究和工业应用价值。研究发现，当模块化多电平变换器在变频(特别是低频)条件下运行时，子模块电容电压纹波幅值随着相电流频率的降低而增大，并且该幅值在相电流频率为零时趋于无穷大，这给模块化多电平变换器的变频应用带来很大困难。针对这一问题，现有技术中一种行之有效的方法就是在模块化多电平变换器中加入超级电容储能单元，构成超级电容储能单元模块化多电平变换器，实现波动能量的主动抑制。但在加入了储能单元后，储能单元的SOC均衡问题无法得到很好的解决，造成子模块电容电压波动，多电平变换器不能持续高效工作。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种超级电容储能单元集成化多电平变换器的SOC均衡方法。通过分析多电平变换器交流输出与超级电容储能单元之间的能量关系，实现交流侧与直流侧之间的解耦控制，在实现交流侧稳定输出的同时达到超级电容SOC均衡的目的。为达到上述目的，本专利技术提供的一种超级电容储能单元集成化多电平变换器的SOC均衡方法，包括以下步骤：步骤1：将控制器与超级电容储能单元模块化多电平变换器连接；步骤2：控制器采集超级电容储能单元模块化多电平变换器中各子模块的超级电容实时电压值；步骤3：利用下式计算各子模块中超级电容的SOC值：式中SOCi表示第i个子模块的SOC值，i为子模块序号，为第i个子模块中的超级电容的实时电压值，SCi表示第i个子模块中的超级电容，t表示时间，为子模块中的超级电容额定电压，所有子模块中的超级电容额定电压均相同；步骤4：计算超级电容储能单元模块化多电平变换器第x相各子模块中的超级电容的SOC平均值：式中，N为第x相中子模块总数量的二分之一；计算超级电容储能单元模块化多电平变换器第x相上桥臂各子模块中的超级电容的SOC平均值：计算超级电容储能单元模块化多电平变换器第x相下桥臂各子模块中的超级电容的SOC平均值：步骤5：将第x相子模块上桥臂超级电容SOC平均值SOCup作为子模块SOC均衡参考值输入SOC均衡环节，经过反馈控制得到SOC均衡的单相占空比信号将第x相子模块超级电容SOC平均值SOCphase、第x相上桥臂子模块超级电容SOC平均值SOCup和第x相下桥臂子模块超级电容SOC平均值SOClow作为桥臂SOC均衡参考值输入SOC均衡环节，经过反馈控制得到SOC均衡的单相桥臂占空比信号步骤6：由下式计算补偿功率：式中ΔPDC表示补偿功率值，Pcharge表示超级电容的充电功率，SOCmax和SOCmin分别为预设的超级电容SOC值的上限值和下限值；再将ΔPDC输入电流调节器采用PI控制计算得到共模占空比信号dcom；步骤7：将步骤5和步骤6中得到的单相占空比信号单相桥臂占空比信号和共模占空比信号dcom相加输入PWM调制环节进行载波移相调制，得到子模块中半桥单元Si1和Si2的驱动脉冲；步骤8：由下式计算子模块电容的参考电压：式中uCref表示子模块电容参考电压，Udc表示直流母线电压；将uCref作为参考电压输入子模块电容电压平衡模块，输出得到占空比信号dTi；再将占空比信号dTi输入PWM调制环节进行载波移相调制之后得到子模块中半桥单元Ti1、Ti2的驱动脉冲；完成超级电容储能单元集成化多电平变换器的SOC均衡。进一步地，步骤4中的超级电容储能单元模块化多电平变换器第x相是超级电容储能单元模块化多电平变换器的a相或b相或c相。本专利技术的有益效果是：由于采用了本专利技术的一种超级电容储能单元集成化多电平变换器的SOC均衡方法，在解决传统模块化多电平变换器子模块电容电压波动问题的基础上，为变换器的持续高效工作提供了有力保障。附图说明图1是本专利技术的系统控制框图，图1(a)为传统模块化多电平侧控制框图，图1(b)为超级电容储能型双向DC/DC侧控制框图。图2是本专利技术的超级电容储能单元集成化模块化多电平变换器的拓扑结构图，图2(a)是功率主电路图，图2(b)是单个子模块内部结构图。图3是本专利技术的均衡控制框图，图3(a)为子模块SOC均衡控制框图，图3(b)为桥臂间SOC均衡控制框图，图3(c)为子模块电容电压平衡控制框图。图4是采用本专利技术方法利用Simulink仿真工具所得到的超级电容SOC均衡波形图。图中：1-功率主电路，2-负载，3-传统MMC子模块，4-超级电容储能型双向DC/DC变换器。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。如图1所示，本专利技术提供的一种超级电容储能单元集成化多电平变换器的SOC均衡方法，包括以下步骤：步骤1：将控制器与超级电容储能单元模块化多电平变换器连接；步骤2：控制器采集超级电容储能单元模块化多电平变换器中各子模块的超级电容实时电压值；步骤3：利用下式计算各子模块中超级电容的SOC值：式中SOCi表示第i个子模块的SOC值，i为子模块序号，为第i个子模块中的超级电容的实时电压值，SCi表示第i个子模块中的超级电容，t表示时间，为子模块中的超级电容额定电压，所有子模块中的超级电容额定电压均相同；步骤4：计算超级电容储能单元模块化多电平变换器第x相各子模块中的超级电容的SOC平均值：式中，N为第x相中子模块总数量的二分之一；计算超级电容储能单元模块化多电平变换器第x相上桥臂各子模块中的超级电容的SOC平均值：计算超级电容储能单元模块化多电平变换器第x相下桥臂各子模块中的超级电容的SOC平均值：步骤5：将第x相子模块上桥臂超级电容SOC平均值SOCup作为子模块SOC均衡参考值输入SOC均衡环节，经过反馈控制得到SOC均衡的单相占空比信号将第x相子模块超级电容SOC平均值SOCphase、第x相上桥臂子模块超级电容SOC平均值SOCup和第x相下桥臂子模块超级电容SOC平均值SOClow作为桥臂SOC均衡参考值输入SOC均衡环节，经过反馈控制得到SOC均衡的单相桥臂占空比信号步骤6：由下式计算补偿功率：式中ΔPDC表示补偿功率值，Pcharge表示超级电容的充电功率，SOCmax和SOCmin分别为预设的超级电容SOC值的上限值和下限值；再将ΔPDC输入电流调节器采用PI控制计算得到共模占空比信号dcom；步骤7：将步骤5和步骤6中得到的单相占空比信号单相桥臂占空比信号和共模占空比信号dcom相加输入PW本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超级电容储能单元集成化多电平变换器的SOC均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：将控制器与超级电容储能单元模块化多电平变换器连接；/n步骤2：控制器采集超级电容储能单元模块化多电平变换器中各子模块的超级电容实时电压值；/n步骤3：利用下式计算各子模块中超级电容的SOC值：/n
【技术特征摘要】
1.一种超级电容储能单元集成化多电平变换器的SOC均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将控制器与超级电容储能单元模块化多电平变换器连接；
步骤2：控制器采集超级电容储能单元模块化多电平变换器中各子模块的超级电容实时电压值；
步骤3：利用下式计算各子模块中超级电容的SOC值：
式中SOCi表示第i个子模块的SOC值，i为子模块序号，为第i个子模块中的超级电容的实时电压值，SCi表示第i个子模块中的超级电容，t表示时间，为子模块中的超级电容额定电压，所有子模块中的超级电容额定电压均相同；
步骤4：计算超级电容储能单元模块化多电平变换器第x相各子模块中的超级电容的SOC平均值：
式中，N为第x相中子模块总数量的二分之一；
计算超级电容储能单元模块化多电平变换器第x相上桥臂各子模块中的超级电容的SOC平均值：
计算超级电容储能单元模块化多电平变换器第x相下桥臂各子模块中的超级电容的SOC平均值：
步骤5：将第x相子模块上桥臂超级电容SOC平均值SOCup作为子模块SOC均衡参考值输入SOC均衡环节，经过反馈控制得到SOC均衡的单相占空比信号将第x相子模块超级电容SOC平均值SOCphase、第x相上桥臂子模块超级电容SOC平均值SOC...
【专利技术属性】
技术研发人员：申科，赵国栋，赵丹，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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