一种超级电容储能站充电装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种超级电容储能站充电装置及控制方法，所述装置包括三相四线PWM整流器、隔离三电平DC/DC变换器，第一母线电容子单元和第二母线电容子单元；所述三相四线PWM整流器的交流输入端口并行接入电网系统，所述隔离三电平DC/DC变换器的高压输入端口接入所述三相四线PWM整流器的直流输出端口，所述隔离三电平DC/DC变换器的低压输出端口与超级电容器组连接；所述第一母线电容子单元、第二母线电容子单元串联连接后并联至所述三相四线PWM整流器的直流输出端口。本发明专利技术超级电容储能站充电装置能够实现小体积，高效率的隔离充电。所述装置采用最大功率充电控制策略，能够减小充电时间，从而缩短前期准备时间。

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容储能站充电装置及控制方法
本专利技术涉及电力系统控制
，尤其涉及一种超级电容储能站充电装置及控制方法。
技术介绍
支撑电磁发射技术的关键技术之一是脉冲电源技术。基于超级电容储能的脉冲电源具有使用寿命长，瞬间功率大，工作温度范围宽等特点可用作电磁发射的脉冲电源。在电磁发射前，应将超级电容储能站充电至满电荷状态。考虑到电磁发射一般安装在发射车或者舰船等移动载体，无法提供高质量的电网，且安装空间有限，因此对超级电容储能站的充电装置应对电网有较强适应性，且具有小体积。考虑到安全性，应采用变压器将超级电容储能站与电网电气隔离。传统的储能装置充电拓扑如图1所示。参见图1可知，传统的储能装置充电拓扑采用两级式结构，前级采用三相三线PWM整流装置将交流电转换为直流电，实现单位功率因数整流。后级采用移相全桥DC/DC变换器为超级电容组充电，实现隔离充电。传统的储能装置充电拓扑采用的移相全桥变换器开关管电压应力为直流母线电压。由于PWM整流器具有升压功能，因此直流母线电压较高。导致移相全桥变换器采用的开关管电压等级较高，而高电压等级的开关管往往具有较低的开关频率。较低的开关频率带来较大的高频变压器体积和较大的纹波电流。
技术实现思路
鉴于解决传统充电装置的DC/DC变换器开关频率低，导致高频变压器体积大，输出电流纹波大的问题，本专利技术提出了一种超级电容储能站充电装置及控制方法。本专利技术的一个方面，提供了一种超级电容储能站充电装置，所述装置包括三相四线PWM整流器、隔离三电平DC/DC变换器，第一母线电容子单元和第二母线电容子单元；所述三相四线PWM整流器的交流输入端口并行接入电网系统，所述隔离三电平DC/DC变换器的高压输入端口接入所述三相四线PWM整流器的直流输出端口，所述隔离三电平DC/DC变换器的低压输出端口与超级电容器组连接；所述第一母线电容子单元、第二母线电容子单元串联连接后并联至所述三相四线PWM整流器的直流输出端口。其中，所述隔离三电平DC/DC变换器包括上半桥子模块、下半桥子模块、第一电容单元和第一变压器单元；所述上半桥子模块的直流输入端并联连接至所述第一母线电容子单元，所述下半桥子模块的直流输入端并联连接至所述第二母线电容子单元，所述上半桥子模块和所述下半桥子模块分别包括一桥臂中点，所述第一电容单元将所述上半桥子模块及所述下半桥子模块的所述桥臂中点串联连接至所述第一变压器的原边绕组。其中，所述隔离三电平DC/DC变换器还包括第一换流辅助电路和第二换流辅助电路；所述第一换流辅助电路包括第一辅助电感和第一辅助电容，所述第一辅助电感的一端连接所述上半桥子模块的桥臂中点，另一端连接所述第一辅助电容的正极，所述第一辅助电容的负极连接所述第一母线电容子单元的负极；所述第二换流辅助电路包括第二辅助电感和第二辅助电容，所述第二辅助电感的一端连接所述下半桥子模块的桥臂中点，另一端连接所述第二辅助电容的正极，所述第二辅助电容的负极连接所述第二母线电容子单元的负极。其中，所述隔离三电平DC/DC变换器还包括与所述第一变压器的副边绕组连接的AC/DC变换单元，所述AC/DC变换单元的交流端口连接至所述第一变压器的副边绕组。其中，所述超级电容储能站充电装置还包括控制电路；所述控制电路分别与所述三相四线PWM整流器和隔离三电平DC/DC变换器连接，用于控制所述三相四线PWM整流器和隔离三电平DC/DC变换器的工作参数。本专利技术的另一方面，还提供了一种应用于如上所述的超级电容储能站充电装置的控制方法，所述方法包括：根据直流电压给定信号uDC*与采集到的直流侧电压uDC计算正、负序dq轴电压控制信号；将所述正、负序dq轴电压控制信号变换为正、负序αβ轴电压控制信号；根据第一母线电容子单元的电压uDC1和第二母线电容子单元的电压uDC2计算零序电压控制信号；根据所述正、负序αβ轴电压控制信号和零序电压控制信号生成所述三相四线PWM整流器的三相PWM驱动信号；采用输出电流闭环控制实现对所述隔离三电平DC/DC变换器的输出控制。其中，所述根据直流电压给定信号uDC*与采集到的直流侧电压uDC计算正、负序dq轴电压控制信号，包括：将直流电压给定信号uDC*与采集到的直流侧电压uDC相比较，得到直压偏差信号；将所述直压偏差信号输入到第一PI控制器中，将所述第一PI控制器的输出信号作为电流环的电流给定信号iDC*；根据所述电流给定信号iDC*和直流电压给定信号uDC*计算有功功率给定信号；根据电网电压dq轴分量信号以及有功功率给定信号计算电网电流正负序dq轴分量；将所述电网电流正序d轴分量输入到第二PI控制器中，将所述第二PI控制器的输出信号作为正序d轴电压控制信号；将所述电网电流正序q轴分量输入到第三PI控制器中，将所述第三PI控制器的输出信号作为正序q轴电压控制信号；将所述电网电流负序d轴分量输入到第四PI控制器中，将所述第四PI控制器的输出信号作为负序d轴电压控制信号；将所述电网电流负序q轴分量输入到第五PI控制器中，将所述第五PI控制器的输出信号作为负序q轴电压控制信号。其中，所述根据第一母线电容子单元的电压uDC1和第二母线电容子单元的电压uDC2计算零序电压控制信号v0*，包括：将第一母线电容子单元的电压uDC1和第二母线电容子单元的电压uDC2相比较，得到输出电容电压差信号；将所述输出电容电压差信号输入到第六PI控制器中，讲所述第六PI控制器的输出信号作为零序电流给定信号i0*；将零序电流给定信号i0*和采集到的零序电流i0相比较，得到零序电流差信号；将所述零序电流差信号输入到第七PI控制器中，将所述第七PI控制器的输出信号作为零序电压控制信号v0*。本专利技术实施例提供的超级电容储能站充电装置，分两级结构，前级采用三相四线PWM整流装置将交流电转换为直流电，实现单位功率因数整流并为后级隔离三电平DC/DC变换器提供两路串联电压，后级采用隔离三电平DC/DC变换器为超级电容组充电，实现小体积，高效率的隔离充电。本专利技术实施例提供的超级电容储能站充电装置的控制方法，采用最大功率充电策略，减小充电时间，从而缩短设备前期准备时间。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1为现有技术中传统超级电容储能站充电装置的电路原理图；图2为本专利技术实施例提供的一种超级电容储能站充电装置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超级电容储能站充电装置，其特征在于，所述装置包括三相四线PWM整流器、隔离三电平DC/DC变换器，第一母线电容子单元和第二母线电容子单元；/n所述三相四线PWM整流器的交流输入端口并行接入电网系统，所述隔离三电平DC/DC变换器的高压输入端口接入所述三相四线PWM整流器的直流输出端口，所述隔离三电平DC/DC变换器的低压输出端口与超级电容器组连接；/n所述第一母线电容子单元、第二母线电容子单元串联连接后并联至所述三相四线PWM整流器的直流输出端口。/n

【技术特征摘要】
1.一种超级电容储能站充电装置，其特征在于，所述装置包括三相四线PWM整流器、隔离三电平DC/DC变换器，第一母线电容子单元和第二母线电容子单元；
所述三相四线PWM整流器的交流输入端口并行接入电网系统，所述隔离三电平DC/DC变换器的高压输入端口接入所述三相四线PWM整流器的直流输出端口，所述隔离三电平DC/DC变换器的低压输出端口与超级电容器组连接；
所述第一母线电容子单元、第二母线电容子单元串联连接后并联至所述三相四线PWM整流器的直流输出端口。


2.根据权利要求1所述的超级电容储能站充电装置，其特征在于，所述隔离三电平DC/DC变换器包括上半桥子模块、下半桥子模块、第一电容单元和第一变压器单元；
所述上半桥子模块的直流输入端并联连接至所述第一母线电容子单元，所述下半桥子模块的直流输入端并联连接至所述第二母线电容子单元，所述上半桥子模块和所述下半桥子模块分别包括一桥臂中点，所述第一电容单元将所述上半桥子模块及所述下半桥子模块的所述桥臂中点串联连接至所述第一变压器的原边绕组。


3.根据权利要求2所述的超级电容储能站充电装置，其特征在于，所述隔离三电平DC/DC变换器还包括第一换流辅助电路和第二换流辅助电路；
所述第一换流辅助电路包括第一辅助电感和第一辅助电容，所述第一辅助电感的一端连接所述上半桥子模块的桥臂中点，另一端连接所述第一辅助电容的正极，所述第一辅助电容的负极连接所述第一母线电容子单元的负极；
所述第二换流辅助电路包括第二辅助电感和第二辅助电容，所述第二辅助电感的一端连接所述下半桥子模块的桥臂中点，另一端连接所述第二辅助电容的正极，所述第二辅助电容的负极连接所述第二母线电容子单元的负极。


4.根据权利要求2所述的超级电容储能站充电装置，其特征在于，所述隔离三电平DC/DC变换器还包括与所述第一变压器的副边绕组连接的AC/DC变换单元，所述AC/DC变换单元的交流端口连接至所述第一变压器的副边绕组。


5.根据权利要求1所述的超级电容储能站充电装置，其特征在于，所述超级电容储能站充电装置还包括控制电路；
所述控制电路分别与所述三相四线PWM整流器和隔离三电平DC/DC变换器连接，用于控制所述三相四线PWM整流器和隔离三电平DC/DC变换器的工作参数。


6.一种应用于如权利要求1-5任一项所述的超级...

【专利技术属性】
技术研发人员：康颖，毛凯，张艳清，蔡华，韦克康，赵克，凡绍贵，季旭，杜修方，胡良辉，朱然，
申请(专利权)人：中国航天科工飞航技术研究院中国航天海鹰机电技术研究院，哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11