一种三电平储能PCS中点电位管理控制方法技术

本发明专利技术涉及一种三电平储能PCS中点电位管理控制方法。提出一种带可变平衡因子的七段式调制策略以及根据中点电位偏移大小自行切换调制策略的控制方法，可根据中点电位偏移情况自行调整调制策略，在中点电位偏移值超过滞环环宽h时采用带平衡因子的七段式SVPWM调制，迅速调节中点电位；在中点电位偏移值未超过滞环环宽h时采用大电流不开关五段式SVPWM调制，有效减小开关管开关次数，降低损耗。本发明专利技术可用作储能系统三电平PCS中SVPWM调制下正负小矢量作用时间的分配方法，用于改善储能系统三电平PCS的中点电位偏移，本发明专利技术提出的方案在相同条件下中点电位偏移可减小60%。有切换过程平稳，电流波形失真小，效率高等优点。效率高等优点。效率高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种三电平储能PCS中点电位管理控制方法


[0001]本专利技术涉及电化学储能系统控制领域，特别涉及一种三电平储能PCS中点电位管理控制方法。

技术介绍

[0002]随着中国现代化的加速，中国电力行业发展迅猛，尤其是以风电、光伏为代表的新能源增长迅速。在可预见的未来，风电、光伏将持续高速增长，而现阶段电网对新能源的消纳能力较为有限，导致了弃风、弃光、甚至弃水现象。建设储能电站来增加电网对新能源的消纳能力是一个行之有效的办法，通过储能装置来平抑风光新能源出力波动，在发电的高峰期对电池进行充电，在负荷的高峰期进行放电，从而提高电力系统的供电质量和稳定性。
[0003]储能系统的主要工作内容有：1、平抑风、光新能源出力波动，提高新能源设施利用率；2、协助电网进行调峰，保证电网运行的稳定性；3、提供电力系统辅助服务，在配电网有脱离正常工作区间的趋势时，能够迅速有效地向电网提供调频、调峰、黑启动、备用等辅助功能。随着储能系统容量的进一步扩大，对PCS容量也提出了更高的要求，受开关器件耐流的限制，提高直流母线电压势在必行。在高压领域只能采用器件串并联的方法，从而导致器件的静态、动态、均压、均流等问题。针对这些问题提出了多电平电路拓扑，三电平电路拓扑凭借其结构的简单性及实用性在多电平拓扑中脱颖而出。与已有两电平电路相比，三电平电路具有谐波含量低、开关频率低、效率高等优点，但其多出了中性点0电位，会引起中点电位的波动，这种波动带来输出波形的谐波含量增加、开关器件的使用寿命缩短等问题。因此为了保证系统安全可靠地运行，必须对中点电位进行控制。
[0004]已有中点电位控制方法是通过检测矢量作用时连接到中点的某相实际负载电流方向，判断小矢量对直流电容电压的影响方向，并考虑到直流电容电压V
DC1
和V
DC2
的不平衡方向，来调整正负小矢量的相对作用时间，从而实现对中点电位偏移的抑制。已有中点电位控制方法中，正负小矢量的相对作用时间为定值，也即正负小矢量作用时间平衡因子k为定值，其存在调节速度缓慢且中点电位波动较大的缺点；或者需要基于直流侧中点电压反馈构成闭环控制，但其存在参数设计复杂，不易实现的缺陷。本专利技术在已有中点电位控制方法的基础上，提出一种带可变平衡因子的七段式SVPWM调制与大电流不开关五段式SVPWM调制根据中点电位偏移大小进行切换的控制方法，来进一步减小中点电位偏移量以及减小系统开关损耗。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种三电平储能PCS中点电位管理控制方法，可以有效减小储能系统三电平PCS中点电位偏移大小的带可变平衡因子的七段式SVPWM调制与大电流不开关五段式SVPWM调制根据中点电位偏移大小进行切换的控制策略，用于改善储能系统三电平PCS中点电位偏移情况及减小开关损耗，其具有中点电位偏移小，电流波形失真小，效率高，响应迅速等优点。
[0006]如图1所示为I型三电平PCS拓扑结构图，下面结合图1对中点电位波动原因分析，V
DC
为直流侧储能电池电压，C1和C2分别为上母线电容和下母线电容且C1与C2大小相等，V
DC1
与V
DC2
分别为C1和C2上的电压且V
DC1
等于V
DC2
，v
o
为主电路中点电位，i
c1
和i
c2
分别为上下母线电容上流过的电流，i
o
为中点流出电流。由电容电压与电流关系可得：
[0007][0008]其中直流侧中点电压为：
[0009][0010]将式(2)带入式(1)可得：
[0011][0012]由基尔霍夫电流定律：
[0013]i
o
＝i
c1
‑
i
c2
ꢀꢀꢀ
(4)
[0014]由C1＝C2，将式(3)带入式(4)：
[0015][0016]将式(5)进行化简：
[0017][0018]其中v
o
(0)为0时刻的v
o
值。
[0019]由式(6)可以看出，当中线上存在电流i
o
时，会引起中点电位v
o
的变化，且中线电流i
o
的方向对于中点电位v
o
的影响不同，当i
o
流入中点O时，中点电位v
o
会上升，反之，当i
o
流出中点O时，中点电位v
o
会下降。
[0020]若对中点电位进行单个采样周期的分析，由于采样周期较小，可近似认为在一个采样周期内中线电流i
o
不变，则一个采样周期内，中点电位波动值Δv
o
为：
[0021][0022]其中，T
s
为采样周期。由式(7)可以得出，若一个采样周期流入流出中点的电流不为0，则中点电位v
o
会出现波动。
[0023]图1为I型三电平PCS拓扑结构图，由于A、B，C三相完全对称，故以A相桥臂为例来分
析其P、O、N三种工作状态。如图2所示，当S
a1
、S
a2
导通时，A相输出电压V
AO
为V
DC
/2，此为P状态；当S
a2
、S
a3
导通时，A相输出电压V
AO
为0，此为O状态；当S
a3
、S
a4
导通时，A相输出电压V
AO
为﹣V
DC
/2，此为N状态。每一相桥臂都有P、O、N三种输出状态，A、B、C三相共有27组不同的开关状态，对应27种电压组合；27种开关状态所对应的空间矢量图如图3所示。可将图3空间矢量图分为I～VI六个大扇区，每个大扇区又可分为1～6六个小区域。通过判断三相输出电压V
abc
经αβ变换后的参考矢量V
ref
所在空间矢量图中的区域，用对应基本矢量去合成参考矢量。如图5所示，以I扇区1区域为例，冗余正负小矢量为ONN和POO，A、B、C三相输出相电流分别为i
a
、i
b
、i
c
，当小矢量ONN作用时，A相连接到中点，中点电流i
o
＝i
a
；当小矢量POO作用时，B相和C相连接到中点，中点电流i
o
＝i
b
+i
c
,由于i
b
+i
c
＝
‑
i
a
，则i
o
＝
‑
i
a
，由式(7)可知，冗余小矢量ONN和POO作用时，中线电流分别为i
a
和
‑
i
a
，两者对于中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三电平储能PCS中点电位管理控制方法，其特征在于，采用带可变平衡因子的七段式空间矢量脉宽调制SVPWM策略以及根据中点电位偏移大小自行切换调制策略，具体包括以下步骤：S1、每个开关周期对三电平PCS系统中上母线电容电压V
DC1
和下母线电容电压V
DC2
以及三相输出电流i
abc
分别进行采样；S2、用下母线电容电压V
DC2
减去上母线电容电压V
DC1
，若所得结果小于设置的滞环环宽h，则SVPWM调制方式采用大电流不开关五段式调制；若所得结果大于等于设置的滞环环宽h，则SVPWM调制方式采用带可变平衡因子的七段式空间矢量脉宽调制SVPWM策略；S3、若采用带可变平衡因子的七段式空间矢量脉宽调制SVPWM策略，则根据下母线电容电压V
DC2
与上母线电容电压V
DC1
差值的大小计算出可变平衡因子k；S4、根据V
DC2
与V
DC1
差值的正负和三相输出电流i
abc
的方向确定七段式SVPWM调制中正负冗余小矢量的作用时间；S5、调整SVPWM中各矢量的作用时间，实现对三电平变流器的中点电位控制。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛行奎，张霄杰，董纪清，张哲，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：