级联多电平储能变流器支撑电容电压波动平抑控制方法技术

本发明专利技术属于电压波动平抑领域，具体涉及了一种级联多电平储能变流器支撑电容电压波动平抑控制方法，旨在解决现有级联多电平储能变流器在大功率应用场合下根据储能元件荷电状态进行排序轮换实现能量均衡时，无法及时完成轮换，使得支撑电容电压波动较大的问题。本发明专利技术包括：在每个控制周期计算各功率子模块轮换变量；根据参考电压确定当前控制周期需投入的功率子模块数量n；根据参考电压值和输出电流值，分别选择n个模块输出正电平或负电平，其余模块输出零电平。本发明专利技术通过基于储能元件荷电状态值和支撑电容电压值多因子权重优化排序方法实现子模块轮换运行，平抑支撑电容电压波动，降低DC

【技术实现步骤摘要】
级联多电平储能变流器支撑电容电压波动平抑控制方法


[0001]本专利技术属于电压波动平抑领域，具体涉及了一种级联多电平储能变流器支撑电容电压波动平抑控制方法。

技术介绍

[0002]在新能源发电以及高速电磁驱动等需要高压大容量储能系统的应用中，级联多电平储能变流器得到了广泛的应用。传统的级联多电平储能系统直接将储能元件并联在变流器的支撑电容上，其电压工作范围较窄，限制了储能元件的放电深度，影响其能量利用率，同时较大的电流纹波也会影响储能元件的使用寿命。而两级变换型级联多电平储能变流器[1]，增加了一级DC
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DC变换器连接储能元件和支撑电容，增大储能元件的电压工作范围，且可以控制支撑电容电压稳定，更好的保证了交流侧输出电压质量。
[0003]级联多电平储能变流器中各个功率子模块之间是相互独立的，如果各模块间储能元件能量不一致就会影响系统的能量利用率，甚至导致储能元件过充或过放，严重影响其使用寿命。级联多电平储能变流器通常根据储能元件的荷电状态或超级电容电压进行排序实现子模块轮换运行，以实现储能元件的能量均衡。CN103187895A、CN113675911A、CN103427692A、CN103956925等专利对传统的根据储能元件荷电状态排序轮换做了改进，但其目的是减少排序或计算的时间、降低开关频率，对于减小电压波动的改善并不明显，并且其功率子模块都是单级变换型拓扑。
[0004]但是当两级变换型级联多电平储能变流器应用于大功率场合下，储能变流器放电时，交流侧较大的电流流过支撑电容，会导致支撑电容电压出现较大幅度的波动。而DC
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DC变换器控制频率较低，响应时间较慢，储能元件释放的能量有限，而此时根据储能元件的荷电状态进行排序并不能反应支撑电容电压的大小关系，这就导致了某些功率子模块的支撑电容电压出现较大幅度的波动时，并不能及时完成轮换，加剧了支撑电容电压的波动。CN110556852A专利中采用了二次检索的方法同时对电容电压均压和储能元件能量均衡进行调节，可能会出现检索失败的情况，且相对比较复杂。
[0005]以下文献是与本专利技术相关的技术背景资料：
[0006]陶以彬、李官军、冯鑫振等，一种高压大容量储能变流器的拓扑结构及控制方法，2016
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05
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17，CN105897018A。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中的上述问题，即现有级联多电平储能变流器在大功率应用场合下根据储能元件荷电状态进行排序轮换实现能量均衡时，无法及时完成轮换，使得支撑电容电压波动较大的问题，本专利技术提供了一种级联多电平储能变流器支撑电容电压波动平抑控制方法，该方法包括：
[0008]步骤S10，构建级联多电平储能变流器各功率子模块储能元件的荷电状态值和支撑电容电压值与各功率子模块轮换变量的映射关系；
[0009]步骤S20，在每个控制周期的初始时刻，基于所述映射关系计算各功率子模块对应的轮换变量Q
i
，i＝1，2，
…
，N，Q
i
代表N个功率子模块中第i个的轮换变量；
[0010]步骤S30，将所述各功率子模块对应的轮换变量Q
i
按照从大到小的顺序排列为轮换变量序列Q；
[0011]步骤S40，对参考电压进行调制获取当前控制周期需要投入的功率子模块数量n，n≤N；
[0012]步骤S50，根据参考电压值和输出电流值的正负组合序列，分别选择相应的n个功率子模块输出正电平或负电平，其余N
‑
n个功率子模块输出零电平。
[0013]在一些优选的实施例中，所述级联多电平储能变流器各功率子模块储能元件的荷电状态值和支撑电容电压值与各功率子模块轮换变量的映射关系，其表示为：
[0014]其中，SOC
i
为第i个功率子模块储能元件的荷电状态，为第i个功率子模块对应的支撑电容电压值，α和β分别为预设的SOC
i
和对轮换变量Q
i
影响的权重系数。
[0015]在一些优选的实施例中，所述参考电压值和输出电流值的正负组合序列包括正序列、第一交叉序列、第二交叉序列和负序列；
[0016]所述正序列为参考电压值为正，且输出电流值为正；
[0017]所述第一交叉序列为参考电压值为正，且输出电流值为负；
[0018]所述第二交叉序列为参考电压值为负，且输出电流值为正；
[0019]所述负序列为参考电压值为负，且输出电流值为负。
[0020]在一些优选的实施例中，当参考电压值和输出电流值的正负组合序列为正序列时，选择所述轮换变量序列Q中Q
i
值较高的n个功率子模块输出正电平，其余N
‑
n个功率子模块输出零电平。
[0021]在一些优选的实施例中，当参考电压值和输出电流值的正负组合序列为第一交叉序列时，选择所述轮换变量序列Q中Q
i
值较低的n个功率子模块输出正电平，其余N
‑
n个功率子模块输出零电平。
[0022]在一些优选的实施例中，当参考电压值和输出电流值的正负组合序列为第二交叉序列时，选择所述轮换变量序列Q中Q
i
值较低的n个功率子模块输出负电平，其余N
‑
n个功率子模块输出零电平。
[0023]在一些优选的实施例中，当参考电压值和输出电流值的正负组合序列为负序列时，选择所述轮换变量序列Q中Q
i
值较高的n个功率子模块输出负电平，其余N
‑
n个功率子模块输出零电平。
[0024]本专利技术的另一方面，提出了一种级联多电平储能变流器支撑电容电压波动平抑控制系统，该系统包括以下模块：
[0025]映射模块，配置为构建级联多电平储能变流器各功率子模块储能元件的荷电状态值和支撑电容电压值与各功率子模块轮换变量的映射关系；
[0026]轮换变量计算模块，配置为在每个控制周期的初始时刻，基于所述映射关系计算各功率子模块对应的轮换变量Q
i
，i＝1，2，
…
，N，Q
i
代表N个功率子模块中第i个的轮换变量；
[0027]排序模块，配置为将所述各功率子模块对应的轮换变量Q
i
按照从大到小的顺序排列为轮换变量序列Q；
[0028]功率子模块运行数量获取模块，配置为对参考电压进行调制获取当前控制周期需要投入的功率子模块数量n，n≤N；
[0029]功率子模块轮换模块，配置为根据参考电压值和输出电流值的正负组合序列，分别选择相应的n个功率子模块输出正电平或负电平，其余N
‑
n个功率子模块输出零电平。
[0030]本专利技术的第三方面，提出了一种级联多电平储能变流器，该级联多电平储能变流器包括A相桥臂、B相桥臂和C相桥臂；
[0031]所述A相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种级联多电平储能变流器支撑电容电压波动平抑控制方法，其特征在于，该方法包括：步骤S10，构建级联多电平储能变流器各功率子模块储能元件的荷电状态值和支撑电容电压值与各功率子模块轮换变量的映射关系；步骤S20，在每个控制周期的初始时刻，基于所述映射关系计算各功率子模块对应的轮换变量Q
i
，i＝1，2，
…
，N，Q
i
代表N个功率子模块中第i个的轮换变量；步骤S30，将所述各功率子模块对应的轮换变量Q
i
按照从大到小的顺序排列为轮换变量序列Q；步骤S40，对参考电压进行调制获取当前控制周期需要投入的功率子模块数量n，n≤N；步骤S50，根据参考电压值和输出电流值的正负组合序列，分别选择相应的n个功率子模块输出正电平或负电平，其余N
‑
n个功率子模块输出零电平。2.根据权利要求1所述的级联多电平储能变流器支撑电容电压波动平抑控制方法，其特征在于，所述级联多电平储能变流器各功率子模块储能元件的荷电状态值和支撑电容电压值与各功率子模块轮换变量的映射关系，其表示为：其中，SOC
i
为第i个功率子模块储能元件的荷电状态，为第i个功率子模块对应的支撑电容电压值，α和β分别为预设的SOC
i
和对轮换变量Q
i
影响的权重系数。3.根据权利要求1所述的级联多电平储能变流器支撑电容电压波动平抑控制方法，其特征在于，所述参考电压值和输出电流值的正负组合序列包括正序列、第一交叉序列、第二交叉序列和负序列；所述正序列为参考电压值为正，且输出电流值为正；所述第一交叉序列为参考电压值为正，且输出电流值为负；所述第二交叉序列为参考电压值为负，且输出电流值为正；所述负序列为参考电压值为负，且输出电流值为负。4.根据权利要求3所述的级联多电平储能变流器支撑电容电压波动平抑控制方法，其特征在于，当参考电压值和输出电流值的正负组合序列为正序列时，选择所述轮换变量序列Q中Q
i
值较高的n个功率子模块输出正电平，其余N
‑
n个功率子模块输出零电平。5.根据权利要求3所述的级联多电平储能变流器支撑电容电压波动平抑控制方法，其特征在于，当参考电压值和输出电流值的正负组合序列为第一交叉序列时，选择所述轮换变量序列Q中Q
i
值较低的n个功率子模块输出正电平，其余N
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【专利技术属性】
技术研发人员：高范强，李耀华，李子欣，李自强，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：