级联多电平储能系统及其并网控制方法技术方案

本申请公开一种级联多电平储能系统及其并网控制方法，所述级联多电平储能系统的控制方法包括：对三相发波目标电压原始值进行支撑电容电压相间均衡控制以生成三相发波目标电压最终值，并根据所述三相发波目标电压最终值以及各相瞬时功率的方向，按照每相桥臂的N个功率模组以支撑电容电压值的大小进行排序的结果，依次分配H桥单元的驱动信号；控制各功率模组中的DC

【技术实现步骤摘要】
级联多电平储能系统及其并网控制方法


[0001]本申请涉及储能
，尤其涉及一种级联多电平储能系统及其并网控制方法。

技术介绍

[0002]随着大功率电力电子技术的日益成熟，高电压、大容量储能系统应用需求日益迫切。级联H桥型多电平变流器，因主电路拓扑简单、开关频率有倍频效果，具有良好的容错能力及对器件耐压要求低等特点，成为大容量储能系统的首选方案，在高压大功率场合中得到了广泛应用。
[0003]储能系统并网充电过程一般采用恒流或恒功率充电模式，但由于各功率单元间存在一定差异，如储能系统初始电压差异等，会导致充电过程中支撑电容电压和储能单元电压的不均衡，如果不做处理，电压偏差会不断加大，各功率单元间的充电功率差异也同时会加大，进而导致支撑电容电压出现过压或者欠压故障。因此，确保储能系统在不同条件下，三相间及每相各功率单元间支撑电容电压及储能单元电压的均衡性，及三相间充电功率的一致性，是亟需解决问题。

技术实现思路

[0004]本申请旨在提供一种级联多电平储能系统及其并网控制方法，以解决现有级联多电平储能系统在并网运行时，难以同时满足支撑电容电压和储能单元电压的均衡控制的问题。
[0005]本申请一方面提供一种级联多电平储能系统的并网控制方法，所述级联多电平储能系统包括储能变流器，所述储能变流器包括三相桥臂，每相桥臂包括级联的由N个功率模组，每个功率模组包括H桥单元、支撑电容、DC
‑
DC变换器和储能单元；所述控制方法包括：
[0006]对三相发波目标电压原始值进行支撑电容电压相间均衡控制以生成三相发波目标电压最终值，并根据所述三相发波目标电压最终值以及各相瞬时功率的方向，按照每相桥臂的N个功率模组以支撑电容电压值的大小进行排序的结果，依次分配H桥单元的驱动信号；
[0007]控制各功率模组中的DC
‑
DC变换器从支撑电容获取能量以对储能单元进行恒流充电，并将储能单元的电压稳定在储能单元目标电压设定值。
[0008]本申请另一方面提供一种级联多电平储能系统，所述级联多电平储能系统包括储能变流器和控制器；
[0009]所述储能变流器包括三相桥臂，每相桥臂包括级联的由N个功率模组，每个功率模组包括H桥单元、支撑电容、DC
‑
DC变换器和储能单元；
[0010]所述控制器被配置为对三相发波目标电压原始值进行支撑电容电压相间均衡控制以生成三相发波目标电压最终值，并根据所述三相发波目标电压最终值以及各相瞬时功率的方向，按照每相桥臂的N个功率模组以支撑电容电压值的大小进行排序的结果，依次分
配H桥单元的驱动信号；控制各功率模组中的DC
‑
DC变换器从支撑电容获取能量以对储能单元进行恒流充电，并将储能单元的电压稳定在储能单元目标电压设定值。
[0011]本申请提供的级联多电平储能系统及其并网控制方法，能够实现并网充电过程支撑电容电压的均衡控制，以及三相间储能单元总充电功率和每相各储能单元间充电功率的一致性，可有效兼顾支撑电容电压和储能单元电压的均衡控制。
附图说明
[0012]图1是本申请实施例提供的级联多电平储能系统示意图；
[0013]图2是本申请实施例提供的级联多电平储能变流器中的功率模组示意图；
[0014]图3是本申请实施例提供的级联多电平储能系统的并网充电过程控制框图；
[0015]图4是本申请实施例提供的级联H桥拓扑并网整流控制框图；
[0016]图5是本申请实施例提供的支撑电容电压相间均衡控制框图；
[0017]图6是本申请实施例提供的DC
‑
DC变换器控制框图；
[0018]图7是本申请实施例提供的相充电电流处理框图；
[0019]图8是本申请实施例提供的单元充电电流处理框图；
[0020]图9是本申请实施例提供的级联多电平储能系统的并网控制方法示意图。
[0021]本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0022]为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0023]在本申请的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0024]本申请实施例涉及到的变量及其定义：
[0025]i
a
、i
b
、i
c
：电网A、B、C三相电流
[0026]V
ga
、V
gb
、V
gc
：电网A、B、C三相电压
[0027]PLL：Phase Locked Loop，锁相环
[0028]θ：电网电压锁相角度，由锁相环(PLL)生成
[0029]ω：电网电压角频率，由锁相环(PLL)生成
[0030]V
gd
、V
gq
：电网电压d、q轴分量
[0031]PI：比例积分调节器(PI调节器)
[0032]变流器有功、无功电流设定值
[0033]i
d
、i
q
：变流器有功、无功电流反馈值
[0034]支撑电容电压设定值
[0035]U
dc_abc
：支撑电容A、B、C三相电压总平均值，
[0036]U
dc_a
、U
dc_b
、U
dc_c
：支撑电容电压A、B、C各相平均值
[0037]Ls：并网PFC电感感值
[0038]V
d
、V
q
：变流器发波目标电压d、q轴分量
[0039]V
a
、V
b
、V
c
：变流器A、B、C三相发波目标电压原始值
[0040]变流器A、B、C三相发波目标电压最终值
[0041]U
stor_abc
：储能单元A、B、C三相总电压平均值
[0042]U
stor_a
、U
stor_b
、U
stor_c
：储能单元A、B、C各相电压平均值
[0043]k
a
、k
b
、k
c
：储能单元A、B、C各相充电电流缩放系数
[0044]k
a1<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系统的并网控制方法，所述级联多电平储能系统包括储能变流器，所述储能变流器包括三相桥臂，每相桥臂包括级联的由N个功率模组，每个功率模组包括H桥单元、支撑电容、DC
‑
DC变换器和储能单元；其特征在于，所述控制方法包括：对三相发波目标电压原始值进行支撑电容电压相间均衡控制以生成三相发波目标电压最终值，并根据所述三相发波目标电压最终值以及各相瞬时功率的方向，按照每相桥臂的N个功率模组以支撑电容电压值的大小进行排序的结果，依次分配H桥单元的驱动信号；控制各功率模组中的DC
‑
DC变换器从支撑电容获取能量以对储能单元进行恒流充电，并将储能单元的电压稳定在储能单元目标电压设定值。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据电网电流、电网电压以及支撑电容电压设定值，采用电压电流双闭环矢量控制，生成三相发波目标电压原始值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述支撑电容电压相间均衡控制，包括：先将支撑电容电压设定值与支撑电容电压各相平均值的差值，经过PI调节器调节；然后将所述PI调节器的输出乘以对应相的三相电压余弦值得到均衡调节量；最后将所述三相发波目标电压原始值减去对应相的均衡调节量，得到所述三相发波目标电压最终值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述三相发波目标电压最终值以及各相瞬时功率的方向，按照每相桥臂的N个功率模组以支撑电容电压值的大小进行排序的结果，依次分配H桥单元的驱动信号，包括：当瞬时功率为正时，从支撑电容电压值低的功率模组中，选取所需数量的功率模组，使选取的功率模组的H桥单元输出有效电平，其余功率模组的H桥单元输出零电平；当瞬时功率为负时，从支撑电容电压值高的功率模组中，选取所需数量的功率模组，使选取的功率模组的H桥单元输出有效电平，其余功率模组的H桥单元输出零电平。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制各功率模组中的DC
‑
DC变换器从支撑电容获取能量以对储能单元进行恒流充电，并将储能单元的电压稳定在储能单元目标电压设定值，包括：当支撑电容电压低于设定门限时，控制各功率模组中的DC
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DC变换器从支撑电容获取能量以对储能单元进行恒流充电；当支撑电容电压高于设定门限...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢磊，周党生，吕一航，
申请(专利权)人：深圳市禾望电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：