一种基于半桥全桥混合型MMC的储能装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于半桥全桥混合型MMC的储能装置及控制方法，采用三相六桥臂结构，六个桥臂分别设置一定数量的半桥型和全桥型子模块，构成子模块混合型MMC；既可以实现隔离直流侧双极短路故障的功能，同时又可以节省开关器件数量，兼顾了故障隔离和经济性的优势；在原本半桥、全桥子模块上再采用了非隔离型双向DC

【技术实现步骤摘要】
一种基于半桥全桥混合型MMC的储能装置及控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子，新能源发电领域。尤其涉及种基于半桥全桥混合型MMC的储能装置及控制方法。

技术介绍

[0002]随着分布式新能源并网发电的日益普及，分布式发电容量在整个电力系统中所占的比重将越来越大；但风能、太阳能等各种分布式发电是一种间歇性能源，受气候和环境的影响严重，输出功率具有不稳定性和不完全可控性。
[0003]在这种环境下，大规模分布式并网装置的投入，对电力系统的电能质量、稳定性和安全运行都将造成无法忽略的影响。因此,分布式发电系统接入电网，需要配置一定容量的储能系统，以确保其供电的持续性和可靠性。
[0004]模块化多电平变换器由三相每相上下两个桥臂和电感组成，每个桥臂又由若干个子模块串联而成，传统的每个子模块由两个全控型开关器件和一个电容组成的半桥子模块。这种电路结构在高压环境也不必需耐压等级较高的功率开关器件，就可以实现较高的交直流电压等级。同时，由于输出电平数较多，等效开关频率高，可以大幅降低输出电流谐波含量。
[0005]在直流输配电系统设计和运行时，必须考虑直流侧双极短路故障，并有可靠方法隔离故障。当直流侧出现故障时，闭锁所有IGBT，半桥子模块中单向流通的电流可不必经过电容，不具备故障隔离能力；全桥子模块中故障电流必须经过电容才能构成通路，但是全桥模块的开关数量是半桥模块的两倍，造价较高。

技术实现思路

[0006]针对以上问题，本专利技术采用混合型模块化多电平换流器的拓扑结构，结合半桥模块和全桥模块各自的优势，这种换流器既可以实现隔离直流侧双极短路故障的功能，同时又可以节省开关器件数量，兼顾了故障隔离和经济性的优势。换流器本身则具有隔离短路电流的能力，相比采用交直流断路器的方案，更加快速、有效、经济实用。
[0007]本专利技术按以下技术方案实现：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种基于半桥全桥混合型MMC的储能装置，该混合型MMC的储能装置采用三相六桥臂结构，每个桥臂由数量相等的半桥子模块HBSM和全桥子模块FBSM混合组成；所述半桥子模块HBSM和全桥子模块FBSM上的电容通过非隔离型双向DC
‑
DC变换器连接储能单元。
[0009]第二方面，本专利技术提供了一种基于权利要求1所述半桥全桥混合型MMC的储能装置控制方法，该方法包括：
[0010]采用最近电平逼近法得出每个时刻的投入或切除子模块数量，控制输出相电压波形接近正弦波；
[0011]通过排序法和交直流调制度选择出具体投入的子模块及实现各子模块之间的电
池SOC均衡；
[0012]对双向DC
‑
DC变换器上的两个IGBT采用独立的PWM控制使其工作在Boost或者Buck模式下，控制电池充放电，实现功率自动双向流动；
[0013]当双向DC
‑
DC变换器工作在Boost模式下时，电池放电，功率由电池流向系统；当双向DC
‑
DC变换器工作在Buck模式下时，电池充电，功率由系统流向电池。
[0014]在一种实施方式中，采用最近电平逼近法得出每个时刻的投入或切除子模块数量为：
[0015]上桥臂投入子模块数：
[0016]下桥臂投入子模块数：
[0017]其中，N
SM
是一条桥臂上子模块总数，U
ref
为调制波，U
C
为子模块电容额定电压，round为取整函数。
[0018]在一种实施方式中，交直流调制度实现各子模块之间的电池SOC均衡的方法为：
[0019]定义直流调制度M
dc
和交流调制度M
ac
；所述其中，U
dc
是直流电压，U
dc*
是额定直流电压；所述其中，U
dc
是直流电压，U
m
是交流相电压幅值；
[0020]设定任何时刻桥臂内不允许同时投入正模块和负模块，所述正、负模块指子模块端口电压的正负；
[0021]当M
dc
＞0.5M
ac
时，桥臂电流瞬时值有正有负，半桥子模块HBSM和全桥子模块FBSM都可用；
[0022]当M
dc
≤0.5M
ac
时，桥臂电流严重偏置，恒为正值，只有全桥子模块FBSM可用。
[0023]在一种实施方式中，所述通过排序法和交直流调制度选择出具体投入的子模块及实现各子模块之间的电池SOC均衡，包括：
[0024]实时获取当前周期桥臂输出电平数N；
[0025]当输出电平数N发生改变时，根据交直流调制度M
dc
是否大于0.5M
ac
选择出相应的子模块电池SOC排序；所述子模块电池SOC排序包括：全部子模块电池SOC排序和全部FBSMS电池排序；
[0026]选择好子模块电池SOC排序后，根据输出电平数N是否大于等于0和桥臂电流i
SM
是否大于0，选择投入正投入或负投入子模块；所述正投入或负投入子模块指投入子模块端口电压为正的模块或为负的模块；
[0027]对桥臂中上一时刻被选中但未在当前时刻被选中的子模块进行切除。
[0028]在一种实施方式中，所述选择好子模块电池SOC排序后，根据输出电平数N是否大于等于0和桥臂电流i
SM
是否大于0，选择投入正投入或负投入子模块，具体包括：
[0029]选择全部子模块电池SOC排序：
[0030]当输出电平数N大于等于0和桥臂电流i
SM
大于0，正投入N个电池SOC最低的子模块；
[0031]当输出电平数N大于等于0和桥臂电流i
SM
小于0，正投入N个电池SOC最高的子模块；
[0032]当输出电平数N小于等于0和桥臂电流i
SM
大于0，负投入|N|个电池SOC最高的FBSM
子模块；
[0033]当输出电平数N小于等于0和桥臂电流i
SM
小于0，负投入|N|个电池SOC最低的FBSM子模块；
[0034]选择全部FBSMS电池排序：
[0035]当输出电平数N大于等于0和桥臂电流i
SM
大于0，正投入N个电池SOC最低的FBSM子模块；
[0036]当输出电平数N大于等于0和桥臂电流i
SM
小于0，正投入N个电池SOC最高的FBSM子模块；
[0037]当输出电平数N小于等于0和桥臂电流i
SM
大于0，负投入|N|个电池SOC最高的FBSM子模块；
[0038]当输出电平数N小于等于0和桥臂电流i
SM
小于0，负投入|N|个电池SOC最低的FBSM子模块。
[0039]在一种实施方式中，在通过排序法和交直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于半桥全桥混合型MMC的储能装置，其特征在于：该混合型MMC的储能装置采用三相六桥臂结构，每个桥臂由数量相等的半桥子模块HBSM和全桥子模块FBSM混合组成；所述半桥子模块HBSM和全桥子模块FBSM上的电容通过非隔离型双向DC
‑
DC变换器连接储能单元。2.一种基于权利要求1所述半桥全桥混合型MMC的储能装置控制方法，其特征在于：该方法包括：采用最近电平逼近法得出每个时刻的投入或切除子模块数量，控制输出相电压波形接近正弦波；通过排序法和交直流调制度选择出具体投入的子模块及实现各子模块之间的电池SOC均衡；对双向DC
‑
DC变换器上的两个IGBT采用独立的PWM控制使其工作在Boost或者Buck模式下，控制电池充放电，实现功率自动双向流动；当双向DC
‑
DC变换器工作在Boost模式下时，电池放电，功率由电池流向系统；当双向DC
‑
DC变换器工作在Buck模式下时，电池充电，功率由系统流向电池。3.根据权利要求2所述的基于半桥全桥混合型MMC的储能装置控制方法，其特征在于：采用最近电平逼近法得出每个时刻的投入或切除子模块数量为：上桥臂投入子模块数：下桥臂投入子模块数：其中，N
SM
是一条桥臂上子模块总数，U
ref
为调制波，U
C
为子模块电容额定电压，round为取整函数。4.根据权利要求2所述的基于半桥全桥混合型MMC的储能装置控制方法，其特征在于：交直流调制度实现各子模块之间的电池SOC均衡的方法为：定义直流调制度M
dc
和交流调制度M
ac
；所述其中，U
dc
是直流电压，U
dc*
是额定直流电压；所述其中，U
dc
是直流电压，U
m
是交流相电压幅值；设定任何时刻桥臂内不允许同时投入正模块和负模块，所述正、负模块指子模块端口电压的正负；当M
dc
＞0.5M
ac
时，桥臂电流瞬时值有正有负，半桥子模块HBSM和全桥子模块FBSM都可用；当M
dc
≤0.5M
ac
时，桥臂电流严重偏置，恒为正值，只有全桥子模块FBSM可用。5.根据权利要求4所述的基于半桥全桥混合型MMC的储能装置控制方法，其特征在于：所述通过排序法和交直流调制度选择出具体投入的子模块及实现各子模块之间的电池SOC均衡，包括：实时获取当前周期桥臂输出电平数N；当输出电平数N发生改变时，根据交直流调制度M
dc
是否大于0.5M
ac
选择出相应的子模块
电池SOC排序；所述子模块电池SOC排序包括：全部子模块电池SOC排序和全部FBSMS电池排序；选择好子模块电池SOC排序后，根据输出电平数N是否大于等于0和桥臂电流i
SM
是否大于0，选择投入正投入或负投入子模块；所述正投入或负投入子模块指投入子模块端口电压为正的模块或为负的模块；对桥臂中上一时刻被选中但未在当前时刻被选中的子模块进行切除。6.根据权利要求4所述的基于半桥全桥混合型MMC的储能装置控制方法，其特征在于：所述选择好子模块电池SOC排序后，根据输出电平数N是否大于等于0和桥臂电流i
SM
是否大于0，选择投入正投入或负投入子模块，具体包括：选择全部子模块电池SOC排序：当输出电平数N大于等于0和桥臂电流i
SM
大于0，正投入N个电池SOC最低的子模块；当输出电平数N大于等于0和桥臂电流i
SM
小于0，正投入N个电池SOC最高的子模块；当输出电平数N小于等于0和桥臂电流i
SM
大于0，负投入|N|个电池SOC最高的FBSM子模块；当输出电平数N小于等于0和桥臂电流i
SM
小于0，负投入|N|个电池SOC最低的FBSM子模块；选择全部FBSMS电池排序：当输出电平数N大于等于0和桥臂电流i
SM
大于0，正投入N个电池SOC最低的FBSM子模块；当输出电平数N大于等于0和桥臂电流i
SM
小于0，正投入N个电池SOC最高的FBSM子模块；当输出电平数N小于等于0和桥臂电流i
SM
大于0，负投入|N|个电池SOC最高的FBSM子模块；当输出电平数N小于等于0和桥臂电流i
SM
小于0，负投入|N|个电池SOC最低的FBSM子模块。7.根据权利要求6所述的基于半桥全桥混合型MMC的储能装置控制方法，其特征在于：在通过排序法和交直流调制度选择出具体投入的子模块及实现各子模块之间的电池SOC均衡的过程中，半桥子模块HBSM的工作模式包括：(1)VT1导通，VT2关断，电流从A端流入时，经过VD1续流，经过电容C...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锴，刘战，任道鹏，陈俊如，刘甄子，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：