混合型分布式储能模块化多电平变换器及其控制方法技术

本发明专利技术涉及一种混合型分布式储能模块化多电平变换器及其控制方法，该模块化多电平变换器包括六个桥臂，其中每个桥臂主要由N个子模块、桥臂电感和桥臂等效电阻串联构成，每一相的上下两个桥臂合在一起组成一个相单元；所述N个子模块包括N

【技术实现步骤摘要】
混合型分布式储能模块化多电平变换器及其控制方法


[0001]本专利技术属于输配电
，具体涉及一种混合型分布式储能模块化多电平变换器及其控制方法。

技术介绍

[0002]随着新型电力系统的构建，以风电和光伏为代表的新能源大规模接入电网，然而新能源的不稳定性给电网带来的危害也日益加大，为了配合新能源大规模接入电网并保证电网的安全运行，通常需要将其与储能装置相结合，利用储能装置的功率解耦能力实现新能源输入与电网接收功率的有效解耦。然而对于增强大规模新能源接入频率响应、虚拟惯量控制等只需对部分MMC子模块进行储能配置，从而降低系统建造与维护成本，增加系统可靠性。
[0003]文献“P.D.Judge,T.C.Green,Modular Multilevel Converter With Partially Rated Integrated Energy Storage Suitable for Frequency Support andAncillary Service Provision[J].IEEE Transactions on PowerDelivery,2019,34(01):208
‑
219.”提出了一种新型的部分储能型模块化多电平换流器结构(partially rated storage MMC,PRS
‑
MMC)，为了克服在低功率运行时需要大量储能型子模块的问题，设计了一种将循环电流注入支路电流的控制方法。但是，当系统运行时，这种循环电流可能会造成显著的额外损失，因此所提出的拓扑结构不适合用于能源套利目的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种混合型分布式储能模块化多电平变换器及其控制方法，该模块化多电平变换器及其控制方法有利于实现交直流互联、能量缓冲和维持电网稳定，并降低系统建设成本与运行损耗。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种混合型分布式储能模块化多电平变换器，包括六个桥臂，其中每个桥臂主要由N个子模块、桥臂电感和桥臂等效电阻串联构成，每一相的上下两个桥臂合在一起组成一个相单元；所述N个子模块包括N
Q
个全桥子模块和N
H
个半桥子模块，所述半桥子模块为储能型子模块。
[0006]进一步地，所述半桥子模块包括两个带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管、第一子模块直流电容、子模块滤波电感和储能电池，所述两个带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管同时与第一子模块直流电容、子模块滤波电感与储能电池的串联电路并联。
[0007]进一步地，流入子模块的电流输入端同时连接第一绝缘栅双极型晶体管的发射极和第二绝缘栅双极型晶体管的集电极，所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极分两路，一路连接第一子模块直流电容的一端，另一路经子模块滤波电感连接储能电池的正极，所述第一子模块直流电容的另一端、储能电池的负极、第二绝缘栅双极型晶体管的发射极同时连接流出子模块的电流输出端。
[0008]进一步地，所述半桥子模块具有三种工作状态，分别为：闭锁状态，投入状态，切除
状态；将第一绝缘栅双极型晶体管及其上的第一反并联二极管看作第一开关器件，将第二绝缘栅双极型晶体管及其上的第二反并联二极管看作第二开关器件；当半桥子模块处于投入状态，第一开关器件开通而第二开关器件关断，电流通过第一开关器件实现双向流动，且子模块对外电压为电容电压U
c
；当半桥子模块处于切除状态，第一开关器件关断而第二开关器件开通，电流通过第二开关器件实现双向流动，且子模块对外电压为0；而当半桥子模块处于闭锁状态，第一开关器件和第二开关器件导通不定。
[0009]进一步地，当第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管都施加关断信号时，此时半桥子模块处于闭锁状态，根据第一绝缘栅双极型晶体管上的第一反并联二极管和第二绝缘栅双极型晶体管上的第二反并联二极管的导通情况分为两个工作模式，分别为模式(a)和模式(b)；对于模式(a)，第一反并联二极管导通，子模块电流通过第一反并联二极管对第一子模块直流电容充电，输出电压为电容电压；对于模式(b)，第二反并联二极管导通，子模块电流通过第二反并联二极管将电容旁路，输出电压为0；
[0010]当第一绝缘栅双极型晶体管施加开通信号，第二绝缘栅双极型晶体管施加关断信号时，此时半桥子模块处于投入状态，根据子模块电流流动方向分为两个工作模式，分别为模式(c)和模式(d)；对于模式(c)，第一反并联二极管导通，而第一绝缘栅双极型晶体管承受反向电压，尽管施加了开通信号仍处于关断状态，子模块电流通过第一反并联二极管对电容器充电，输出电压为电容电压；对于模式(d)，第一绝缘栅双极型晶体管导通，第一反并联二极管因承受反向电压处于关闭状态，子模块电流通过第一绝缘栅双极型晶体管对第一子模块直流电容放电，输出电压为电容电压；
[0011]当第一绝缘栅双极型晶体管施加关断信号，第二绝缘栅双极型晶体管施加开通信号时，此时半桥子模块处于切除状态，根据子模块电流流动方向分为两个工作模式，分别为模式(e)和模式(f)；对于模式(e)，第二绝缘栅双极型晶体管导通，而第二反并联二极管因承受反向电压处于关断状态，子模块电流通过第二绝缘栅双极型晶体管将电容旁路，输出电压为0；对于模式(f)，第二反并联二极管导通，而第二绝缘栅双极型晶体管承受反向电压，尽管施加了开通信号仍处于关断状态，子模块电流通过第二反并联二极管将电容旁路，输出电压为0。
[0012]进一步地，所述全桥子模块包括四个带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管和第二子模块直流电容，所述四个带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管两两串联后的串联电路同时与第二子模块直流电容并联。
[0013]进一步地，所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极连接第四绝缘栅双极型晶体管的集电极，所述第五绝缘栅双极型晶体管的发射极连接第六绝缘栅双极型晶体管的集电极，所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极、第五绝缘栅双极型晶体管的集电极同时连接第二子模块直流电容的一端，所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极、第六绝缘栅双极型晶体管的发射极同时连接第二子模块直流电容的另一端，流入子模块的电流输入端连接于第三绝缘栅双极型晶体管和第四绝缘栅双极型晶体管之间，流出子模块的电流输出端连接于第五绝缘栅双极型晶体管和第六绝缘栅双极型晶体管之间。
[0014]进一步地，所述全桥子模块具有四种工作状态；将第三绝缘栅双极型晶体管及其上的第三反并联二极管看作第三开关器件，将第四绝缘栅双极型晶体管及其上的第四反并联二极管看作第四开关器件，将第五绝缘栅双极型晶体管及其上的第五反并联二极管看作
第五开关器件，将第六绝缘栅双极型晶体管及其上的第六反并联二极管看作第六开关器件；当第三开关器件和第六开关器件开通，电流通过第三开关器件和第六开关器件实现双向流动，且子模块端口电压为正电容电压U
c
；当第三开关器件和第五开关器件开通，电流通过第三开关器件和第五开关器件实现双向流动，且子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合型分布式储能模块化多电平变换器，其特征在于，包括六个桥臂，其中每个桥臂主要由N个子模块、桥臂电感和桥臂等效电阻串联构成，每一相的上下两个桥臂合在一起组成一个相单元；所述N个子模块包括N
Q
个全桥子模块和N
H
个半桥子模块，所述半桥子模块为储能型子模块。2.根据权利要求1所述的混合型分布式储能模块化多电平变换器，其特征在于，所述半桥子模块包括两个带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管、第一子模块直流电容、子模块滤波电感和储能电池，所述两个带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管同时与第一子模块直流电容、子模块滤波电感与储能电池的串联电路并联。3.根据权利要求2所述的混合型分布式储能模块化多电平变换器，其特征在于，流入子模块的电流输入端同时连接第一绝缘栅双极型晶体管的发射极和第二绝缘栅双极型晶体管的集电极，所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极分两路，一路连接第一子模块直流电容的一端，另一路经子模块滤波电感连接储能电池的正极，所述第一子模块直流电容的另一端、储能电池的负极、第二绝缘栅双极型晶体管的发射极同时连接流出子模块的电流输出端。4.根据权利要求3所述的混合型分布式储能模块化多电平变换器，其特征在于，所述半桥子模块具有三种工作状态，分别为：闭锁状态，投入状态，切除状态；将第一绝缘栅双极型晶体管及其上的第一反并联二极管看作第一开关器件，将第二绝缘栅双极型晶体管及其上的第二反并联二极管看作第二开关器件；当半桥子模块处于投入状态，第一开关器件开通而第二开关器件关断，电流通过第一开关器件实现双向流动，且子模块对外电压为电容电压U
c
；当半桥子模块处于切除状态，第一开关器件关断而第二开关器件开通，电流通过第二开关器件实现双向流动，且子模块对外电压为0；而当半桥子模块处于闭锁状态，第一开关器件和第二开关器件导通不定。5.根据权利要求4所述的混合型分布式储能模块化多电平变换器，其特征在于，当第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管都施加关断信号时，此时半桥子模块处于闭锁状态，根据第一绝缘栅双极型晶体管上的第一反并联二极管和第二绝缘栅双极型晶体管上的第二反并联二极管的导通情况分为两个工作模式，分别为模式(a)和模式(b)；对于模式(a)，第一反并联二极管导通，子模块电流通过第一反并联二极管对第一子模块直流电容充电，输出电压为电容电压；对于模式(b)，第二反并联二极管导通，子模块电流通过第二反并联二极管将电容旁路，输出电压为0；当第一绝缘栅双极型晶体管施加开通信号，第二绝缘栅双极型晶体管施加关断信号时，此时半桥子模块处于投入状态，根据子模块电流流动方向分为两个工作模式，分别为模式(c)和模式(d)；对于模式(c)，第一反并联二极管导通，而第一绝缘栅双极型晶体管承受反向电压，尽管施加了开通信号仍处于关断状态，子模块电流通过第一反并联二极管对电容器充电，输出电压为电容电压；对于模式(d)，第一绝缘栅双极型晶体管导通，第一反并联二极管因承受反向电压处于关闭状态，子模块电流通过第一绝缘栅双极型晶体管对第一子模块直流电容放电，输出电压为电容电压；当第一绝缘栅双极型晶体管施加关断信号，第二绝缘栅双极型晶体管施加开通信号时，此时半桥子模块处于切除状态，根据子模块电流流动方向分为两个工作模式，分别为模式(e)和模式(f)；对于模式(e)，第二绝缘栅双极型晶体管导通，而第二反并联二极管因承
受反向电压处于关断状态，子模块电流通过第二绝缘栅双极型晶体管将电容旁路，输出电压为0；对于模式(f)，第二反并联二极管导通，而第二绝缘栅双极型晶体管承受反向电压，尽管施加了开通信号仍处于关断状态，子模块电流通过第二反并联二极管将电容旁路，输出电压为0。6.根据权利要求1所述的混合型分布式储能模块化多电平变换器，其特征在于，所述全桥子...

【专利技术属性】
技术研发人员：晁武杰，邓超平，王金柯，戴立宇，黄均纬，林国栋，郭健生，李智诚，胡文旺，陈大玮，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：