【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于储能控制领域，尤其涉及一种双直流输入三电平储能变流器及其共模电压抑制方法及装置。
技术介绍
1、变流器作为可再生能源发电装置与电网之间的接口，是其能量转换的核心设备，有着不可替代的作用。其中三电平变流器在du/dt、半导体损耗、输出谐波、滤波器体积和生命周期成本等方面具有明显的优势，使得其在太阳能光伏并网逆变器以及储能装置等领域广泛应用。
2、双直流输入三电平储能变流器在许多现实应用中都有使用。比如在光伏发电领域，将三电平变流器直流侧的上、下电容器连接到两个独立的光伏阵列，可以通过独立的方式实现两组光伏阵列的独立最大功率跟踪控制以为储能装置获取不同来源的最大功率。另外在一些大功率场合，通常会在直流侧上下电容上连接两组不控整流桥来实现功率的增加。但是由于实际运行工况的问题，会使得上下电容的电压不一致，此时对于三电平变流器来说传统的基于中性点电压平衡的调制方法会导致输出电流发生畸变，影响输出电流的波形质量。而且在某些特定的领域需要对上、下直流母线电容器的电压进行不对称调节。因此对于三电平变流器的先进脉宽调制策略，不仅必须能够平衡中性点电压，而且必须能够在不平衡直流母线下有效的工作。
3、由于直流母线的不对称会使得其空间矢量图变得不对称且复杂，导致通过计算最近的三个矢量的持续时间来实现空间矢量pwm(svpwm)非常耗时。对于不平衡直流母线下的控制，传统的将svpwm和基于载波的调制相结合的混合pwm虽然能够简化计算，但同时可能会导致低频振荡现象，无法保持较高的控制精度。而传统的虚拟空间矢量pwm
4、绝大部分提出的调制策略往往只考虑了单一优化目标，对于某些特殊场合，不仅要克服共模电压较高以及中性点电压振荡的问题，还需要解决在不平衡直流母线下的不平衡控制精度的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种双直流输入三电平储能变流器及其共模电压抑制方法及装置，通过简化后基本空间矢量的组合构造了既不对中性点充电也不放电的虚拟空间矢量,从而实现对共模电压的抑制和中性点电压的平衡。此外在抑制共模电压的基础上通过优化占空比和开关序列实现对不对称直流母线的控制。
2、本专利技术按以下技术方案实现：
3、第一方面，本专利技术提供了一种双直流输入三电平储能变流器，包括上、下直流电源e1和e2，上、下直流母线电容c1和c2，a相桥臂由功率开关器件s1-s4，续流二极管d1-d4组成，b相桥臂由功率开关器件s5-s8，续流二极管d5-d8组成，c相桥臂由功率开关器件s9-s12，续流二极管d9-d12组成，以及三相交流滤波器和三相交流电网；o点是直流母线电容中点，a、b、c为a、b、c三相桥臂的输出端；所述直流电源e1和e2由电池组串联而成，所述上、下电池组e1和e2分别与上、下母线电容c1和c2并联，形成双直流输入t型三电平结构。
4、第二方面，一种双直流输入三电平储能变流器共模电压抑制方法，所述方法包括：
5、所述方法采用通过定义一组不对中性点充电或放电的虚拟空间矢量来消除不平衡度ξ的低频振荡，其中ξ＝(vc1-vc2)/vdc，vc1为上电容电压，vc2为下电容电压，vdc为直流母线电压的一半，具体步骤包括：
6、计算每个基本空间矢量的共模电压值；
7、采用小共模电压的基本空间矢量重新定义虚拟空间矢量；
8、计算采用的小共模电压的基本空间矢量的位置；
9、根据采用的小共模电压的基本空间矢量的位置得出虚拟空间矢量图；
10、根据虚拟空间矢量图得出开关序列，从而实现共模电压抑制。
11、在一种实施方式中，将传统vsvpwm中的b相的开关序列由“p-o-n-o-p”修改为“n-o-p-o-n”，以避免使用具有大共模电压的基本空间矢量。
12、在一种实施方式中，所述重新定义虚拟空间矢量，以参考空间矢量与实轴夹角范围为0至60度的情况为例，表示为：
13、
14、其中，为重新定义的虚拟零矢量，和为重新定义的虚拟大矢量，和为重新定义的虚拟小矢量，为重新定义的虚拟中矢量；
15、所述重新定义的虚拟小矢量是n型小基本空间矢量“oon”和中型基本空间矢量“pno”矢量和的一半；所述重新定义的虚拟小矢量是p型小基本空间矢量“poo”和中型基本空间矢量“opn”的矢量和的一半；所述重新定义的虚拟中矢量是三个相邻中型基本空间矢量“pon”、“opn”和“pno”的矢量和的三分之一。
16、在一种实施方式中，该方法还包括对双直流输入三电平储能变流器进行不对称控制，具体步骤包括：
17、采用具有零序电压注入的基于载波的pwm来实现直流母线不对称控制；
18、根据vsvpwm的虚拟空间矢量图得出的开关序列计算伏秒平衡方程以及中性点电流；
19、通过引入的新的控制自由度改变占空比来调整中性点电流实现直流母线的不对称控制；
20、计算占空比以及注入的零序电压，得到功率开关管的驱动脉冲。
21、在一种实施方式中，所述伏秒平衡方程为：
22、
23、
24、其中djk(j＝a、b和c，k＝n、o和p)是‘j’相的‘k’状态的占空比，和表示三相正弦指令电压，vz为注入零序电压。
25、在一种实施方式中，所述通过引入的新的控制自由度改变占空比来调整中性点电流实现直流母线的不对称控制，其计算过程如下：
26、
27、其中，△d为引入的新的控制自由度，并将其与b相o状态的占空比dbo相加，得出新的占空比dbo′；为了保证伏秒平衡和实现不对称控制，将不平衡度ξ引入b相的p状态和n状态的占空比计算中得出b相p状态和n状态的新的占空比dbp′和dbn′。
28、在一种实施方式中，所述通过引入的新的控制自由度改变占空比来调整中性点电流实现直流母线的不对称控制后，对引入的新的控制自由度δd的最大值和最小值进行了限制，其计算过程如下：
29、
30、其中，τ1和τ2为最小值和最大值分别为dbo和1-dbo；
31、通过调整后的占空比计算中点电流平均值，并且在△dmin至△dmax范围内，计算出△d，其计算过程如下：
32、
33、
34、其中，为中点电流平均值的参考值。
35、在一种实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种双直流输入三电平储能变流器，其特征在于，包括上、下直流电源E1和E2，上、下直流母线电容C1和C2，A相桥臂由功率开关器件S1-S4，续流二极管D1-D4组成，B相桥臂由功率开关器件S5-S8，续流二极管D5-D8组成，C相桥臂由功率开关器件S9-S12，续流二极管D9-D12组成，以及三相交流滤波器和三相交流电网；O点是直流母线电容中点，a、b、c为A、B、C三相桥臂的输出端；所述直流电源E1和E2由电池组串联而成，所述上、下电池组E1和E2分别与上、下母线电容C1和C2并联，形成双直流输入T型三电平结构。
2.一种双直流输入三电平储能变流器共模电压抑制方法，其特征在于，所述方法采用通过定义一组不对中性点充电或放电的虚拟空间矢量来消除不平衡度ξ的低频振荡，其中ξ＝(Vc1-Vc2)/Vdc，Vc1为上电容电压，Vc2为下电容电压，Vdc为直流母线电压的一半，具体步骤包括：
3.根据权利要求2所述的双直流输入三电平储能变流器共模电压抑制方法，其特征在于，将传统VSVPWM中的b相的开关序列由“P-O-N-O-P”修改为“N-O-P-O-N”，以避免
4.根据权利要求3所述的双直流输入三电平储能变流器共模电压抑制方法，其特征在于，所述重新定义虚拟空间矢量，以参考空间矢量与实轴夹角范围为0至60度的情况为例，表示为：
5.根据权利要求2所述的双直流输入三电平储能变流器共模电压抑制方法，其特征在于，该方法还包括对双直流输入三电平储能变流器进行不对称控制，具体步骤包括：
6.根据权利要求5所述的双直流输入三电平储能变流器共模电压抑制方法，其特征在于，所述伏秒平衡方程为：
7.根据权利要求6所述的双直流输入三电平储能变流器共模电压抑制方法，其特征在于，所述通过引入的新的控制自由度改变占空比来调整中性点电流实现直流母线的不对称控制，其计算过程如下：
8.根据权利要求5或7所述的双直流输入三电平储能变流器共模电压抑制方法，其特征在于，所述通过引入的新的控制自由度改变占空比来调整中性点电流实现直流母线的不对称控制后，对引入的新的控制自由度Δd的最大值和最小值进行了限制，其计算过程如下：
9.根据权利要求8所述的双直流输入三电平储能变流器共模电压抑制方法，其特征在于，对双直流输入三电平储能变流器的共模电压抑制效果，通过求得不同调制度下的共模电压CMV峰峰值来验证；所述求得不同调制度下的共模电压CMV峰峰值为：
10.一种双直流输入三电平储能变流器共模电压抑制装置，其特征在于，所述装置包括：
...【技术特征摘要】
1.一种双直流输入三电平储能变流器，其特征在于，包括上、下直流电源e1和e2，上、下直流母线电容c1和c2，a相桥臂由功率开关器件s1-s4，续流二极管d1-d4组成，b相桥臂由功率开关器件s5-s8，续流二极管d5-d8组成，c相桥臂由功率开关器件s9-s12，续流二极管d9-d12组成，以及三相交流滤波器和三相交流电网；o点是直流母线电容中点，a、b、c为a、b、c三相桥臂的输出端；所述直流电源e1和e2由电池组串联而成，所述上、下电池组e1和e2分别与上、下母线电容c1和c2并联，形成双直流输入t型三电平结构。
2.一种双直流输入三电平储能变流器共模电压抑制方法，其特征在于，所述方法采用通过定义一组不对中性点充电或放电的虚拟空间矢量来消除不平衡度ξ的低频振荡，其中ξ＝(vc1-vc2)/vdc，vc1为上电容电压，vc2为下电容电压，vdc为直流母线电压的一半，具体步骤包括：
3.根据权利要求2所述的双直流输入三电平储能变流器共模电压抑制方法，其特征在于，将传统vsvpwm中的b相的开关序列由“p-o-n-o-p”修改为“n-o-p-o-n”，以避免使用具有大共模电压的基本空间矢量。
4.根据权利要求3所述的双直流输入三电平储能变流器共模电压抑制方法，其特征在于，所述重新...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴翔，曹宋洋，张宇阳，李帅，仲浩，王歆宇，戴鑫，张晓，谭国俊，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
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