一種分散儲(chǔ)能的電力電子變壓器及其控制方法
【專利說明】-種分散儲(chǔ)能的電力電子變壓器及其控制方法
【背景技術(shù)】
[0001] 隨著電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展，傳統(tǒng)電力變壓器逐漸顯露出一些缺點(diǎn)，如：負(fù)載過大時(shí)，會(huì)導(dǎo) 致輸出電壓下降、產(chǎn)生諧波；無論是原方還是副方發(fā)生故障時(shí)，另一側(cè)都會(huì)受到影響；功能 單一，沒有電壓調(diào)節(jié)、功率因數(shù)校正和功率潮流控制等功能。
[0002] 電力電子變壓器（PowerElectronicTransformer，PET)是近年來隨著半導(dǎo)體技 術(shù)的發(fā)展而逐步發(fā)展起來的新型電力變壓器，其充分利用了變流器和高頻變壓器的優(yōu)點(diǎn)， 克服了傳統(tǒng)變壓器的缺點(diǎn)，還可以實(shí)現(xiàn)故障隔離，電能質(zhì)量控制，分布式直流電源接入等功 能，符合主動(dòng)電網(wǎng)和微網(wǎng)等現(xiàn)代智能電網(wǎng)建設(shè)的需求，發(fā)展迅速。但是，它不能補(bǔ)償電壓中 斷，對(duì)深度電壓跌落也無能為力。電力電子變壓器作為主網(wǎng)與主動(dòng)配電網(wǎng)或微網(wǎng)等下級(jí)電 網(wǎng)的接口，在主網(wǎng)出現(xiàn)惡劣工況時(shí)，比如電壓大幅度波動(dòng)或跌落，需要保障下級(jí)電網(wǎng)能平穩(wěn) 度過異常工況；在主網(wǎng)突然出現(xiàn)故障時(shí)，需要保障下級(jí)電網(wǎng)能順利離網(wǎng)運(yùn)行。在主網(wǎng)非正常 工作期間保障下級(jí)電網(wǎng)正常工作，電力電子變壓器不僅僅需要高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的控制功能，還 需要有足夠的能量支持。針對(duì)電力電子變壓器的儲(chǔ)能需求，國內(nèi)已逐漸展開了研宄，并提出 了一些儲(chǔ)能方法。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)方案是利用電力電子變壓器的低壓直流母線，在母線上接入超級(jí)電容儲(chǔ) 能系統(tǒng)，儲(chǔ)能系統(tǒng)與母線之間使用DC/DC功率變換電路，進(jìn)行相應(yīng)的控制，實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容與 直流母線之間的充放電。現(xiàn)有技術(shù)方案的缺點(diǎn)：（1)超級(jí)電容集中儲(chǔ)能，能量密度比一般儲(chǔ) 能電池??；（2)儲(chǔ)能系統(tǒng)與電力電子變壓器之間增加了額外的DC/DC功率變換電路，需兩套 控制系統(tǒng)，且成本高。（3)隔離級(jí)采用全橋結(jié)構(gòu)，開關(guān)管電壓應(yīng)力難以平衡，電流和電壓控制 能力不強(qiáng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種通過分散的儲(chǔ)能單元實(shí)現(xiàn) 儲(chǔ)能的電力電子變壓器。本發(fā)明能夠保障特殊工況下電力電子變壓器足夠的能量支持，并 避免了大容量電池的使用。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種分散儲(chǔ)能的電力電子變壓器，其特征在于：所述電力電子變壓器包括級(jí)聯(lián)整 流級(jí)、分散儲(chǔ)能級(jí)、隔離級(jí)、輸出級(jí)；
[0007] 其中，所述電力電子變壓器的輸入端的每一相都接入H橋模塊的輸入端，H橋模塊 的輸出端和與之相應(yīng)的儲(chǔ)能模塊的輸入端連接，儲(chǔ)能模塊的輸出端和與之相應(yīng)的隔離級(jí)的 輸入端連接；所述H橋模塊、與H橋模塊相應(yīng)的儲(chǔ)能模塊和與儲(chǔ)能模塊相應(yīng)的隔離模塊組成 功率單兀；在電力電子變壓器的每一個(gè)單相上都接入n個(gè)功率單兀和一個(gè)輸出模塊，H橋模 塊的輸入端作為功率單元的輸入端，功率單元的輸入端與電網(wǎng)連接，相內(nèi)級(jí)聯(lián)連接，相間星 形連接；隔離模塊的輸出端為功率單元的輸出端，功率單元的輸出端并聯(lián)，與輸出模塊的輸 入端連接；
[0008] 每一個(gè)單相上的所有H橋模塊構(gòu)成該單相上的級(jí)聯(lián)整流級(jí)，每一個(gè)單相上的所有 儲(chǔ)能模塊構(gòu)成該單相上的分散儲(chǔ)能級(jí)，每一個(gè)單相上的所有隔離模塊構(gòu)成該單相上的隔離 級(jí)，輸出級(jí)由一個(gè)輸出模塊構(gòu)成。
[0009] 所述H橋模塊為由四個(gè)帶反并聯(lián)二級(jí)管的IGBT構(gòu)成的可控全橋整流電路。
[0010] 所述儲(chǔ)能模塊包括一個(gè)Buck/Boost變換器，濾波電感和蓄電池，蓄電池通過濾波 電感和buck/boost變換器相連接。
[0011] 所述隔離模塊為雙向半橋變換器，雙向半橋變換器的兩邊為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，左右兩個(gè) 半橋通過中間的高頻變壓器連接。
[0012] 所述輸出模塊為全橋DC/AC逆變器。
[0013] 所述的分散儲(chǔ)能級(jí)控制儲(chǔ)能電池的充放電，主電網(wǎng)正常工況下，對(duì)儲(chǔ)能電池進(jìn)行 充電，直至電荷量百分比SoC達(dá)到額定值，進(jìn)入平衡狀態(tài)；平衡狀態(tài)下，控制一個(gè)充放電周 期內(nèi)儲(chǔ)能電池電荷量的平衡；主電網(wǎng)在電壓短時(shí)中斷或深度跌落時(shí)，控制儲(chǔ)能電池放電。
[0014] 級(jí)聯(lián)整流級(jí)的控制步驟包括如下：
[0015]步驟S1 :采樣級(jí)聯(lián)整流級(jí)每級(jí)H橋模塊的實(shí)際電壓4，k代表相（kGa，b，c)，i 代表級(jí)數(shù)（ie1~n)，求取實(shí)際電壓平均值Vd。；
[0016] 步驟S2 :整流級(jí)每級(jí)電壓額定參考分量vi經(jīng)減法器減去步驟（1)所得的實(shí)際電壓 平均值Vd。，得到電壓誤差分量AVd。；
[0017]步驟S3:電壓誤差分量AVd。經(jīng)PI控制器后得出網(wǎng)側(cè)電流直流有功分量參考值 ?氺 ^sd'
[0018] 步驟S4 :計(jì)算電網(wǎng)電流有功分量實(shí)際值isd和無功分量實(shí)際值isq;
[0019] 步驟S5 :步驟S3獲得的網(wǎng)側(cè)電流直流有功分量參考值匕經(jīng)減法器減去步驟S4所 得的電網(wǎng)電流有功分量實(shí)際值isd得到網(wǎng)側(cè)電流直流有功分量誤差量Aisd;
[0020] 步驟S6 :網(wǎng)側(cè)電流直流有功分量誤差量Aisd通過PI控制器后獲得電網(wǎng)電壓有功 分量參考值
[0021] 步驟S7 :給定電網(wǎng)電流無功分量參考值Cq?！稖p去步驟S4獲得的電網(wǎng)電流無功 分量實(shí)際值isq得到網(wǎng)側(cè)電流直流無功誤差量Aisq;
[0022] 步驟S8 :網(wǎng)側(cè)電流直流無功誤差量Aisq通過PI控制器后獲得電網(wǎng)電壓無功分量 參考值
[0023] 步驟S9 :步驟（8)獲得的電網(wǎng)電壓有功分量參考值V】和和步驟（10)獲得的電網(wǎng) 電壓無功分量參考值< 經(jīng)dq/abc變換后獲得三相調(diào)制電壓<，v:b，< ;
[0024] 步驟S10 :計(jì)算電壓修正運(yùn)算量VQ;
[0025] 步驟S11:將步驟（11)獲得的三相調(diào)制電壓<，v:b，v!。分別減去步驟（15)獲得 的電壓修正運(yùn)算量％求得每相的調(diào)制信號(hào)G，fb，
[0026] 步驟S12:計(jì)算每項(xiàng)每級(jí)H橋子模塊電壓矯正因數(shù)rki;
[0027] 步驟S13:將步驟S11獲得的每相的調(diào)制信號(hào)<，GG分別乘以H橋子模塊 電壓矯正因數(shù)1^求得每個(gè)IGBT管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0028] 所述步驟S4包括：
[0029] 步驟S41 :采樣電網(wǎng)電壓獲得三相電壓值vsa，vsb，vs。，采樣電網(wǎng)電流獲得三相電流 值isa'isb'isc;
[0030] 步驟S42 :將步驟⑷采樣所得電網(wǎng)電壓vsa，vsb，vs。經(jīng)同步鎖相模塊后獲取鎖相 角Q;
[0031] 步驟S43 :步驟⑷獲得的電流isa，isb，is。和步驟（5)獲得的鎖相角0經(jīng)過abc/ dq變換后求得電網(wǎng)電流有功分量實(shí)際值isd和無功分量實(shí)際值isq;
[0032] 所述步驟S10包括：
[0033] 步驟S101 :檢測(cè)整流級(jí)各項(xiàng)功率Pa，Pb，Pc;
[0034] 步驟S102:根據(jù)公3
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種分散儲(chǔ)能的電力電子變壓器，其特征在于：所述電力電子變壓器包括功率單元 和輸出模塊，所述功率單元包括H橋模塊、儲(chǔ)能模塊、隔離模塊；所述電力電子變壓器的輸 入端的每一相都接入H橋模塊的輸入端，H橋模塊的輸出端和與之相應(yīng)的儲(chǔ)能模塊的輸入 端連接，儲(chǔ)能模塊的輸出端和與之相應(yīng)的隔離模塊的輸入端連接；所述H橋模塊、與H橋模 塊相應(yīng)的儲(chǔ)能模塊和與儲(chǔ)能模塊相應(yīng)的隔離模塊組成功率單元；在電力電子變壓器的每一 個(gè)單相上都接入η個(gè)功率單元和一個(gè)輸出模塊，H橋模塊的輸入端作為功率單元的輸入端， 功率單元的輸入端與電網(wǎng)連接，相內(nèi)級(jí)聯(lián)連接，相間星形連接；隔離模塊的輸出端為功率單 元的輸出端，功率單元的輸出端并聯(lián)，與輸出模塊的輸入端連接； 每一個(gè)單相上的所有H橋模塊構(gòu)成該單相上的級(jí)聯(lián)整流級(jí)，每一個(gè)單相上的所有儲(chǔ)能 模塊構(gòu)成該單相上的分散儲(chǔ)能級(jí)，每一個(gè)單相上的所有隔離模塊構(gòu)成該單相上的隔離級(jí)， 輸出級(jí)由一個(gè)輸出模塊構(gòu)成。 所述儲(chǔ)能模塊包括一個(gè)Buck-Boost變換器，濾波電感和蓄電池，蓄電池通過濾波電感 和Buck-Boost變換器相連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的電力電子變壓器，其特征在于：所述的分散儲(chǔ)能級(jí)控制儲(chǔ)能電 池的充放電，主電網(wǎng)正常工況下，對(duì)儲(chǔ)能電池進(jìn)行充電，直至電荷量百分比SoC達(dá)到額定 值，進(jìn)入平衡狀態(tài)；平衡狀態(tài)下，控制一個(gè)充放電周期內(nèi)儲(chǔ)能電池電荷量的平衡；主電網(wǎng)在 電壓短時(shí)中斷或深度跌落時(shí)，控制儲(chǔ)能電池放電。
3. 如權(quán)利要求1所述的電力電子變壓器的控制方法，其特征在于：級(jí)聯(lián)整流級(jí)的控制 步驟包括如下： 步驟Sl :采樣級(jí)聯(lián)整流級(jí)每級(jí)H橋模塊的實(shí)際電壓<，k代表相（k e a，b，c)，i代表 級(jí)數(shù)（i e 1~n)，求取實(shí)際電壓平均值