一种双极式储能变流器高性能控制方法

技术领域

本发明属于储能变流器控制优化算法技术领域，尤其涉及一种双极式储能变流器高性能控制方法。

背景技术

储能作为电能与其他能源灵活转换和综合利用的关键设备，可以很好地解决配电网面临的负荷峰谷差和电能质量问题，延缓配电网的设备扩容，实现能源的高效、清洁和安全利用，因此近几年来国家开始重视储能技术的研发和应用。

现有的储能变流器为解决电池大容量需求，往往采用单位变流器级联方式，但单位变流器传输功率的受限往往会增加变流器级联的数量，进而增加系统成本；同时，面对频繁的储能电池充放电需求造成变流器的发热等问题，会对变流器的可靠性造成一定考验；同时，过高的电流应力将会降低变流器的运行效率，进而影响系统的使用寿命。

现有的储能变流器控制方法无法同时满足变流器高传输功率范围、高可靠性、高效率运行三大特性。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种双极式储能变流器高性能控制方法。其目的是为了实现储能电池容量选择及接入更加灵活，且通过高性能的控制方法进一步增加系统的使用寿命的发明目的。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种双极式储能变流器高性能控制方法，包括双极式储能变流器，所述双极式储能变流器包含储能电池单元、三相双有源全桥DC/DC变换器、直流稳压电容C及并网变流器；所述储能电池单元的输出端连接三相双有源全桥DC/DC变换器的输入端，三相双有源全桥DC/DC变换器的输出端连接直流稳压电容C，直流稳压电容C的另一端连接并网变流器的输入端，并网变流器的输出端直接接入交流电网。

更进一步的，所述三相双有源全桥DC/DC变换器的连接方式为：包括由开关管Q

更进一步的，所述并网变流器：包括由开关管S

更进一步的，双极式储能变流器的控制包括：储能电池单元SOC识别、三相双有源全桥DC/DC变换器高性能控制、交流电网电压锁相及并网变流器并网控制。

更进一步的，所述储能电池单元SOC识别，包括：

步骤101.通过储能电池管理系统识别储能电池的SOC值，进入储能电池状态判断环节；

步骤102.储能电池状态判断环节将储能电池单元状态分为：

储能电池不工作，禁止运行状态；

当SOC

当SOC

当SOC

步骤103.储能电池状态判断环节根据上级调度指令及当前储能电池单元状态判断出下一步储能电池单元运行状态，发送至三相双有源全桥DC/DC变换器高性能控制环节。

更进一步的，所述三相双有源全桥DC/DC变换器高性能控制，包括：

步骤201.根据上级调度指令设定三相双有源全桥DC/DC变换器运行功率值；

步骤202.根据储能电池单元SOC识别得出的储能电池单元状态，根据运行功率值所在范围选择三相双有源全桥DC/DC变换器高性能调控模式；所述变换器高性能调控模式，包括三相模式、单相高功率模式以及单相低功率模式；

步骤203.三相双有源全桥DC/DC变换器基于三相双有源全桥DC/DC变换器高性能调控模式，生成对应调控模式下的移相占空比；

步骤204.基于生成的移相占空比经过PWM调制环节生成三相双有源全桥DC/DC变换器6个桥臂的PWM触发脉冲驱动变换器高性能运行。

更进一步的，所述交流电网电压锁相环节采用SOGI-PLL单相锁相环来计算交流电网的有功相位，输出至并网变流器并网控制环节。

更进一步的，所述并网变流器并网控制环节，包括：

步骤301.对直流稳压电容电压值及并网电流进行采集；

步骤302.设定直流稳压电容的电压给定值；

步骤303.将直流稳压电容电压值与给定值作差后经过直流电压控制外环生成并网电流幅值给定值；

步骤304.将并网电流幅值给定值与交流电网的有功相位相乘后与并网电流作差，经过交流电流控制内环生成SPWM调制波为并网变流器调制使用；

步骤305.生成并网变流器4个开关管的驱动脉冲信号驱动变流器并网运行。

一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一所述的一种双极式储能变流器高性能控制方法的步骤。

一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一所述的一种双极式储能变流器高性能控制方法的步骤。

本发明具有以下有益效果及优点：

本发明提供的一种双极式储能变流器高性能控制方法，并网变流器并网控制可实现单位功率因数控制并与DC/DC变换级侧储能电池控制解耦，DC/DC变换级采用传输功率等级更高的三相双有源全桥DC/DC变换器满足更高功率等级的储能电池接入要求；针对DC/DC变换器设计三相模式、单相高功率模式以及单相低功率模式三种模式进行高性能调控，基于单相高功率及单相低功率模式始终轮停两个桥臂有利于器件散热并提升可靠性，基于低功率模式采用最小电流应力优化算法降低运行损耗，提升系统整体运行效率，基于三相模式可提升变流器传输功率等级；轮停状态对应桥臂的开关管不产生损耗，保障了三相桥臂的损耗平衡。

本发明采用双极式储能变流器拓扑结构，针对单位变流器进行研究并提出对应的高性能控制策略。

本发明使得储能电池容量选择及接入更加灵活，且高性能的控制方法进一步增加系统的使用寿命，

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明双极式储能变流器拓扑结构图；

图2是本发明双极式储能变流器高性能控制方法控制框图；

图3是本发明三相双有源全桥DC/DC变换器在三相模式下的开关序列图、三相高频变压器原副边电压波形及电感的电流波形；

图4是本发明三相双有源全桥DC/DC变换器在单相高功率模式下的开关序列图、三相高频变压器原副边电压波形及电感的电流波形；

图5是本发明三相双有源全桥DC/DC变换器在单相低功率模式下的开关序列图、三相高频变压器原副边电压波形及电感的电流波形；

图6是本发明电流应力优化控制流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1-图6描述本发明一些实施例的技术方案。

实施例1

本发明提供了一个实施例，是一种双极式储能变流器高性能控制方法，是一种单位传输功率、传输效率及可靠性更高的高性能储能变流器控制方法。

如图1所示，图1是本发明双极式储能变流器拓扑结构图。本发明中双极式储能变流器包含储能电池单元、三相双有源全桥DC/DC变换器、直流稳压电容C、并网变流器。

所述储能电池单元的输出端连接三相双有源全桥DC/DC变换器的输入端，三相双有源全桥DC/DC变换器的输出端连接直流稳压电容C，直流稳压电容C的另一端连接并网变流器的输入端，并网变流器的输出端直接接入交流电网u

所述三相双有源全桥DC/DC变换器中高频变压器变比为n:1，L

所述三相双有源全桥DC/DC变换器的连接方式为：包括由开关管Q

所述并网变流器的连接方式为：包括由开关管S

实施例2

本发明又提供了一个实施例，本发明一种双极式储能变流器高性能控制方法，具体是一种单位传输功率、传输效率及可靠性更高的高性能储能变流器控制方法。

将双极式储能变流器的控制分为四个环节：储能电池单元SOC识别、三相双有源全桥DC/DC变换器高性能控制、交流电网电压锁相、并网变流器并网控制。

所述三相双有源全桥DC/DC变换器包含三相高频变压器及两侧三相H桥，分别为A相、B相、C相，只负责针对储能电池单元进行充电或放电控制，与并网变流器并网控制解耦，相比传统单相双有源全桥DC/DC变换器拥有更高的功率传输范围。

所述并网变流器负责保持中间直流稳压电容C的电压值U

如图2所示，图2为双极式储能变流器高性能控制方法控制框图，所述储能电池单元SOC识别环节包含如下步骤：

步骤101.通过储能电池管理系统识别储能电池的SOC值，进入储能电池状态判断环节；

步骤102.储能电池状态判断环节将储能电池单元状态分为4种：

储能电池不工作，禁止运行状态；

当SOC

当SOC

当SOC

其中，SOC

步骤103.储能电池状态判断环节根据上级调度指令及当前储能电池单元状态判断出下一步储能电池单元运行状态，发送至三相双有源全桥DC/DC变换器高性能控制环节。

所述三相双有源全桥DC/DC变换器高性能控制，包含如下步骤：

步骤201.根据上级调度指令设定三相双有源全桥DC/DC变换器运行功率值Pref；

步骤202.结合步骤103得出的储能电池单元状态，根据运行功率值Pref所在范围选择三相双有源全桥DC/DC变换器高性能调控模式；

步骤203.三相双有源全桥DC/DC变换器基于步骤202选定的三相双有源全桥DC/DC变换器高性能调控模式，生成对应调控模式下的移相占空比。

步骤204.基于步骤203生成的移相占空比经过PWM调制环节生成三相双有源全桥DC/DC变换器6个桥臂的PWM触发脉冲驱动变换器高性能运行。

所述变换器高性能调控模式，包括三相模式、单相高功率模式以及单相低功率模式；

如图3所示，图3为三相双有源全桥DC/DC变换器在三相模式下的开关序列图、三相高频变压器原副边电压波形及电感的电流波形，图中V

当9/14Pmax

A1.将三相模式下的移相占空比D

A2.将6个桥臂的驱动脉冲信号给到变换器12个开关管中实现三相模式运行；

如图4所示，图4为三相双有源全桥DC/DC变换器在单相高功率模式下的开关序列图、三相高频变压器原副边电压波形及电感的电流波形，以C相桥臂轮停为例,A相或B相轮停时同理，图中V

当1/2Pmax

B1.将高频变压器左右两侧H桥中的某一相同相桥臂轮停，本案例以轮停C相为例；

B2.将两相高功率模式下的移相占空比D

B3.将剩余4个桥臂的驱动脉冲信号给到变换器8个开关管中实现单相高功率模式运行。

如图5所示，图5为三相双有源全桥DC/DC变换器在单相低功率模式下的开关序列图、三相高频变压器原副边电压波形及电感的电流波形，以C相桥臂轮停为例，A相或B相轮停时同理，图中V

当0

C1.将高频变压器两侧H桥中的某一相同相桥臂轮停，本案例以轮停C相为例；；

C2.图6为电流应力优化控制流程图，根据稳定状态下三相双有源全桥DC/DC变换器在电感两侧的电压及电流工作波形推导出基于DPS的变换器在0

C3.以电流应力最小为优化目标，得到变换器在不同功率运行范围内满足最小电流应力的移相占空比关系式，即(D1，D2)＝f(D1，D2)；

C4.生成两相低功率模式下的移相占空比并经过PWM调制环节生成三相双有源全桥DC/DC变换器剩余4个桥臂的驱动脉冲；

C5.将剩余4个桥臂的驱动脉冲信号给到变换器8个开关管中实现单相高功率模式运行；

所述变换器在单相高功率模式及单相低功率模式下，两侧H桥中的相同相桥臂依次采用固定开关周期轮停机制，保障损耗平衡。

所述交流电网电压锁相环节采用SOGI-PLL单相锁相环来计算交流电网的有功相位cosθ，输出至并网变流器并网控制环节。

SOGI-PLL单相锁相环的传递函数如下：

其中，s代表拉普拉斯变换的微分算子；w代表交流电网电压锁相环节的谐振频率，与电网频率相同；k为闭环系数。

SOGI-PLL单相锁相环为现有技术，相关变量为公知内容，此处不赘述。

本发明所述并网变流器并网控制环节，包含如下步骤：

步骤301.对直流稳压电容电压值UC及并网电流i

步骤302.设定直流稳压电容的电压给定值U

步骤303.将直流稳压电容电压值与给定值作差后经过直流电压控制外环生成并网电流幅值给定值i

步骤304.将并网电流幅值给定值与交流电网的有功相位相乘后与并网电流作差，经过交流电流控制内环生成SPWM调制波uo为并网变流器调制使用；

步骤305.生成并网变流器4个开关管的驱动脉冲信号驱动变流器并网运行。

SPWM环节为现有技术，相关开关动作序列为公知内容，此处不赘述。

实施例3

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现实施例1或2所述的任意一种双极式储能变流器高性能控制方法的步骤。

实施例4

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1或2所述的任意一种双极式储能变流器高性能控制方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。