[發明專利]一種具有儲能功能的模塊化多電平變換器及其控制方法

有效

• 申請號: 202110629622.0
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113489041B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 陳滿;吳越;李勇琦;胡振愷;彭鵬;雷博;史尤杰
• 申請（專利權）人: 南方電網調峰調頻發電有限公司;南方電網科學研究院有限責任公司
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J3/32;H02J3/38;H02M7/483;H02M3/155
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 麥小嬋;郝傳鑫

本發明公開了一種具有儲能功能的模塊化多電平變換器及其控制方法、終端、存儲介質，所述變換器包括三個相單元，每個相單元包括上橋臂、上橋臂電感、下橋臂和下橋臂電感；其中，上橋臂的正極作為相單元的直流出線正極，上橋臂的負極與上橋臂電感的一端連接；上橋臂電感的另一端與所述下橋臂電感的一端連接，作為相單元的交流出線端；下橋臂電感的另一端與下橋臂的正極連接，所述下橋臂的負極作為相單元的直流出線負極；所述上橋臂和所述下橋臂均由儲能子模塊構成；所述儲能子模塊包括半橋子模塊、DC/DC變換器和儲能電池，所述儲能電池通過所述DC/DC變換器接入所述半橋子模塊的直流側。本發明能夠有效平抑風電功率波動，且適用于不同額定電壓等級的電池。

技術領域

本發明涉及電氣自動化設備技術領域，尤其涉及一種具有儲能功能的模塊化多電平變換器及其控制方法。

背景技術

近年來，為減少化石資源的消耗和防治生態環境污染，我國大力支持發展新能源發電產業，如光伏發電、風力發電等。目前，風力發電在我國電力總裝機中的比重已超過7％，成為僅次于火電、水電的第三大電力來源。其中，海上風能資源優質、豐富，且遠離居民生活作業區，對環境影響較小，因而更是受到眾多開發者的關注。到2017年4月，中國的風電核準項目容量817萬千瓦，并網容量148萬千瓦，位列全球第三位，僅次于英國和德國。海上風電政策明確，建設成本的持續優化以及配套產業的日漸成熟。

隨著電力電子技術的發展以及電力電子器件價格的降低，遠海大功率風電高壓直流送出拓撲一般選擇模塊化多電平變換器(MMC)。MMC變換器可以通過增加子模塊的數量從而提高系統的電壓等級與功率容量，模塊化的設計也增加了裝置的冗余度，提升了系統的可靠性。但是，傳統的MMC變換器是兩端系統，即輸出功率的值為輸入功率與損耗的差，MMC變換器不能儲存能量。并且，海上風電的有功功率輸出會根據風速的變化而產生變化，具有很強的波動性。由于MMC變換器不能儲存能量，這種波動的功率將會直流進入陸地電網，威脅陸地電網的穩定，降低陸地電網的調頻能力，增加電網的運行成本。

發明內容

本發明實施例所要解決的技術問題在于，提供一種具有儲能功能的模塊化多電平變換器及其控制方法，能夠有效平抑風電功率波動，且適用于不同額定電壓等級的電池。

為了實現上述目的，本發明實施例提供了一種具有儲能功能的模塊化多電平變換器，所述變換器包括三個相單元，每個所述相單元包括上橋臂、上橋臂電感、下橋臂和下橋臂電感；其中，所述上橋臂的正極作為所述相單元的直流出線正極，所述上橋臂的負極與所述上橋臂電感的一端連接；所述上橋臂電感的另一端與所述下橋臂電感的一端連接，作為所述相單元的交流出線端；所述下橋臂電感的另一端與所述下橋臂的正極連接，所述下橋臂的負極作為相單元的直流出線負極；

所述上橋臂和所述下橋臂均由儲能子模塊構成；所述儲能子模塊包括半橋子模塊、DC/DC變換器和儲能電池，所述儲能電池通過所述DC/DC變換器接入所述半橋子模塊的直流側。

作為上述方案的改進，所述DC/DC變換器包括第一開關管、第二開關管、第一耦合電感和第二耦合電感；所述第一開關管的一端與所述半橋子模塊的直流側連接，所述第一開關管的另一端與所述儲能電池的負極連接；所述第二開關管的一端與所述第二耦合電感連接，所述第二開關管的另一端與所述儲能電池的負極連接；所述儲能電池的正極與所述第二耦合電感連接，所述第一耦合電感和與所述第二耦合電感串聯連接，所述第一耦合電感與所述半橋子模塊的直流側連接。

作為上述方案的改進，所述第一耦合電感與所述第二耦合電感的匝數比為n，則所述儲能電池側電壓u_bat與所述半橋子模塊側電壓u_m滿足

其中，d₁為第一開關管的占空比，d₂為第二開關管的占空比。

作為上述方案的改進，所述第一耦合電感與所述第二耦合電感的匝數比可調節，且通過調節所述第一耦合電感與所述第二耦合電感的匝數比，可使所述變換器適配不同額定電壓的儲能電池。