[發(fā)明專利]一種電流源型多端口柔性并網(wǎng)接口裝置及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110704072.4
• 申請(qǐng)日: 2021-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN113452070B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫樂;郭小強(qiáng);華長(zhǎng)春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02M7/5387;H02M3/335
• 代理公司: 北京孚睿灣知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11474
• 代理人: 韓燕

本發(fā)明涉及一種電流源型多端口柔性并網(wǎng)接口裝置，其包括電流源AC?DC并網(wǎng)變換器、儲(chǔ)能電感和隔離型DC?DC功率模塊，所述電流源AC?DC并網(wǎng)變換器的交流端作為交流并網(wǎng)端口連接電網(wǎng)，其直流端與所述儲(chǔ)能電感和隔離型DC?DC功率模塊所屬單相電流源DC?AC變換器的直流端順次串聯(lián)，構(gòu)成內(nèi)部直流環(huán)路，所述隔離型DC?DC功率模塊所屬單相電壓源AC?DC變換器的直流端作為低壓直流端口，提供低壓直流設(shè)備的能量交互端口，并基于此提出一種控制方法。本發(fā)明不需采用級(jí)聯(lián)H橋拓?fù)洳⒕W(wǎng)，體積較小，有利于提高系統(tǒng)功率密度，可實(shí)現(xiàn)各端口功率的獨(dú)立解耦控制，具有較好的容錯(cuò)能力，任意隔離DC?DC功率模塊發(fā)生直流短路故障，均可切除故障模塊而不影響其他功率模塊的運(yùn)行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力電子變流器技術(shù)，具體涉及一種電流源型多端口柔性并網(wǎng)接口裝置及控制方法。

背景技術(shù)

近年來，發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)多能互補(bǔ)互濟(jì)并提高能源利用效率，已成為推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型的重要途徑。隨著分布式發(fā)電、儲(chǔ)能技術(shù)、電動(dòng)汽車技術(shù)和微網(wǎng)等技術(shù)發(fā)展，在越來越多的應(yīng)用場(chǎng)合需要能夠?qū)⒋罅坎煌愋偷脑础⒕W(wǎng)、荷、儲(chǔ)等設(shè)備接入電力系統(tǒng)。從減少變換環(huán)節(jié)、降低成本、占地和提高效率等方面考慮，用統(tǒng)一的多端口接口裝置為各類需要接入中高壓電網(wǎng)的設(shè)備提供即插即用的接口，要比為各個(gè)設(shè)備獨(dú)立提供專用接口變換器更具優(yōu)勢(shì)。因此，多端口柔性并網(wǎng)接口裝置，如現(xiàn)有文獻(xiàn)廣泛提到的能量路由器、多端口電力電子變壓器等，逐漸獲得廣泛地應(yīng)用。

現(xiàn)有接入中壓交流電網(wǎng)的多端口并網(wǎng)接口裝置解決方案，主要有直流電壓母線耦合式、多繞組變壓器耦合式和交流并網(wǎng)端口耦合式三種。其中，直流電壓母線耦合式的典型結(jié)構(gòu)如期刊論文電力電子變壓器直流端口極間短路故障特性分析(姜山,范春菊,黃寧,等，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2018,38(05):1301-1309)中圖1所示的電路結(jié)構(gòu)，該方案采用公共低壓直流母線作為各端口能量交互的中間環(huán)節(jié)，優(yōu)點(diǎn)是各端口功率控制可以靈活解耦，但若要提供多個(gè)電氣隔離的端口，則需要較多變換環(huán)節(jié)，而且為實(shí)現(xiàn)中壓交流并網(wǎng)，往往采用級(jí)聯(lián)H橋式拓?fù)?，需要較多大容量電容，體積龐大，成本較高，此外，該方案中直流母線一旦發(fā)生故障，將影響全部端口的正常運(yùn)行。多繞組變壓器耦合式的典型結(jié)構(gòu)如期刊論文Modelingand Control ofa Multiport Power Electronic Transformer(PET)forElectricTractionApplications(Gu C,Zheng Z,Xu L,et al.IEEE TRANSACTIONS ON POWERELECTRONICS,2016,31(2):915-927.)中Fig.1(c)所示的電路結(jié)構(gòu)，該方案采用多繞組變壓器作為各端口能量交互的中間環(huán)節(jié)，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較為緊湊、各端口電氣隔離；缺點(diǎn)是各端口之間存在復(fù)雜強(qiáng)耦合關(guān)系，因此需要較為復(fù)雜、且基于準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型的解耦控制算法，計(jì)算量大，對(duì)參數(shù)準(zhǔn)確性依賴程度高，而且多繞組變壓器制作較為困難，此外，在直流端口發(fā)生故障時(shí)需要閉鎖全部端口變換器，容錯(cuò)能力較差。交流并網(wǎng)端口耦合式的典型結(jié)構(gòu)如期刊論文Analysis and Control ofaNovel Modular-Based Energy Router forDC MicrogridCluster(Tu C,Xiao F,Lan Z,et al.IEEE Journal ofEmerging and SelectedTopicsinPower Electronics,2019)中Fig.3所示電路結(jié)構(gòu)，該方案各端口的能量交互環(huán)節(jié)及中壓并網(wǎng)端口，優(yōu)點(diǎn)是變換環(huán)節(jié)少、模塊化程度高；缺點(diǎn)是各模塊功率受到支撐并網(wǎng)電壓要求及自身器件耐壓水平限制，不能過于不均衡，因此不具備端口功率靈活解耦的能力。

綜上，現(xiàn)有技術(shù)或者造成裝置體積龐大，功率密度較低；或者端口功率控制無法靈活解耦；或者解耦算法較為復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)。因此，設(shè)計(jì)一種電流源型多端口柔性并網(wǎng)接口裝置以提高系統(tǒng)功率密度、實(shí)現(xiàn)獨(dú)立解耦控制是十分必要且又相當(dāng)迫切的。

發(fā)明內(nèi)容