[發明專利]級聯多電平儲能變流器支撐電容電壓波動平抑控制方法

在審

• 申請號: 202210333792.9
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114679074A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 高范強;李耀華;李子欣;李自強
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02M7/5387;H02M1/14;H02M3/155;H02J7/00
• 代理公司: 北京瀚仁知識產權代理事務所(普通合伙) 11482
• 代理人: 屠曉旭;宋寶庫

本發明屬于電壓波動平抑領域，具體涉及了一種級聯多電平儲能變流器支撐電容電壓波動平抑控制方法，旨在解決現有級聯多電平儲能變流器在大功率應用場合下根據儲能元件荷電狀態進行排序輪換實現能量均衡時，無法及時完成輪換，使得支撐電容電壓波動較大的問題。本發明包括：在每個控制周期計算各功率子模塊輪換變量；根據參考電壓確定當前控制周期需投入的功率子模塊數量n；根據參考電壓值和輸出電流值，分別選擇n個模塊輸出正電平或負電平，其余模塊輸出零電平。本發明通過基于儲能元件荷電狀態值和支撐電容電壓值多因子權重優化排序方法實現子模塊輪換運行，平抑支撐電容電壓波動，降低DC?DC和儲能元件的電流應力，并提高儲能變流器的輸出性能。

技術領域

本發明屬于電壓波動平抑領域，具體涉及了一種級聯多電平儲能變流器支撐電容電壓波動平抑控制方法。

背景技術

在新能源發電以及高速電磁驅動等需要高壓大容量儲能系統的應用中，級聯多電平儲能變流器得到了廣泛的應用。傳統的級聯多電平儲能系統直接將儲能元件并聯在變流器的支撐電容上，其電壓工作范圍較窄，限制了儲能元件的放電深度，影響其能量利用率，同時較大的電流紋波也會影響儲能元件的使用壽命。而兩級變換型級聯多電平儲能變流器[1]，增加了一級DC-DC變換器連接儲能元件和支撐電容，增大儲能元件的電壓工作范圍，且可以控制支撐電容電壓穩定，更好的保證了交流側輸出電壓質量。

級聯多電平儲能變流器中各個功率子模塊之間是相互獨立的，如果各模塊間儲能元件能量不一致就會影響系統的能量利用率，甚至導致儲能元件過充或過放，嚴重影響其使用壽命。級聯多電平儲能變流器通常根據儲能元件的荷電狀態或超級電容電壓進行排序實現子模塊輪換運行，以實現儲能元件的能量均衡。CN103187895A、CN113675911A、CN103427692A、CN103956925等專利對傳統的根據儲能元件荷電狀態排序輪換做了改進，但其目的是減少排序或計算的時間、降低開關頻率，對于減小電壓波動的改善并不明顯，并且其功率子模塊都是單級變換型拓撲。

但是當兩級變換型級聯多電平儲能變流器應用于大功率場合下，儲能變流器放電時，交流側較大的電流流過支撐電容，會導致支撐電容電壓出現較大幅度的波動。而DC-DC變換器控制頻率較低，響應時間較慢，儲能元件釋放的能量有限，而此時根據儲能元件的荷電狀態進行排序并不能反應支撐電容電壓的大小關系，這就導致了某些功率子模塊的支撐電容電壓出現較大幅度的波動時，并不能及時完成輪換，加劇了支撐電容電壓的波動。CN110556852A專利中采用了二次檢索的方法同時對電容電壓均壓和儲能元件能量均衡進行調節，可能會出現檢索失敗的情況，且相對比較復雜。

以下文獻是與本發明相關的技術背景資料：

陶以彬、李官軍、馮鑫振等，一種高壓大容量儲能變流器的拓撲結構及控制方法，2016-05-17，CN105897018A。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，即現有級聯多電平儲能變流器在大功率應用場合下根據儲能元件荷電狀態進行排序輪換實現能量均衡時，無法及時完成輪換，使得支撐電容電壓波動較大的問題，本發明提供了一種級聯多電平儲能變流器支撐電容電壓波動平抑控制方法，該方法包括：

步驟S10，構建級聯多電平儲能變流器各功率子模塊儲能元件的荷電狀態值和支撐電容電壓值與各功率子模塊輪換變量的映射關系；

步驟S20，在每個控制周期的初始時刻，基于所述映射關系計算各功率子模塊對應的輪換變量Q_i，i＝1，2，…，N，Q_i代表N個功率子模塊中第i個的輪換變量；

步驟S30，將所述各功率子模塊對應的輪換變量Q_i按照從大到小的順序排列為輪換變量序列Q；

步驟S40，對參考電壓進行調制獲取當前控制周期需要投入的功率子模塊數量n，n≤N；