[發明專利]一種自舉式補償的三端口變流器及其控制方法與系統

有效

• 申請號: 202210607179.1
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN114696630B
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 彭珉軒;柯學奕;李宇宸;孫建軍;查曉明
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M7/219;H02M7/5387;H02M1/14;H02M1/12;H02J3/32;H02J3/38;H02J3/16;H02J3/24
• 代理公司: 武漢華之喻知識產權代理有限公司 42267
• 代理人: 李君;廖盈春

本發明提供了一種自舉式補償的三端口變流器及其控制方法與系統，屬于電力電子變換器技術領域，變換器包括：網側整流電路、串補側逆變電路和變壓器；變壓器中的第一繞組為原邊繞組，第二繞組和第三繞組為副邊繞組；第一繞組的每相繞組同名端與電網的每相線路相連，其每相繞組的異名端作為原邊繞組每相端口；第二繞組的同名端連接作為變壓器副邊中性點，作為連接直流低壓端口的端子；第三繞組的每相繞組同名端作為變壓器副邊繞組每相端口；第二繞組與第三繞組間采用曲折接法。本發明提升了變流器的運行穩定性。

技術領域

本發明屬于電力電子變換器技術領域，更具體地，涉及一種自舉式補償的三端口變流器及其控制方法與系統。

背景技術

隨著經濟與社會的發展，促使人類對能源的需求不斷增長，新能源的開發與廣泛使用已成為電網能源發展的熱點。新能源發電通常受環境影響明顯而具有間歇和波動，儲能系統的功率調節作用變得尤為突出。同時大規模分布式能源構網致使電網短路容量小，短路比低，節點電壓易受到線路電流影響，進而導致分布式能源逆變器穩定性降低。為解決大規模分布式能源并網帶來的線路電壓穩定問題與功率波動問題，儲能系統的發展為上述問題提供了一種高效可靠的解決方案，使新能源發電能夠提供高質量的電能，維持系統電壓穩定，為電網提供有功和無功支持等，實現功率調峰，使新能源發電大規模并網應用成為可能。儲能系統中關鍵的部分在于為電網和儲能電池提供橋梁作用的變換器，現有儲能變換器由提供電網接口的三相 AC/DC 變換器和起到隔離充放電作用的 DC/DC變換器組成。

現有技術中，三端口變換器常將兩類拓撲復合為一個拓撲，使其結構簡單，控制難度低，具有較高的研究價值；基于三端口H橋的雙向DC-DC-AC變換器，拓撲結構簡單，器件使用量少，能夠通過低電壓以高功率密度輸入至較高電壓等級的交流電網，且不產生低頻諧波損害裝置，但其直流側低電壓端口所連的兩個電感通過相位相反的交流電流大，導致電感產生功率損耗，其發熱程度大，安全性不高；同時并網逆變器大多采用基于鎖相環的直壓控制方法，對采樣電壓穩定性有較高要求，現有變換器拓撲控制難以應對低短路比的弱電網，由此需要提出穩定性更高的變換器拓撲結構。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種自舉式補償的三端口變流器及其控制方法與系統，旨在解決現有的三端口H橋的雙向DC-DC-AC變換器的直流側低電壓端口所連的兩個電感通過相位相反的交流電流，導致開關管產生額外功率損耗，發熱程度大，安全性不高；同時并網逆變器大多采用基于鎖相環的直壓控制方法，對采樣電壓穩定性有較高要求，現有變換器拓撲控制難以應對低短路比的弱電網的問題。

為實現上述目的，一方面，本發明提供了一種自舉式補償的三端口變流器，包括：包括：網側整流電路、串補側逆變電路和變壓器；其中，網側整流電路和串補側逆變電路為三相H橋電路；變壓器為三相三繞組變壓器；

變壓器中的第一繞組為原邊繞組，第二繞組和第三繞組為副邊繞組；第一繞組的每相繞組同名端與電網的每相線路相連，其每相繞組的異名端作為原邊繞組每相端口；第二繞組的同名端連接作為變壓器副邊中性點，用于連接串補側逆變電路中直流低壓端口的端子；第三繞組的每相繞組同名端作為變壓器副邊繞組每相端口；第二繞組與第三繞組間采用曲折接法；網側整流電路與串補側逆變電路并聯連接；

串補側逆變電路用于向變壓器輸出三相電壓，抑制網側整流電路輸出電壓受母線電壓波動的影響；網側整流電流用于穩定串補側逆變電路直流高壓端口的電壓，同時將串補側逆變電路直流低壓端口輸入的直流功率轉換為交流有功功率，向電網傳輸能量。

進一步優選地，串補側逆變電路包括：串補側三相H橋、串補側濾波單元、直流濾波電感、第三濾波電容和直流電壓源；