[发明专利]用于组合级联式电池储能变换器的相内功率分配控制方法

说明书

本发明专利属于电力电子技术领域。其特征在于：提出一种新型的适用于组合级联式储能变换器的相内功率分配控制方法。对于基于级联H桥变换器的电池储能系统，需要对电池单元的SOC(state of charge)状态进行均衡控制。其本质上是对级联H桥相内各单元输出功率的不均衡分配控制。本专利提出了一种新型的灵活的相内功率分配控制策略。提出的策略能够完全弥补CPS‑SPWM技术的缺点。它实时计算各个单元的平均传输功率，并根据实际功率与参考功率的误差来决定各单元的开关动作行为。提出的控制策略能够充分发挥和利用CHB相内单元功率分配的能力，其控制的灵活程度高、响应速度快，对单元功率分配的控制能力强。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，尤其涉及组合级联式电池储能变换器的控制策略。

背景技术

近年来，光伏发电产业发展迅速。但是光伏发电受天气条件和自然环境的影响比较大，容易导致输出功率的剧烈波动。光伏电站大规模建设和投运给电力系统的安全稳定运行带来了挑战。增设电池储能系统，是其中一种解决光伏电站相关问题的有效手段。通过配置电池储能系统来增加光伏系统的惯性储备容量，能够平抑随机性功率波动和抑制低频振荡。

级联H桥变换器(Cascaded H-Bridge, CHB)是一种特别适合集中式大功率电池储能的拓扑结构，其在实际工程中有着广泛的应用。基于CHB的结构，文献《一种MW 级大功率电池储能变流器关键技术及其工程应用》还提出了一种组合级联式的储能变换器拓扑结构。通过加入隔离型双向全桥（Dual Active Bridge, DAB）DC/DC变换器，给电池组单元以及高压电网之间提供了可靠的电气隔离，而且DAB变换器的使用也增强了整个装置对各电池组的适应和调节能力。

这种基于CHB结构的储能系统，需要对各电池组的荷电状态（State of Charge,SOC）进行均衡控制。针对CHB相内SOC均衡问题，现有的方法多数是基于载波移相调制（Carrier Phase-Shift SPWM, CPS-SPWM）技术，通过微调各个H桥单元调制波的幅值以及相位来调节各单元的传输功率，从而控制电池组的SOC。这些方法实质是通过调整调制波来达到相内功率分配的目的。但是，这种基于CPS-SPWM技术的相内功率分配方法也存在一些缺点。当各单元调制波作出调整以后，基于CPS-SPWM的技术就无法消除相电压中的低次谐波，导致输出电压波形发生畸变。

文献《Distributed commutations pulse-width modulation technique forhigh-power AC/DC multi-level converters》提出了一种分布式开关动作的调制策略（Distributed commutations pulse-width modulation, DCM）。DCM在每个控制周期内不仅只让一个单元处于PWM工作状态，而且只允许每一相有一个单元进行开关动作。相比混合调制策略，DCM策略无需基于三角载波的调制，实施方法简单，而且每一相的器件开关动作总数能够大幅削减。文献《Active DC Voltage Balancing PWM Technique for High-Power Cascaded Multilevel Converters》还基于DCM提出了一种CHB整流器直流侧电压平衡控制策略，间接实现了对CHB相内功率分配的控制。但是，现有的技术存在两个方面的问题。一方面是：本文研究的组合级联式的储能变换器，其每个H桥直流侧电压都由DC/ DC变换器稳定控制，不可能通过平衡直流侧电压来间接分配各个单元的传输功率。另一方面是：虽然基于传统CPS-SPWM技术下的CHB各级联单元功率传输能力是比较容易求取的，但是据作者所知，目前还没有文献针对DCM技术以及混合调制技术下的功率不均衡分配能力，进行各工况的完整的理论分析和数学推导。因此，这对相关技术的广泛应用造成了阻碍。