一種分散儲能的電力電子變壓器及其控制方法
【專利說明】-種分散儲能的電力電子變壓器及其控制方法
【背景技術】
[0001] 隨著電網系統發展，傳統電力變壓器逐漸顯露出一些缺點，如：負載過大時，會導 致輸出電壓下降、產生諧波；無論是原方還是副方發生故障時，另一側都會受到影響；功能 單一，沒有電壓調節、功率因數校正和功率潮流控制等功能。
[0002] 電力電子變壓器（PowerElectronicTransformer，PET)是近年來隨著半導體技 術的發展而逐步發展起來的新型電力變壓器，其充分利用了變流器和高頻變壓器的優點， 克服了傳統變壓器的缺點，還可以實現故障隔離，電能質量控制，分布式直流電源接入等功 能，符合主動電網和微網等現代智能電網建設的需求，發展迅速。但是，它不能補償電壓中 斷，對深度電壓跌落也無能為力。電力電子變壓器作為主網與主動配電網或微網等下級電 網的接口，在主網出現惡劣工況時，比如電壓大幅度波動或跌落，需要保障下級電網能平穩 度過異常工況；在主網突然出現故障時，需要保障下級電網能順利離網運行。在主網非正常 工作期間保障下級電網正常工作，電力電子變壓器不僅僅需要高動態響應的控制功能，還 需要有足夠的能量支持。針對電力電子變壓器的儲能需求，國內已逐漸展開了研宄，并提出 了一些儲能方法。
[0003] 現有技術方案是利用電力電子變壓器的低壓直流母線，在母線上接入超級電容儲 能系統，儲能系統與母線之間使用DC/DC功率變換電路，進行相應的控制，實現超級電容與 直流母線之間的充放電。現有技術方案的缺點：（1)超級電容集中儲能，能量密度比一般儲 能電池小；（2)儲能系統與電力電子變壓器之間增加了額外的DC/DC功率變換電路，需兩套 控制系統，且成本高。（3)隔離級采用全橋結構，開關管電壓應力難以平衡，電流和電壓控制 能力不強。
【發明內容】
[0004] 為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種通過分散的儲能單元實現 儲能的電力電子變壓器。本發明能夠保障特殊工況下電力電子變壓器足夠的能量支持，并 避免了大容量電池的使用。
[0005] 為了實現本發明的目的，本發明的技術方案如下：
[0006] -種分散儲能的電力電子變壓器，其特征在于：所述電力電子變壓器包括級聯整 流級、分散儲能級、隔離級、輸出級；
[0007] 其中，所述電力電子變壓器的輸入端的每一相都接入H橋模塊的輸入端，H橋模塊 的輸出端和與之相應的儲能模塊的輸入端連接，儲能模塊的輸出端和與之相應的隔離級的 輸入端連接；所述H橋模塊、與H橋模塊相應的儲能模塊和與儲能模塊相應的隔離模塊組成 功率單兀；在電力電子變壓器的每一個單相上都接入n個功率單兀和一個輸出模塊，H橋模 塊的輸入端作為功率單元的輸入端，功率單元的輸入端與電網連接，相內級聯連接，相間星 形連接；隔離模塊的輸出端為功率單元的輸出端，功率單元的輸出端并聯，與輸出模塊的輸 入端連接；
[0008] 每一個單相上的所有H橋模塊構成該單相上的級聯整流級，每一個單相上的所有 儲能模塊構成該單相上的分散儲能級，每一個單相上的所有隔離模塊構成該單相上的隔離 級，輸出級由一個輸出模塊構成。
[0009] 所述H橋模塊為由四個帶反并聯二級管的IGBT構成的可控全橋整流電路。
[0010] 所述儲能模塊包括一個Buck/Boost變換器，濾波電感和蓄電池，蓄電池通過濾波 電感和buck/boost變換器相連接。
[0011] 所述隔離模塊為雙向半橋變換器，雙向半橋變換器的兩邊為對稱結構，左右兩個 半橋通過中間的高頻變壓器連接。
[0012] 所述輸出模塊為全橋DC/AC逆變器。
[0013] 所述的分散儲能級控制儲能電池的充放電，主電網正常工況下，對儲能電池進行 充電，直至電荷量百分比SoC達到額定值，進入平衡狀態；平衡狀態下，控制一個充放電周 期內儲能電池電荷量的平衡；主電網在電壓短時中斷或深度跌落時，控制儲能電池放電。
[0014] 級聯整流級的控制步驟包括如下：
[0015]步驟S1 :采樣級聯整流級每級H橋模塊的實際電壓4，k代表相（kGa，b，c)，i 代表級數（ie1~n)，求取實際電壓平均值Vd。；
[0016] 步驟S2 :整流級每級電壓額定參考分量vi經減法器減去步驟（1)所得的實際電壓 平均值Vd。，得到電壓誤差分量AVd。；
[0017]步驟S3:電壓誤差分量AVd。經PI控制器后得出網側電流直流有功分量參考值 ?氺 ^sd'
[0018] 步驟S4 :計算電網電流有功分量實際值isd和無功分量實際值isq;
[0019] 步驟S5 :步驟S3獲得的網側電流直流有功分量參考值匕經減法器減去步驟S4所 得的電網電流有功分量實際值isd得到網側電流直流有功分量誤差量Aisd;
[0020] 步驟S6 :網側電流直流有功分量誤差量Aisd通過PI控制器后獲得電網電壓有功 分量參考值
[0021] 步驟S7 :給定電網電流無功分量參考值Cq。《減去步驟S4獲得的電網電流無功 分量實際值isq得到網側電流直流無功誤差量Aisq;
[0022] 步驟S8 :網側電流直流無功誤差量Aisq通過PI控制器后獲得電網電壓無功分量 參考值
[0023] 步驟S9 :步驟（8)獲得的電網電壓有功分量參考值V】和和步驟（10)獲得的電網 電壓無功分量參考值< 經dq/abc變換后獲得三相調制電壓<，v:b，< ;
[0024] 步驟S10 :計算電壓修正運算量VQ;
[0025] 步驟S11:將步驟（11)獲得的三相調制電壓<，v:b，v!。分別減去步驟（15)獲得 的電壓修正運算量％求得每相的調制信號G，fb，
[0026] 步驟S12:計算每項每級H橋子模塊電壓矯正因數rki;
[0027] 步驟S13:將步驟S11獲得的每相的調制信號<，GG分別乘以H橋子模塊 電壓矯正因數1^求得每個IGBT管的驅動信號。
[0028] 所述步驟S4包括：
[0029] 步驟S41 :采樣電網電壓獲得三相電壓值vsa，vsb，vs。，采樣電網電流獲得三相電流 值isa'isb'isc;
[0030] 步驟S42 :將步驟⑷采樣所得電網電壓vsa，vsb，vs。經同步鎖相模塊后獲取鎖相 角Q;
[0031] 步驟S43 :步驟⑷獲得的電流isa，isb，is。和步驟（5)獲得的鎖相角0經過abc/ dq變換后求得電網電流有功分量實際值isd和無功分量實際值isq;
[0032] 所述步驟S10包括：
[0033] 步驟S101 :檢測整流級各項功率Pa，Pb，Pc;
[0034] 步驟S102:根據公3
【主權項】
1. 一種分散儲能的電力電子變壓器，其特征在于：所述電力電子變壓器包括功率單元 和輸出模塊，所述功率單元包括H橋模塊、儲能模塊、隔離模塊；所述電力電子變壓器的輸 入端的每一相都接入H橋模塊的輸入端，H橋模塊的輸出端和與之相應的儲能模塊的輸入 端連接，儲能模塊的輸出端和與之相應的隔離模塊的輸入端連接；所述H橋模塊、與H橋模 塊相應的儲能模塊和與儲能模塊相應的隔離模塊組成功率單元；在電力電子變壓器的每一 個單相上都接入η個功率單元和一個輸出模塊，H橋模塊的輸入端作為功率單元的輸入端， 功率單元的輸入端與電網連接，相內級聯連接，相間星形連接；隔離模塊的輸出端為功率單 元的輸出端，功率單元的輸出端并聯，與輸出模塊的輸入端連接； 每一個單相上的所有H橋模塊構成該單相上的級聯整流級，每一個單相上的所有儲能 模塊構成該單相上的分散儲能級，每一個單相上的所有隔離模塊構成該單相上的隔離級， 輸出級由一個輸出模塊構成。 所述儲能模塊包括一個Buck-Boost變換器，濾波電感和蓄電池，蓄電池通過濾波電感 和Buck-Boost變換器相連接。
2. 如權利要求1所述的電力電子變壓器，其特征在于：所述的分散儲能級控制儲能電 池的充放電，主電網正常工況下，對儲能電池進行充電，直至電荷量百分比SoC達到額定 值，進入平衡狀態；平衡狀態下，控制一個充放電周期內儲能電池電荷量的平衡；主電網在 電壓短時中斷或深度跌落時，控制儲能電池放電。
3. 如權利要求1所述的電力電子變壓器的控制方法，其特征在于：級聯整流級的控制 步驟包括如下： 步驟Sl :采樣級聯整流級每級H橋模塊的實際電壓<，k代表相（k e a，b，c)，i代表 級數（i e 1~n)，求取實際電壓平均值