一种采用电池电流独立控制的储能型mmc变流器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及储能变流器及控制领域，特别设及一种采用电池电流独立控制的储能 型MMC变流器。
【背景技术】
[0002] 随着智能电网的发展，大量可再生能源并入电网，而诸如风能和太阳能等可再生 能源容量小、远离用户中屯、、位置分散，且主要分布于我国的偏远边疆地区，因此，迫切需 要灵活、经济、环保的输配电方式，高压直流输电（HVDC)孕育而生。模块化多电平变流器 (MMC)作为高压直流输电的核屯、装置已经被广泛使用。MMC每相由上下两个桥臂和电感组 成，每个桥臂又由若干个子模块串联而成，该种电路结构可W采用耐压等级较低的功率开 关器件，W实现较高的交直流电压等级。同时，由于输出电平数较多，等效开关频率高，输出 电流谐波含量可W大幅降低。MMC在同时存在交流电网和直流电网的场合中有很大的应用 前景。由于可再生能源的随机性和不稳定性，在交流电网或直流电网中常加入一定容量的 储能装置W达到平抑可再生能源接入电网所带来的功率波动，提高供电可靠性，改善电能 质量的目的。额外设计的储能系统将增加HVDC输电系统的建设成本。如果把传统MMC中 的子模块直流侧电容替换成储能电池，构成储能型MMC变流器，使HVDC输电系统在不加入 其它电力电子装置的情况下获得储能能力，节省额外的储能系统成本，同时将储能系统控 制和DC/AC变换控制集成在一起，易于实现整体协调控制。
[0003] 传统的电池储能形式包括集中式储能和分布式储能，该两种储能方式都需要将大 量的低压电池串并联形成电池阵列。由于电池单体间的差异性，电池阵列的性能取决于阵 列中性能最差的单体电池，形成"木桶效应"。因此，该种情况下需要单体电池的一致性较 高，直接增加了电池生产成本。针对W上问题，尽量减少单体电池串联数量、实现电池柔性 成组成为目前研究的关键技术。本申请专利中将低压电池组与相应功率变换器相结合构成 电池模块，多模块通过级联形式串联构成储能型MMC系统，接入交流电网，即将储能装置柔 性成组技术与MMC相结合。该种技术所需要的电池组电压等级和容量等级比传统储能形式 低，所需要串并联的单体电池数量少，降低了对单体电池一致性的要求，直接降低了电池生 产成本。
[0004] 电池本身具有复杂、时变的物理特性。由于单体电池间的差异性，电池组间的荷电 状态（SOC)不可能完全一样，如果对串联成组的电池用统一的电流充放电，为避免SOC大的 电池充电时过充或SOC小的电池放电时过放，统一充放电电流W性能最差的电池为基准设 计，不一致性严重时还可能将子模块切除，不仅降低了系统的稳定性，同时降低了储能电池 的利用率，损害了电池使用寿命。因此，本发明中根据储能型MMC系统各低压电池组的充放 电需求及电池SOC等状态量的不同，实现对各电池组的独立电流控制，使每个电池模块工 作在最优状态，提高储能电池的利用率，延长电池使用寿命。
【发明内容】
[0005] 针对电池储能系统中存在的电池利用率和寿命受单体电池差异性制约的问题，本 发明的目的是提供一种采用电池电流独立控制的储能型MMC变流器，通过在储能型MMC变 流器中改变各子模块的调制波来独立控制储能电池的充放电电流，W提高电池的利用率和 使用寿命。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是；
[0007] 本发明中的储能型MMC变流器每相含有2N个子模块，每相分为上桥臂和下桥臂， 每个桥臂有N个带储能电池的子模块和一个电感。=相MMC电池储能系统含有公共直流母 线，能连接直流电网，交流侧可W连接=相交流电网，也可W接交流负载。每个子模块由一 个半桥模块、一个支撑电容和一个储能电池组组成。每个子模块的输出电压为0V或电池电 压。
[000引对于每相2N个子模块中的储能电池，通过电池管理系统炬M巧可W获得各电池组 的SOC等状态量，并可据此得到各电池组最佳的充放电电流给定值并进行独立控制，例如 使SOC大的电池组充电速度减慢或放电速度加大，SOC小的电池组充电速度加快或放电速 度减慢。
[0009] 对于=相储能型MMC变流器，交流侧采用广泛使用的前馈解禪矢量控制，通过给 定有功功率和无功功率可W得到A、B、C=相输出电压的正弦调制波分量。每个子模块都通 过该个信号产生正弦交流电压分量，输出交流功率。
[0010] =相储能型MMC变流器由于含有直流母线，每相两端都加载了 一个直流电压，因 而每个子模块都要输出一定的直流电压。该直流电压由调制波中直流偏移量产生，直流偏 移量的给定由直流母线电压及模块数决定。
[0011] 每个子模块调制波生成模块需要加入四个信号；电池组最佳充放电电流给定值、 电池电流给定平均值、直流偏移量、正弦调制波信号。其中电池组电流给定值决定了电池组 充放电电流的大小；直流偏移量决定了子模块输出直流功率大小；正弦调制波信号决定了 子模块输出交流功率大小。电池电流给定平均值是所有电池组最佳充放电电流给定值的平 均值，它起直流基准值的作用。每个子模块的最终调制波由下面几个步骤得到：
[001引 （1)电池组最佳充放电电流给定值与实际电池电流直流分量进行闭环控制，其误 差经PI调节得到调制波分量1;
[001引 似将电池组电流给定值与电池电流给定平均值作商得到一个比例值，将此比例 值乘WMMC系统中原有直流偏移量得到调制波分量2 ;
[0014] (3)由矢量控制闭环调节后得到各相总输出电压给定值，平均分配到各模块后得 到每个模块的正弦调制波信号，再乘W上述比例值得到调制波分量3 ;
[00巧](4)对于上桥臂的子模块，最终调制波等于调制波分量1、分量2、分量3之和；对 于下桥臂子模块，最终调制波等于调制波分量1减去调制波分量2、分量3之和。
[0016] 进一步地，所述储能型MMC变流器每相含有2N个子模块，每相分为上桥臂和下桥 臂，每个桥臂有N个带储能电池的子模块和一个电感。
[0017] 进一步地，每个子模块由一个半桥模块、一个支撑电容和一个储能电池组组成。 [001引进一步地，所述储能型MMC变流器含有公共直流母线，能连接直流电网，交流侧可 W连接=相交流电网，也可W接交流负载。
[0019] 本发明采用载波移相调制技术（CPS-SPWM)。载波移相调制法的基本思想是n个串 联的逆变器单元均采用低开关频率的SPWM调制方法，具有相同的频率调制比k和相同的幅 度调制比m，而各个逆变器单元的S角载波的相位依次相差360° /(n?k)，利用SPWM调制 的波形生成方式和多重化技术中的波形叠加结构产生载波移相SPWM波形。对于n个子模块 级联而成的变流器，其输出电压可达（2n+l)个电平。在本发明中，每个子模块使用上述方 法生成各自的调制波，调制波决定了子模块输出的交流功率、直流功率W及电池功率。每相 2N个子模块使用的S角载波频率一致，幅值一致，只是在相位上依次相差360° / (2N?k)。
[0020] 将各子模块的最终调制波送入载波移相调制模块，与各自的S角载波比较，可W 得到各子模块功率开关的PWM脉冲，由此实现储能型MMC系统的电池电流独立控制。
[0021] 本发明和现有技术相比，具有W下优点和效果；本发明W储能型MMC变流器为对 象，通过改变子模块调制波中各分量达到独立控制各子模块电池充放电电流的目的，可W 提高电池利用率和使用寿命，降低对电池的一致性要求和电池生产成本。根据储能型MMC 系统各低压电池组的充放电需求及电池SOC等状态量的不同，实现对各电池组的独立电流 控制，使每个电池模块工作在最优状态，提高储能电池的利用率，延长电池使用寿命。
【附图说明】