一种基于带光储系统电力电子变压器的控制装置和控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于带光储系统电力电子变压器的控制装置和控制方法，包括模块化电力电子变压器、光伏发电系统、储能系统，模块化电力电子变压器包括输入级、隔离级和输出级，输出级包括低压直流母线，光伏发电系统采用一个Buck?boost变换器与低压直流母线相连，并采用扰动发实现最大功率追踪，储能系统采用一个三重化的变换器与低压直流母线相连，并采用一种储能系统的协调控制。本发明通过储能系统的协调控制提高了含电力电子变压器的配电网的供电可靠性，以及提高电网对新能源的接纳能力，降低间隙性分布式新能源对电网的影响，减少了弃光概率。
【专利说明】
一种基于带光储系统电力电子变压器的控制装置和控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于带光储系统电力电子变压器的控制装置和控制方法，属于电 力系统技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着化石能源的枯竭，分布式新能源发电可能成为未来能源的主来来源，因此能 源互联是未来电网发展的必然趋势，模块化电力电子变压器对分布式新能源并网、智能电 网和能源互联起关键作用，传统带光伏的电力电子变压器，由于光伏发电系统的间隙性和 不可控;有时为了防止光伏发电系统对电网的影响，常常弃光，即新能源利用率达不到要 求；同时光伏系统出力的剧烈变化和负荷变动累加可能造成系统电流剧烈波动，从而造成 继电保护的误动作;并且传统模块化电力电子变压器不具备应对电压深度跌落的功能，即 供电可靠性不高。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是:提供一种基于带光储系统电力电子变压器的控制装 置和控制方法，可实现应对电压深度跌落和光储互补功能，储能环节解决了光伏系统间隙 性发电对配电网的影响，提高配电网对新能源的消纳能力，减少弃光概率，提高新能源利用 率，同时也提高了供电可靠性，以解决现有技术中存在的问题。
[0004] 本发明采取的技术方案为：一种基于带光储系统电力电子变压器的控制装置，包 括模块化电力电子变压器和连接在模块化电力电子变压器输出级的光伏发电系统和储能 系统； 模块化电力电子变压器包括输入级、隔离级、输出级，输入级采用MMC模块的电压源型 变换器，每一个MMC模块由半桥结构和电容组成，输入级三相变压器的每一个上下桥臂各有 4个MMC模块，隔离级采用三个H桥级联，输出级包括低压直流母线，输出级采用三电平电压 源型变换器，其每个桥臂采用二极管箝位方式连接； 光伏发电系统通过Buck-boost变换器连接到低压直流母线，并采用扰动法实现最大功 率追踪； 储能系统通过三重化DC/DC变换器连接到低压直流母线。
[0005] -种基于带光储系统电力电子变压器的控制装置的控制方法，当电网电压正常 时，低压直流母线的电压由模块化电力电子变压器支撑，储能系统采用定充放电功率的控 制方法，其给定量随光伏出力的变换而变化，其控制目的是保持光储出力稳定，当电网侧发 生电压深度跌落后，会引起模块化电力电子变压器的低压直流母线失压，此时储能系统的 变流器采用定直流电压的控制方法，为直流母线提供电压支撑，在两种控制方法之间平滑 切换，通过协调控制以实现光储互补和应对电压深度跌落的功能。
[0006] 上述定充放电功率的控制方法是一种电流闭环控制方法，其控制步骤是:将功率 指令转换为电流指令，将得到的电流指令平均分为3份，再分别采集到的三路电感电流作 差，得到的误差信号经过PI控制器后加上电池电压，最后与直流侧电压比较获得PWM信号的 参考值，其中第一路信号直接送给峭壁I，第二路信号经过1/3个开关周期的延迟后送给峭 壁II，第三路信号经过2/3的开关周期延迟后送给桥臂III。
[0007] 上述定直流电压控制方法是一种电压电流双闭环控制方法，其控制步骤是：指令 电压作为电压环的给定信号，给定电压与所测量的直流电压信号作差后经过PI控制器作为 电流内环的给定信号，将得到的电流指令平均分为3份，再分别采集到的三路电感电流作 差，得到的误差信号经过PI控制器后加上电池电压前馈，最后与直流侧电压比较获得PWM信 号的参考值，其中第一路信号直接送给峭壁I，第二路信号经过1/3个开关周期的延迟后送 给峭壁β，第三路信号经过2/3的开关周期延迟后送给桥臂III。
[0008] 本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明运用在智能配电网及交直流配电网 中，通过储能系统的协调控制提高了含电力电子变压器的配电网的供电可靠性，以及提高 电网对新能源的接纳能力，降低间隙性分布式新能源对电网的影响，减少了弃光概率，这为 未来大规模智能电网的建设具有较好的实用价值和推广意义。
【附图说明】
[0009] 图1是本发明的系统总体结构图； 图2是本发明的模块化电力电子变压器的拓扑结构示意图； 图3是本发明的储能系统协调控制结构示意图； 图4是未加控制策略的输入级网侧电压和输出级直流母线电压仿真结果图； 图5是加了控制策略的输入级网侧电压和输出级直流母线电压仿真结果图； 图6是未加储能协调控制时光照发生变化的仿真波形图； 图7是加储能协调控制时光照发生变化的仿真波形图； 图中Tl和Τ2是分别是定功率和定电压控制策略的切换开关。
【具体实施方式】
[0010] 下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
[0011] 如图1~3所示，一种基于带光储系统电力电子变压器的控制装置，包括模块化电力 电子变压器(MMC-PET )和连接在模块化电力电子变压器输出级的光伏发电系统和储能系 统;模块化电力电子变压器包括输入级、隔离级、输出级，输入级采用MMC模块的电压源型变 换器，每一个MMC模块由半桥结构和电容组成，输入级三相变压器的每一个上下桥臂各有4 个MMC模块，隔离级采用三个H桥级联，输出级包括低压直流母线，输出级采用三电平电压源 型变换器，其每个桥臂采用二极管箝位方式连接;光伏发电系统通过Buck-boost变换器连 接到低压直流母线，并采用扰动法实现最大功率追踪;储能系统通过三重化DC/DC变换器连 接到低压直流母线。
[0012] 一种基于带光储系统电力电子变压器的控制装置的控制方法，当电网电压正常 时，低压直流母线的电压由模块化电力电子变压器支撑，储能系统采用定充放电功率的控 制方法，其给定量随光伏出力的变换而变化，其控制目的是保持光储出力稳定，当电网侧发 生电压深度跌落后，会引起模块化电力电子变压器的低压直流母线失压，此时储能系统的 变流器采用定直流电压的控制方法，为低压直流母线提供电压支撑，在两种控制方法之间 平滑切换，通过协调控制以实现光储互补和应对电压深度跌落的功能。
[0013] 上述定充放电功率的控制方法是一种电流闭环控制方法，其控制步骤是:将功率 指令转换为电流指令，将得到的电流指令平均分为3份，再分别采集到的三路电感电流作 差，得到的误差信号经过PI控制器后加上电池电压，最后与直流侧电压比较获得PWM信号的 参考值，其中第一路信号直接送给峭壁I，第二路信号经过1/3个开关周期的延迟后送给峭 壁II，第三路信号经过2/3的开关周期延迟后送给桥臂III。
[0014] 上述定直流电压控制方法是一种电压电流双闭环控制方法，其控制步骤是：电压 环是给定电压作为给定信号，给定电压与所测量的直流电压信号作差后经过PI控制器作为 电流内环的给定信号，将得到的电流指令平均分为3份，再分别采集到的三路电感电流作 差，得到的误差信号经过PI控制器后加上电池电压前馈，最后与直流侧电压比较获得PWM信 号的参考值，其中第一路信号直接送给峭壁I，第二路信号经过1/3个开关周期的延迟后送 给峭壁II，第三路信号经过2/3的开关周期延迟后送给桥臂III。
[0015] 图1是系统总体结构图，图2是模块化电力电子变压器的拓扑结构示意图，图3是储 能系统的协调控制结构示意图，储能系统的协调控制结构示意图；图中Tl和T2是分别是定 功率和定电压控制的切换开关，本发明通过Simul ink仿真软件验证其技术优势，在Is时模 拟电网电压发生跌落，如图4是未加储能系统协调控制方法的波形图，图4分别为输入级网 侧电压和输出级直流母线电压，由图4(b)知在未加储能系统协调控制时，当电网电压失压 后，其直流母线的电压发生深度跌落，从而影响到负载供电；图5是加入储能系统的协调控 制的仿真波形图，储能系统协调控制器检查到电网电压失压时，储能变流器的控制器由定 功率控制切换为定直流电压控制，由图5(a)可知，通过储能变流器的协调控制，经过短暂的 过渡过程，维持了低压直流母线电压的稳定，提高了供电可靠性，同时也说明了具有不间断 供电功能，其中图5(b)为储能系统的放电过程。
[0016] 图6为未加储能协调控制时光照发生变化的仿真波形图，图6(a)为光伏输出的有 功变化过程，图6(b)为MMC-PET输入级电流波形，由图知当光照发生变换时会引起输入级电 流发生变化，当这种变换和负荷变动累加可能会造成继电保护的误动作，因此为了避免继 电保护误动作，在实际运行中不希望光储与配电网之间交换的功率大范围波动，通过加入 储能系统的协调控制可以使光储系统与配电网之间交换的功率在一定范围之内保持稳定， 图7为加入控制策略后的仿真波形，在0.5s前，储能变流器输出的有功为OkW，在0.5秒时光 照变强使光伏有功输出由250kW变为500kW，为了使光储出力稳定，让储能吸收功率。同样在 I s和1.5s通过控制储能吸收或释放功率使光储的功率输出稳定，如图7(a)所示，其中图7 (b)为光储与配电网之间交换的功率，由图知通过储能系统协调控制使光储与配电网之间 交换的功率基本稳定，虽然在过渡过程有微小的波动，但在可控范围之内，整个过程光储的 出力始终保持在250kW左右，同时MMC-PET输入级的电流基本保持稳定，避免了电流的剧烈 波动，如图7(c)所示，加入储能系统协调控制后极大的减少弃光概率，提高了新能源的利用 率。
[0017]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种基于带光储系统电力电子变压器的控制装置，其特征在于:包括模块化电力电 子变压器和连接在模块化电力电子变压器输出级的光伏发电系统和储能系统； 模块化电力电子变压器包括输入级、隔离级、输出级，输入级采用MMC模块的电压源型 变换器，每一个MMC模块由半桥结构和电容组成，输入级=相变压器的每一个上下桥臂各有 4个MMC模块，隔离级采用=个H桥级联，输出级包括低压直流母线，输出级采用=电平电压 源型变换器，其每个桥臂采用二极管巧位方式连接； 光伏发电系统通过Buck-boost变换器连接到低压直流母线，并采用扰动法实现最大功 率追踪； 储能系统通过S重化DC/DC变换器连接到低压直流母线。2. 根据权利要求1所述的一种基于带光储系统电力电子变压器的控制装置的控制方 法，其特征在于：当电网电压正常时，低压直流母线的电压由模块化电力电子变压器支撑， 储能系统采用定充放电功率的控制方法，其给定量随光伏出力的变换而变化，其控制目标 是保持光储出力稳定，当电网侧发生电压深度跌落后，会引起模块化电力电子变压器的低 压直流母线失压，此时储能系统的变流器采用定直流电压的控制方法，为直流母线提供电 压支撑，在两种控制方法之间平滑切换，通过协调控制W实现光储互补和应对电压深度跌 落的功能。3. 根据权利要求1所述的一种基于带光储系统电力电子变压器的控制装置的控制方 法，其特征在于:定充放电功率的控制方法是一种电流闭环控制方法，其控制步骤是:将功 率指令转换为电流指令，将得到的电流指令平均分为3份，再分别采集到的=路电感电流作 差，得到的误差信号经过PI控制器后加上电池电压，最后与直流侧电压比较获得PWM信号的 参考值，其中第一路信号直接送给峭壁I；，第二路信号经过1/3个开关周期的延迟后送给峭 壁泣，第=路信号经过2/3的开关周期延迟后送给桥臂澀。4. 根据权利要求1所述的一种基于带光储系统电力电子变压器的控制装置的控制方 法，其特征在于:定直流电压控制方法是一种电压电流双闭环控制方法，其控制步骤是:指 令电压作为电压外环的给定信号，给定电压与所测量的直流电压信号作差后经过PI控制器 作为电流内环的给定信号，将得到的电流指令平均分为3份，再分别采集到的=路电感电流 作差，得到的误差信号经过PI控制器后加上电池电压前馈，最后与直流侧电压比较获得PWM 信号的参考值，其中第一路信号直接送给峭壁^第二路信号经过1/3个开关周期的延迟后 送给峭壁H，第S路信号经过2/3的开关周期延迟后送给桥臂迹。
【文档编号】H02J3/38GK105914766SQ201610389419
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月6日
【发明人】袁威, 刘跃
【申请人】贵州大学