一種儲(chǔ)能電池中模塊化多電平換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種儲(chǔ)能電池中模塊化多電平換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法，屬于多電平電力電子變換器的控制技術(shù)領(lǐng)域。該方法是從電容伏安特性和等效開(kāi)關(guān)函數(shù)角度出發(fā)，將橋臂能量均衡控制環(huán)節(jié)簡(jiǎn)化成雙比例調(diào)節(jié)器后，推導(dǎo)得到了二次環(huán)流計(jì)算模型，同時(shí)綜合考慮輸出功率、橋臂能量均衡控制環(huán)節(jié)參數(shù)，采用基于最小二乘法優(yōu)化的模擬退火法求解最優(yōu)參數(shù)，從而建立了二次環(huán)流修正模型。該模型可以較為準(zhǔn)確的計(jì)算二次環(huán)流幅值，為橋臂功率器件的選型以及二次環(huán)流的抑制提供了理論依據(jù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種儲(chǔ)能電池中模塊化多電平換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)能電池中模塊化多電平換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法，屬于電 力電子技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 來(lái)自能源、環(huán)境的壓力使得可再生能源發(fā)電得到了越來(lái)越多的應(yīng)用?？稍偕茉?發(fā)電具有間歇性和隨機(jī)性的特點(diǎn)，研究表明，并網(wǎng)運(yùn)行的可再生能源等間歇性電源對(duì)電網(wǎng) 安全性、穩(wěn)定性、電能質(zhì)量等多方面造成沖擊和影響。因此，不少國(guó)家制定了嚴(yán)格的間歇式 電源并網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)間歇式電源的自我調(diào)節(jié)，使并網(wǎng)功率波動(dòng)等參數(shù)滿足并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。但 是，這樣在限制了間歇式電源并網(wǎng)沖擊性的同時(shí)，也降低了間歇式電源可用有功功率的利 用率，限制了間歇式電源的靈活性，使其對(duì)電網(wǎng)可能提供的附加服務(wù)、支撐等優(yōu)勢(shì)和潛能受 到削弱。采用儲(chǔ)能系統(tǒng)與間歇式電源相配合，使間歇式電源的輸出功率趨于平穩(wěn)，降低對(duì)電 網(wǎng)的沖擊，是抑制間歇式電源發(fā)電功率間歇性和隨機(jī)性的有效手段。
[0003] 模塊化多電平是目前儲(chǔ)能電池向電網(wǎng)輸送功率進(jìn)行逆變并網(wǎng)的研究熱點(diǎn)。模塊化 多電平換流器的橋臂電流主要包含直流分量、基頻分量以及二倍頻分量，其中直流分量和 基頻分量與輸出功率有關(guān)，當(dāng)輸出功率確定時(shí)，直流分量和基頻分量恒定，因此只能通過(guò)抑 制二倍頻分量來(lái)減少橋臂電流，降低功率器件的損耗。目前，針對(duì)二次環(huán)流的計(jì)算已有較多 研究，但計(jì)算值不夠準(zhǔn)確，分析不夠全面。針對(duì)上述現(xiàn)有問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種儲(chǔ)能電池 中模塊化多電平換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法，該方法可以較為準(zhǔn)確的計(jì)算二次環(huán)流幅 值，為橋臂功率器件的選型以及二次環(huán)流的抑制提供了理論依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供了一種儲(chǔ)能電池中模塊化多電平 換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法，從電容伏安特性和等效開(kāi)關(guān)函數(shù)角度出發(fā)，將橋臂能量均 衡控制環(huán)節(jié)簡(jiǎn)化成雙比例調(diào)節(jié)器后，推導(dǎo)得到的二次環(huán)流計(jì)算模型，解決了現(xiàn)有技術(shù)中二 次環(huán)流計(jì)算準(zhǔn)確度不高的技術(shù)問(wèn)題。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種儲(chǔ)能電池中模塊化多電平換流器二次環(huán) 流定量計(jì)算方法，所述模塊化多電平換流器為三相電路結(jié)構(gòu)，每一相電路均包括上橋臂和 下橋臂，所述上橋臂包括N個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子模塊，所述下橋臂包括N個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子模塊，每 個(gè)子模塊為半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括兩個(gè)IGBT，兩個(gè)二極管以及一個(gè)電容器，模塊化多電平換流 器的二次環(huán)流抑制控制策略包括橋臂能量均衡控制環(huán)節(jié)和電容電壓均壓控制環(huán)節(jié)，其中能 量均衡控制環(huán)節(jié)為電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙控環(huán)節(jié)，電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)均采用PI調(diào)節(jié) 器，其特征是，所述二次環(huán)流定量計(jì)算方法包括以下步驟：
[0006] 步驟一，將橋臂能量均衡控制環(huán)節(jié)的雙PI調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)化成雙P調(diào)節(jié)器，則能量均衡控 制環(huán)節(jié)的電壓電流關(guān)系可以表示為：
[0008] 其中，Kn為電壓外環(huán)P調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，Kn為電流內(nèi)環(huán)P調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，Uf 為子模塊電容電壓的目標(biāo)值，izi/為橋臂環(huán)流的目標(biāo)值，UCAVx*x相所有子模塊電容電壓的 平均值，i zx為X相橋臂環(huán)流的實(shí)際值，Vlx是X相能量均衡控制環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)，X表示相別， 可以取值為a、b、c;
[0009] 步驟二，忽略電容電壓均壓控制環(huán)節(jié)的輸出，建立橋臂等效開(kāi)關(guān)函數(shù);上、下橋臂 等效開(kāi)關(guān)函數(shù)可以表示為：
[0011] 其中，Ud。為直流母線電壓，Us為輸出電壓幅值，Is為輸出電流幅值，ws為輸出電壓的 工作頻率，θ χ為輸出電壓相角，I為電流滯后電壓的相角，Spx為上橋臂開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，等于上 橋臂的參考電壓信號(hào)除以UdcyN，S nx為下橋臂開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，等于下橋臂的參考電壓信號(hào)除以 Udc/N；
[0012] 步驟三，忽略模塊化多電平換流器環(huán)流中二倍頻以上分量，建立橋臂電流表達(dá)式；
[0014] 其中，Id為直流母線側(cè)直流電流，Iz為環(huán)流的二次諧波分量幅值，％*為X相環(huán)流的 二次諧波分量相角，i PX為X相上橋臂電流，inx為X相下橋臂電流；
[0015] 步驟四，根據(jù)電容伏安特性，結(jié)合等效開(kāi)關(guān)函數(shù)，得到模塊化多電平換流器的子模 塊電容電壓表達(dá)式;X相子模塊電容電壓波動(dòng)表達(dá)式可以表不為：
[0017 ]其中，ucpx為上橋臂電壓，UCnx為下橋臂電壓，C為橋臂中電容值；
[0018]步驟五，根據(jù)子模塊電容電壓和等效開(kāi)關(guān)函數(shù)，得到模塊化多電平換流器的橋臂 總電壓：
[0020] 步驟六，根據(jù)模塊化多電平換流器上、下橋臂總電壓與橋臂電感壓降之和為直流 母線側(cè)電容電壓，計(jì)算得到二次環(huán)流幅值；
[0021] 上、下橋臂總電壓與橋臂電感壓降之和為直流母線側(cè)電容電壓，則上、下橋臂總壓 的二次分量與二次環(huán)流作用在兩個(gè)橋臂電感上的壓降相等，可以表示成：
[0023]求解上面的表達(dá)式，可以得到二次環(huán)流的幅值和相角：
[0025] b、c相二次環(huán)流的相角分別超前Aa的度數(shù)為120、240;
[0026] 步驟七，由二次環(huán)流幅值表達(dá)式可得其與輸出功率和雙比例P調(diào)節(jié)器的系數(shù)關(guān)系， 建立二次環(huán)流幅值的修正模型；
[0027] 設(shè)L·1表示二次環(huán)流修正值，1^表示二次環(huán)流計(jì)算值，則二次環(huán)流幅值修正模型可 以表示為：
[0029]其中，lu表示二次環(huán)流修正系數(shù)，1?表示二次環(huán)流與Kn的相關(guān)系數(shù)，k3表示二次環(huán) 流與Kn的相關(guān)系數(shù)，k4、k5表示二次環(huán)流與功率的相關(guān)系數(shù)；
[0030]步驟八，采用基于最小二乘法優(yōu)化的模擬退火法求解二次環(huán)流幅值的修正模型的 最優(yōu)參數(shù):利用二次環(huán)流實(shí)際值I/、輸出電流幅值Is以及兩個(gè)比例P調(diào)節(jié)器系數(shù)(Κη，κη)， 采用基于最小二乘法優(yōu)化的模擬退火法求解最優(yōu)參數(shù)ki、k2、k3、k4和k5:
[0031 ] / (人-丨，/c"/c;，/c4,/cs) = min(廠-/1 )7
[0032] 得到最優(yōu)參數(shù)匕上、1?、1^4和1?后，即可得到二次環(huán)流幅值修正模型。
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是:本發(fā)明該方法是從電容伏安特性 和等效開(kāi)關(guān)函數(shù)角度出發(fā)，將橋臂能量均衡控制環(huán)節(jié)簡(jiǎn)化成雙比例調(diào)節(jié)器后，推導(dǎo)得到的 二次環(huán)流計(jì)算模型。該方法可以較為準(zhǔn)確的計(jì)算二次環(huán)流幅值，為橋臂功率器件的選型以 及二次環(huán)流的抑制提供了理論依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1是本發(fā)明方法中模塊化多電平換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。
[0035] 圖2是本發(fā)明方法中橋臂能量均衡控制環(huán)節(jié)控制原理。
[0036]圖3是本發(fā)明方法中電容電壓均壓控制環(huán)節(jié)控制原理。
[0037]圖4是本發(fā)明實(shí)施例中當(dāng)Κνι = 0.8, Κιι = 15時(shí)二次環(huán)流的計(jì)算值、修正值和仿真值 的關(guān)系圖。
[0038]圖5是本發(fā)明實(shí)施例中當(dāng)Κνι = 0.6, Κιι = 20時(shí)二次環(huán)流的計(jì)算值、修正值和仿真值 的關(guān)系圖。
[0039] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例中當(dāng)Κνι = 0.6, Κιι = 15時(shí)二次環(huán)流的計(jì)算值、修正值和仿真值 的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說(shuō)明本發(fā)明 的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0041]如圖1所示模塊化多電平換流器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，模塊化多電平換流器為三相電路 結(jié)構(gòu)，圖中a，b和c表示模塊化多電平變換器的三相交流進(jìn)線端，Udc表示直流母線電容電壓， 每一相電路均包括上橋臂和下橋臂，所述上橋臂包括串聯(lián)的N個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子模塊，所述下 橋臂包括串聯(lián)的N個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子模塊，圖中SM表不子模塊(submodule，SM)，每個(gè)子模塊為 半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)IGBT，兩個(gè)二極管以及一個(gè)電容器。
[0042] 模塊化多電平換流器的控制策略包括橋臂能量均衡控制環(huán)節(jié)和電容電壓均壓控 制環(huán)節(jié)，其中能量均衡控制環(huán)節(jié)為電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙控環(huán)節(jié)，電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán) 均采用PI調(diào)節(jié)器，該控制環(huán)節(jié)主要目的是為了保證三相橋臂均分總能量，使得各相橋臂直 流總壓相同，控制原理如圖2所示，圖中UJ是單個(gè)MMC模塊電容電壓目標(biāo)值，U CAVx是MMC的X相 所有子模塊電容電壓平均值，iPX是上橋臂電流，inx是下橋臂電流，V lx是X相能量均衡控制環(huán) 節(jié)的輸出信號(hào)；電容電壓均壓控制環(huán)節(jié)的主要目的是通過(guò)重新分配橋臂中子模塊的能量， 使得子模塊電容電壓維持恒定，控制原理如圖3所示，圖中U Cxl是麗C的X相第i個(gè)模塊的電容 電壓實(shí)際值，V2xl是X相第i個(gè)模塊電容均壓控制環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)。其中X表示相別，可以取值 為a、b、c〇
[0043] 本發(fā)明的一種儲(chǔ)能電池中模塊化多電平換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法，包括以下 步驟：
[0044] 步驟一，將橋臂能量均衡控制環(huán)節(jié)的雙PI調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)化成雙P調(diào)節(jié)器；
[0045] 將電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)采用的PI調(diào)節(jié)器均簡(jiǎn)化成P調(diào)節(jié)器，設(shè)模塊化多電平換流 器的橋臂能量均衡控制環(huán)節(jié)電壓外環(huán)P調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為Kn，電流內(nèi)環(huán)P調(diào)節(jié)器的比例系 數(shù)為Κη，子模塊電容電壓的目標(biāo)值為U C'橋臂環(huán)流的目標(biāo)值為izl/，x相所有子模塊電容電 壓的平均值為UCAVx，X相橋臂環(huán)流的實(shí)際值為izx，vlx是X相能量均衡控制環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)，X 表示相別，可以取值為a、b、c。將模塊化多電平換流器的橋臂能量均衡控制環(huán)節(jié)的雙比例、 積分PI調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)化為雙比例P調(diào)節(jié)器后，控制環(huán)節(jié)的電壓電流關(guān)系可以表示為：
[0047]步驟二，忽略電容電壓均壓控制環(huán)節(jié)的輸出，建立橋臂等效開(kāi)關(guān)函數(shù)；
[0048]設(shè)模塊化多電平換流器的直流母線電壓為Ud。，輸出電壓幅值為Us，輸出電流幅值 為Is，輸出電壓的工作頻率為WS，輸出電壓相角為θχ，電流滯后電壓的相角為…上橋臂開(kāi)關(guān) 的狀態(tài)為s px，等于上橋臂的參考電壓信號(hào)除以Udc/N，下橋臂開(kāi)關(guān)的狀態(tài)為Snx，等于下橋臂 的參考電壓信號(hào)除以Udc/N。根據(jù)模塊化多電平換流器的控制原理，忽略掉電容電壓均壓控 制環(huán)節(jié)后，上、下橋臂等效開(kāi)關(guān)函數(shù)可以表示為：
[0050] 步驟三，忽略模塊化多電平換流器環(huán)流中二倍頻以上分量，建立橋臂電流表達(dá)式；
[0051] 設(shè)模塊化多電平換流器直流母線側(cè)直流電流為Id，環(huán)流的二次諧波分量幅值為Iz， X相環(huán)流的二次諧波分量相角為P-wx相上橋臂電流是ipX，X相下橋臂電流是inx，忽略掉橋臂 電流二倍頻以上的分量后，上、下橋臂電流可以表示為：
[0053] 步驟四，根據(jù)電容伏安特性，結(jié)合等效開(kāi)關(guān)函數(shù)，得到模塊化多電平換流器的子模 塊電容電壓表達(dá)式；
[0054] 考慮到子模塊電容電壓的波動(dòng)主要與電容電壓均壓控制環(huán)節(jié)有關(guān)，而與橋臂能量 均衡控制環(huán)節(jié)無(wú)關(guān)，故在求解子模塊電容電壓的波動(dòng)表達(dá)式時(shí)，忽略掉橋臂能量均衡控制 環(huán)節(jié)的輸出后，根據(jù)電容伏安特性，結(jié)合等效開(kāi)關(guān)函數(shù)，三相子模塊電容電壓波動(dòng)計(jì)算方式 相同，上橋臂電壓為Uc Px，下橋臂電壓為Ucnx，橋臂中電容值為C，X相子模塊電容電壓波動(dòng)表 達(dá)式可以表示為：
[0056]步驟五，根據(jù)子模塊電容電壓和等效開(kāi)關(guān)函數(shù)，得到模塊化多電平換流器的橋臂 總電壓；
[0057]將X相子模塊電容電壓表達(dá)式代入橋臂能量均衡控制的電壓外環(huán)可得：
[0059]將izl/信號(hào)代入電流內(nèi)環(huán)，計(jì)算可得橋臂能量均衡控制環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)：
[0061]根據(jù)等效開(kāi)關(guān)函數(shù)和子模塊電容電壓表達(dá)式，可以得到上、下橋臂總電壓：
[0063]其中，Upnx為X相上、下橋臂總電壓；
[0064] 步驟六，根據(jù)模塊化多電平換流器上、下橋臂總電壓與橋臂電感壓降之和為直流 母線側(cè)電容電壓，計(jì)算得到二次環(huán)流幅值；
[0065] 上、下橋臂總電壓與橋臂電感壓降之和為直流母線側(cè)電容電壓，則上、下橋臂總壓 的二次分量與二次環(huán)流作用在兩個(gè)橋臂電感上的壓降相等，可以表示成：
[0067]求解上面的表達(dá)式，可以得到二次環(huán)流的幅值和相角：
[0069] b、c相二次環(huán)流的相角分別超前心a的度數(shù)為120、240。
[0070] 步驟七，由二次環(huán)流幅值表達(dá)式可得其與輸出功率以及兩個(gè)比例P調(diào)節(jié)器的系數(shù) 關(guān)系，建立二次環(huán)流幅值的修正模型；
[0071] 根據(jù)上面二次環(huán)流幅值、相角的表達(dá)式可以得出結(jié)論:二次環(huán)流幅值、相角不僅與 輸出功率(Us，Is，Udc，Id，《>8爐）、子模塊數(shù)量N、橋臂電感1^以及輸出電壓頻率Ws有關(guān)，而且在 一定程度上還與橋臂能量均衡控制環(huán)節(jié)的兩個(gè)比例P調(diào)節(jié)器系數(shù)(Kvl，Kn)有關(guān)。為了簡(jiǎn)化 分析，本發(fā)明主要研究二次環(huán)流幅值修正值與輸出功率以及兩個(gè)比例Ρ調(diào)節(jié)器系數(shù)(Κη， Κη)的關(guān)系，考慮到二次環(huán)流幅值隨Kn、Is的增加而增加，隨Κη的增加而減少，設(shè)L·1表示二 次環(huán)流修正值，1^表示二次環(huán)流計(jì)算值為上一步中二次環(huán)流幅值;則二次環(huán)流幅值修正模 型可以表示為：
[0073]式中，lu表示二次環(huán)流修正系數(shù)，1?表示二次環(huán)流與Κη的相關(guān)系數(shù)，k3表示二次環(huán) 流與Kn的相關(guān)系數(shù)，k4、k5表示二次環(huán)流與功率的相關(guān)系數(shù)。
[0074]步驟八，采用基于最小二乘法優(yōu)化的模擬退火法求解二次環(huán)流幅值的修正模型的 最優(yōu)參數(shù)。
[0075] 利用二次環(huán)流實(shí)際值I/、輸出電流幅值Is以及兩個(gè)比例P調(diào)節(jié)器系數(shù)(Κη，Κη)，采 用基于最小二乘法優(yōu)化的模擬退火法求解最優(yōu)參數(shù)ki、k2、k3、k4和k5:
[0076] / (/v,, k:, k., k4, /c5) = min(/" - /')J
[0077] 得到最優(yōu)參數(shù)匕上、1?、1^4和1?后，即可得到二次環(huán)流幅值修正模型。
[0078]圖4是本發(fā)明二次環(huán)流的計(jì)算值、修正值和仿真值(Κνι = 0.8，Κιι = 15)，圖5是本發(fā) 明二次環(huán)流的計(jì)算值、修正值和仿真值(Κνι = 0.6，Κιι = 20)，圖6是本發(fā)明二次環(huán)流的計(jì)算 值、修正值和仿真值(Κνι = 0.6，Κιι = 20)，圖中計(jì)算值為步驟六中關(guān)于二次環(huán)流的計(jì)算結(jié) 果，修正值為步驟七中關(guān)于二次環(huán)流的計(jì)算結(jié)果，仿真值為二次環(huán)流的仿真結(jié)果。
[0079]為了更加直觀的分析結(jié)果，繪制了表1、2和3。顯然由于推導(dǎo)過(guò)程做出了諸多假設(shè) 使得二次環(huán)流計(jì)算值小于仿真值，這是正常的；而二次環(huán)流仿真值曲線與修正值曲線幾乎 完全重合，表明修正效果很好，可以利用修正值來(lái)代替仿真值作為二次環(huán)流的理論值，從而 驗(yàn)證了本發(fā)明所提供的二次環(huán)流定量計(jì)算方法的正確性。
[0080 ] 表1二次環(huán)流的計(jì)算值、修正值和仿真值(Κνι = 0 · 8，Κιι = 15)
[0083] 表2二次環(huán)流的計(jì)算值、修正值和仿真值(Κνι = 0.6，Κιι = 20)
[0085] 表3二次環(huán)流的計(jì)算值、修正值和仿真值(Κνι = 0 · 6，Κιι = 15)
[0087] 本發(fā)明提供了一種儲(chǔ)能電池中模塊化多電平換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法。該方 法是從電容伏安特性和等效開(kāi)關(guān)函數(shù)角度出發(fā)，將橋臂能量均衡控制環(huán)節(jié)簡(jiǎn)化成雙比例調(diào) 節(jié)器后，推導(dǎo)得到的二次環(huán)流計(jì)算模型。該方法可以較為準(zhǔn)確的計(jì)算二次環(huán)流幅值，為橋臂 功率器件的選型以及二次環(huán)流的抑制提供了理論依據(jù)。
[0088] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種儲(chǔ)能電池中模塊化多電平換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法，所述模塊化多電平換 流器為三相電路結(jié)構(gòu)，每一相電路均包括上橋臂和下橋臂，所述上橋臂包括N個(gè)結(jié)構(gòu)相同的 子模塊，所述下橋臂包括N個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子模塊，每個(gè)子模塊為半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括兩個(gè) IGBT，兩個(gè)二極管以及一個(gè)電容器，模塊化多電平換流器的二次環(huán)流抑制控制策略包括橋 臂能量均衡控制環(huán)節(jié)和電容電壓均壓控制環(huán)節(jié)，其中能量均衡控制環(huán)節(jié)為電壓外環(huán)和電流 內(nèi)環(huán)的雙控環(huán)節(jié)，電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)均采用PI調(diào)節(jié)器，其特征是，所述二次環(huán)流定量計(jì)算 方法包括以下步驟： 步驟一，將橋臂能量均衡控制環(huán)節(jié)的雙PI調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)化成雙P調(diào)節(jié)器； 步驟二，忽略電容電壓均壓控制環(huán)節(jié)的輸出，建立橋臂等效開(kāi)關(guān)函數(shù)； 步驟三，忽略模塊化多電平換流器環(huán)流中二倍頻以上分量，建立橋臂電流表達(dá)式； 步驟四，根據(jù)電容伏安特性，結(jié)合等效開(kāi)關(guān)函數(shù)，得到模塊化多電平換流器的子模塊電 容電壓； 步驟五，根據(jù)子模塊電容電壓和等效開(kāi)關(guān)函數(shù)，得到模塊化多電平換流器的橋臂總電 壓； 步驟六，根據(jù)模塊化多電平換流器上、下橋臂總電壓與橋臂電感壓降之和為直流母線 側(cè)電容電壓，計(jì)算得到二次環(huán)流幅值； 步驟七，由二次環(huán)流幅值表達(dá)式可得其與輸出功率和雙比例P調(diào)節(jié)器的系數(shù)關(guān)系，建立 二次環(huán)流幅值的修正模型； 步驟八，采用基于最小二乘法優(yōu)化的模擬退火法求解二次環(huán)流幅值的修正模型的最優(yōu) 參數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能電池中模塊化多電平換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法，其 特征是，步驟一中，能量均衡控制環(huán)節(jié)的電壓電流關(guān)系可以表示為：其中，Kn為電壓外環(huán)P調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，K11為電流內(nèi)環(huán)P調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)，Uf為子 模塊電容電壓的目標(biāo)值，izi/為橋臂環(huán)流的目標(biāo)值，UcavxSx相所有子模塊電容電壓的平均 值，i zx為X相橋臂環(huán)流的實(shí)際值，Vlx是X相能量均衡控制環(huán)節(jié)的輸出信號(hào)，X表示相別，可以 取值為a、b、c〇3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的儲(chǔ)能電池中模塊化多電平換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法，其 特征是，步驟二中，上、下橋臂等效開(kāi)關(guān)函數(shù)可以表示為：其中，Ud。為直流母線電壓，Us為輸出電壓幅值，Is為輸出電流幅值，ws為輸出電壓的工作 頻率，θχ為輸出電壓相角，f為電流滯后電壓的相角，上橋臂開(kāi)關(guān)的狀態(tài)為Spx，等于上橋臂的 參考電壓信號(hào)除以Ui/N，下橋臂開(kāi)關(guān)的狀態(tài)為S nx，等于下橋臂的參考電壓信號(hào)除以Udc/N。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的儲(chǔ)能電池中模塊化多電平換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法，其 特征是，步驟二中，橋臂電流表汰式為：其中，Id為直流母線側(cè)直流電流，Iz為環(huán)流的二次諧波分量幅值，心為X相環(huán)流的二次 諧波分量相角，iPX為X相上橋臂電流，inx為X相下橋臂電流。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的儲(chǔ)能電池中模塊化多電平換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法，其 特征縣.擊驟四由.X相子槌±#由窓由壓湞動(dòng)耒伏忒可W耒沄為，其中，UcpxSx相上橋臂電壓，UcnxSx相下橋臂電壓，C為橋臂中電容器值。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的儲(chǔ)能電池中模塊化多電平換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法，其 特征是，步驟五中，橋臂總電壓表達(dá)式為：其中，Upnx為X相上、下橋臂總電壓。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的儲(chǔ)能電池中模塊化多電平換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法，其 特征是，步驟六中，計(jì)算得到二次環(huán)流幅值的過(guò)程為； 上、下橋臂總電壓與橋臂電感壓降之和為直流母線側(cè)電容電壓，則上、下橋臂總壓的二 次分量與二汝環(huán)流作用在兩個(gè)橋臂電感卜的壓隆相等，可以衷示成：求解上面的表達(dá)式，可以得到二次環(huán)流的幅值和相角：b、C相二次環(huán)流的相角分別超前的度數(shù)為120、240。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的儲(chǔ)能電池中模塊化多電平換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法，其 特征是，步驟七中，二次環(huán)流幅值的修正模型； 設(shè)Iz1表示二次環(huán)流修正值，Izt3表示二次環(huán)流計(jì)算值，則二次環(huán)流幅值修正模型可以表 示為·兵甲，匕衣不二次樸沭修止糸數(shù)，k2衣不二次樸沭與Kn的相關(guān)系數(shù)，k3表示二次環(huán)流與 Kii的相關(guān)系數(shù)，k4、k5表示二次環(huán)流與功率的相關(guān)系數(shù)。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的儲(chǔ)能電池中模塊化多電平換流器二次環(huán)流定量計(jì)算方法，其 特征是，步驟八中，最優(yōu)參數(shù)的求解過(guò)程為:利用二次環(huán)流實(shí)際值I/、輸出電流幅值I s以及 兩個(gè)比例P調(diào)節(jié)器系數(shù)(Kn，Kn)，采用基于最小二乘法優(yōu)化的模擬退火法求解最優(yōu)參數(shù)h、 k2、k3、kdPlk5:得到最優(yōu)參數(shù)h、k2、k3、kjPk5后，即可得到二次環(huán)流幅值修正模型。
【文檔編號(hào)】H02J3/38GK106026153SQ201610545853
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月12日
【發(fā)明人】朱超, 陳昊, 譚風(fēng)雷, 張兆君, 繆曉剛, 吳興泉, 邵斌斌, 陳志群
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司, 國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司