一种分散储能的电力电子变压器及其控制方法
【专利说明】-种分散储能的电力电子变压器及其控制方法
【背景技术】
[0001] 随着电网系统发展，传统电力变压器逐渐显露出一些缺点，如：负载过大时，会导 致输出电压下降、产生谐波；无论是原方还是副方发生故障时，另一侧都会受到影响；功能 单一，没有电压调节、功率因数校正和功率潮流控制等功能。
[0002] 电力电子变压器（PowerElectronicTransformer，PET)是近年来随着半导体技 术的发展而逐步发展起来的新型电力变压器，其充分利用了变流器和高频变压器的优点， 克服了传统变压器的缺点，还可以实现故障隔离，电能质量控制，分布式直流电源接入等功 能，符合主动电网和微网等现代智能电网建设的需求，发展迅速。但是，它不能补偿电压中 断，对深度电压跌落也无能为力。电力电子变压器作为主网与主动配电网或微网等下级电 网的接口，在主网出现恶劣工况时，比如电压大幅度波动或跌落，需要保障下级电网能平稳 度过异常工况；在主网突然出现故障时，需要保障下级电网能顺利离网运行。在主网非正常 工作期间保障下级电网正常工作，电力电子变压器不仅仅需要高动态响应的控制功能，还 需要有足够的能量支持。针对电力电子变压器的储能需求，国内已逐渐展开了研宄，并提出 了一些储能方法。
[0003] 现有技术方案是利用电力电子变压器的低压直流母线，在母线上接入超级电容储 能系统，储能系统与母线之间使用DC/DC功率变换电路，进行相应的控制，实现超级电容与 直流母线之间的充放电。现有技术方案的缺点：（1)超级电容集中储能，能量密度比一般储 能电池小；（2)储能系统与电力电子变压器之间增加了额外的DC/DC功率变换电路，需两套 控制系统，且成本高。（3)隔离级采用全桥结构，开关管电压应力难以平衡，电流和电压控制 能力不强。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种通过分散的储能单元实现 储能的电力电子变压器。本发明能够保障特殊工况下电力电子变压器足够的能量支持，并 避免了大容量电池的使用。
[0005] 为了实现本发明的目的，本发明的技术方案如下：
[0006] -种分散储能的电力电子变压器，其特征在于：所述电力电子变压器包括级联整 流级、分散储能级、隔离级、输出级；
[0007] 其中，所述电力电子变压器的输入端的每一相都接入H桥模块的输入端，H桥模块 的输出端和与之相应的储能模块的输入端连接，储能模块的输出端和与之相应的隔离级的 输入端连接；所述H桥模块、与H桥模块相应的储能模块和与储能模块相应的隔离模块组成 功率单兀；在电力电子变压器的每一个单相上都接入n个功率单兀和一个输出模块，H桥模 块的输入端作为功率单元的输入端，功率单元的输入端与电网连接，相内级联连接，相间星 形连接；隔离模块的输出端为功率单元的输出端，功率单元的输出端并联，与输出模块的输 入端连接；
[0008] 每一个单相上的所有H桥模块构成该单相上的级联整流级，每一个单相上的所有 储能模块构成该单相上的分散储能级，每一个单相上的所有隔离模块构成该单相上的隔离 级，输出级由一个输出模块构成。
[0009] 所述H桥模块为由四个带反并联二级管的IGBT构成的可控全桥整流电路。
[0010] 所述储能模块包括一个Buck/Boost变换器，滤波电感和蓄电池，蓄电池通过滤波 电感和buck/boost变换器相连接。
[0011] 所述隔离模块为双向半桥变换器，双向半桥变换器的两边为对称结构，左右两个 半桥通过中间的高频变压器连接。
[0012] 所述输出模块为全桥DC/AC逆变器。
[0013] 所述的分散储能级控制储能电池的充放电，主电网正常工况下，对储能电池进行 充电，直至电荷量百分比SoC达到额定值，进入平衡状态；平衡状态下，控制一个充放电周 期内储能电池电荷量的平衡；主电网在电压短时中断或深度跌落时，控制储能电池放电。
[0014] 级联整流级的控制步骤包括如下：
[0015]步骤S1 :采样级联整流级每级H桥模块的实际电压4，k代表相（kGa，b，c)，i 代表级数（ie1~n)，求取实际电压平均值Vd。；
[0016] 步骤S2 :整流级每级电压额定参考分量vi经减法器减去步骤（1)所得的实际电压 平均值Vd。，得到电压误差分量AVd。；
[0017]步骤S3:电压误差分量AVd。经PI控制器后得出网侧电流直流有功分量参考值 ?氺 ^sd'
[0018] 步骤S4 :计算电网电流有功分量实际值isd和无功分量实际值isq;
[0019] 步骤S5 :步骤S3获得的网侧电流直流有功分量参考值匕经减法器减去步骤S4所 得的电网电流有功分量实际值isd得到网侧电流直流有功分量误差量Aisd;
[0020] 步骤S6 :网侧电流直流有功分量误差量Aisd通过PI控制器后获得电网电压有功 分量参考值
[0021] 步骤S7 :给定电网电流无功分量参考值Cq。《减去步骤S4获得的电网电流无功 分量实际值isq得到网侧电流直流无功误差量Aisq;
[0022] 步骤S8 :网侧电流直流无功误差量Aisq通过PI控制器后获得电网电压无功分量 参考值
[0023] 步骤S9 :步骤（8)获得的电网电压有功分量参考值V】和和步骤（10)获得的电网 电压无功分量参考值< 经dq/abc变换后获得三相调制电压<，v:b，< ;
[0024] 步骤S10 :计算电压修正运算量VQ;
[0025] 步骤S11:将步骤（11)获得的三相调制电压<，v:b，v!。分别减去步骤（15)获得 的电压修正运算量％求得每相的调制信号G，fb，
[0026] 步骤S12:计算每项每级H桥子模块电压矫正因数rki;
[0027] 步骤S13:将步骤S11获得的每相的调制信号<，GG分别乘以H桥子模块 电压矫正因数1^求得每个IGBT管的驱动信号。
[0028] 所述步骤S4包括：
[0029] 步骤S41 :采样电网电压获得三相电压值vsa，vsb，vs。，采样电网电流获得三相电流 值isa'isb'isc;
[0030] 步骤S42 :将步骤⑷采样所得电网电压vsa，vsb，vs。经同步锁相模块后获取锁相 角Q;
[0031] 步骤S43 :步骤⑷获得的电流isa，isb，is。和步骤（5)获得的锁相角0经过abc/ dq变换后求得电网电流有功分量实际值isd和无功分量实际值isq;
[0032] 所述步骤S10包括：
[0033] 步骤S101 :检测整流级各项功率Pa，Pb，Pc;
[0034] 步骤S102:根据公3
【主权项】
1. 一种分散储能的电力电子变压器，其特征在于：所述电力电子变压器包括功率单元 和输出模块，所述功率单元包括H桥模块、储能模块、隔离模块；所述电力电子变压器的输 入端的每一相都接入H桥模块的输入端，H桥模块的输出端和与之相应的储能模块的输入 端连接，储能模块的输出端和与之相应的隔离模块的输入端连接；所述H桥模块、与H桥模 块相应的储能模块和与储能模块相应的隔离模块组成功率单元；在电力电子变压器的每一 个单相上都接入η个功率单元和一个输出模块，H桥模块的输入端作为功率单元的输入端， 功率单元的输入端与电网连接，相内级联连接，相间星形连接；隔离模块的输出端为功率单 元的输出端，功率单元的输出端并联，与输出模块的输入端连接； 每一个单相上的所有H桥模块构成该单相上的级联整流级，每一个单相上的所有储能 模块构成该单相上的分散储能级，每一个单相上的所有隔离模块构成该单相上的隔离级， 输出级由一个输出模块构成。 所述储能模块包括一个Buck-Boost变换器，滤波电感和蓄电池，蓄电池通过滤波电感 和Buck-Boost变换器相连接。
2. 如权利要求1所述的电力电子变压器，其特征在于：所述的分散储能级控制储能电 池的充放电，主电网正常工况下，对储能电池进行充电，直至电荷量百分比SoC达到额定 值，进入平衡状态；平衡状态下，控制一个充放电周期内储能电池电荷量的平衡；主电网在 电压短时中断或深度跌落时，控制储能电池放电。
3. 如权利要求1所述的电力电子变压器的控制方法，其特征在于：级联整流级的控制 步骤包括如下： 步骤Sl :采样级联整流级每级H桥模块的实际电压<，k代表相（k e a，b，c)，i代表 级数（i e 1~n)，求取实际电压平均值