一种能量转换装置及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种能量转换装置及其控制方法，具体是指一种采用一级变换拓扑的 能量转换装置及其控制方法，属于双向变流高效率电路的技术领域。
【背景技术】
[0002] 现有技术中，设置在电网和电池间的能量转换装置，在变流器工作时会产生高频 开关纹波，其会极大的影响电网电流的性能。另外，在并网工作时，交流侧瞬时功率脉动会 使直流侧产生较大的纹波电流，同时双向AC/DC变流器工作时产生的高频开关纹波会注入 直流侧，从而导致电池寿命的降低，并且在电网电压扰动时，直流侧电流的冲击会对电池造 成非常不良的影响。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种能量转换装置及其控制方法，在电网和电池间实现能量 转换，并且可滤除尚频开关纹波电流，提尚并网电流性能，以及可滤除直流电流纹波，提尚 电池使用寿命，并且在电网电压扰动时降低直流侧电流冲击对电池造成的不良影响。
[0004] 为实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种能量转换装置，连接在电池组和 电网之间，包含：直流侧CL滤波器，其与所述的电池组连接；双向AC/DC变流器，其与所述 的直流侧CL滤波器连接；交流侧LCL滤波器，其分别与所述的双向AC/DC变流器以及电网 连接。
[0005] 所述的直流侧CL滤波器并联连接在所述的电池组的两端，包含：依次串联连接的 直流滤波电阻，直流滤波电感和直流滤波电容；其中，所述的直流滤波电容的两端分别连接 直流母线的正极端P和负极端N。
[0006] 所述的双向AC/DC变流器为对称三相全控桥电路，包含：分别并联连接在直流滤 波电容两端的三对IGBT，每对IGBT串联连接。
[0007] 所述的交流侧LCL滤波器为对称三相滤波电路结构，每相滤波电路包含：变流器 侧电感，其一端连接在其中一对IGBT的中间；电网侧电感，其一端与所述的变流器侧电感 连接，另一端与电网三相交流电压的其中一相连接；被动电阻，其一端连接在变流器侧电感 与电网侧电感的中间；交流滤波电容，其一端与所述的被动电阻的另一端连接，其另一端与 其他两相滤波电路中的交流滤波电容连接，形成交流滤波电容中点。
[0008] 本发明还提供一种能量转换装置的控制方法，具体包含以下步骤：
[0009] S1、计算通过变流器侧电感Q的电流i:，以及计算通过电网侧电感L2的电流i2;
[0010] S2、计算交流滤波电容C两端的电压u。，以及计算直流滤波电容心。两端的电压 Udc，
[0011] S3、计算得到并网变流器交流侧的状态方程；
[0012] S4、采用两相同步旋转dq坐标系进行描述，简化并网变流器交流侧的状态方程， 得到并网变流器交流侧在dq坐标系下的状态方程；
[0013] S5、进行拉普拉斯变换，得到能量转换装置在dq坐标系下的连续域数学模型，并 通过控制器对dq轴解耦，实现对能量转换装置的控制。
[0014] 所述的S1中，具体包含以下步骤：
[0015] 311、定义变量：53、&、&为三相桥臂开关函数，值为1代表每对1681'中上管开通、 下管关断，值为〇代表每对IGBT中上管关断、下管开通；
[0016] Rd。为直流滤波电阻，Ld。为直流滤波电感，Cd。为直流滤波电容Ci为变流器侧电 感，L2为电网侧电感，Rd为被动电阻，C为交流滤波电容；
[0017] ua、ub、uc为三相桥臂输出电压；ila、ilb、ilc为逆变桥侦!|滤波电感电流；uca、ucb、ucc 为交流滤波电容电压；ira、iA、为交流滤波电容电流；usa、usb、us。为电网0s的三相电压； i2a、i2b、i2。为电网侧滤波电感电流d。为直流母线电压；id。为直流母线电流；ibat为直流电 池侧电流；〇s为电网中点，0。为交流滤波电容中点；
[0018] S12、计算通过变流器侧电感Q的电流ii，具体为：
[0019]
[0020] 上式中，u&N为交流滤波电容中点0。与直流母线的负极端N之间的电位差；
[0023] 对于三相对称系统，上式简化为：
[0021] 由于三相三线制满足ila+ilb+ilc= 0,i2a+i2b+i2c= 0,因此将上面三个方程相加 得：
[0022]
[0024]
[0025]由此可得：
[0026]
[0027]令： _
5
[0031] S13、计算通过电网侧电感L2的电流i具体为：
[0032]
[0033] 对于三相对称系统，11。^= 0,上式简化为：
[0034] 4.1；-' ' L.f U '
\ t U- '.X-L. /' ' ^L. ' ' o
[0035] 所述的S2中，具体包含以下步骤：
[0036] S21、计算交流滤波电容C两端的电压u。，具体为：
[0037]
[0038] S22、计算直流滤波电容Ct两端的电压u具体为：
[0039] UL" ",L
6
[0040] 所述的S3中，并网变流器交流侧的状态方程为：
[0041 ]
[0042]其中，
[004<
[0047] 所述的S4中，具体包含以下步骤：
[0048] 将d轴定向于三相电网电压合成矢量，则从ABC坐标系到dq坐标系的变换矩阵 为：
[0049]
[0050] 从dq坐标系到ABC坐标系的变换矩阵为：
[0051]
[0052] 进行旋转变换，得：
[0053]
[0054]
[0055]
[0056] 进行旋转变换，得：
[0057]
[0058] 讲杆倫挂亦拖矛县.
[0059]
[0060] 进行旋转变换，得：
[0061]
[0062] 得到并网变流器交流侧在dq坐标系下的状态方程为：
[0069] 所述的S5中，通过PI控制、重复控制、PR控制、恒频滞环控制等一种或多种相结 合的控制方法，对能量转换装置进行控制。
[0070] 本发明所提供的能量转换装置及其控制方法，可实现电网侧交流电转换为直流电 对电池充电，以及实现电池能量由直流电转换为交流电回馈到交流电网；采用交流侧LCL 滤波器对高频开关纹波电流进行滤除，以提高并网电流性能，满足相关并网标准要求；采用 直流侧CL滤波器滤除直流电流纹波，以提高电池使用寿命，并且在电网电压扰动时降低直 流侧电流冲击对电池造成的不良影响。
【附图说明】
[0071] 图1为本发明中的能量转换装置的结构示意图；
[0072] 图2为本发明中的能量转换装置在dq坐标系下的连续域数学模型；
[0073] 图3为本发明中的能量转换装置的充放电控制框图。
【具体实施方式】
[0074] 以下结合图1~图3,详细说明本发明的一个优选的实施例。
[0075] 如图1所示，为本发明所提供的能量转换装置，连接在电池组和电网之间，包含： 直流侧CL(电容-电感）滤波器，其与所述的电池组连接；双向AC/DC(直流/交流）变流 器，其与所述的直流侧CL滤波器连接；交流侧LCL(电感-电容-电感）滤波器，其分别与 所述的双向AC/DC变流器以及电网0S连接。
[0076] 所述的直流侧CL滤波器并联连接在所述的电池组的两端，包含：依次串联连接的 直流滤波电阻Rd。，直流滤波电感Ld。和直流滤波电容Cd。;其中，所述的直流滤波电容Cd。的 两端分别连接直流母线的正极端P和负极端N。
[0077] 所述的双向AC/DC变流器为对称三相全控桥电路，包含：分别并联连接在直流滤 波电容Cd。两端的三对IGBT(绝缘栅双极型晶体管），每对IGBT串联连接。
[0078] 所述的交流侧LCL滤波器为对称三相滤波电路结构，每相滤波电路包含：变流器 侧电感Q，其一端连接在其中一对IGBT的中间；电网侧电感L2，其一端与所述的变流器侧电 感Q连接，另一端与电网三相交流电压的其中一相连接；被动电阻Rd，其一端连接在变流器 侦_感Q与电网侧电感L2的中间；交流滤波电容C，其一端与所述的被动电阻R满另一端 连接，其另一端与其他两相滤波电路中的交流滤波电容连接，形成交流滤波电容中点0。。
[0079] 所述的双向AC/DC变流器可工作在整流状态或逆变状态。在并网充电工作模式 下，双向AC/DC变流器处于整流工作状态，将电网侧交流电转换为直流电对电池充电，将能 量储存到电池中。在并网放电工作模式下，双向AC/DC变流器处于逆变工作状态，将电池能 量由直流电转换为交流电回馈到交流电网。
[0080] 由于双向AC/DC变流器工作时会产生高频开关纹波，为了在较低开关频率下获得 较好的并网电流波形，减小并网电流中的高次谐波含量，因此采用交流侧LCL滤波器对高 频开关纹波电流进彳丁滤除，以提尚并网电流性能，满足相关并网标准要求。
[0081] 在并网工作时，交流侧瞬时功率脉动会使直流侧产生较大的纹波电流，同时双向 AC/DC变流器工作时产生的高频开关纹波会注入直流侧，因此采用直流侧CL滤波器滤除直 流电流纹波，以提高电池使用寿命。另外，直流侧CL滤波电路也可以在电网电压扰动时降 低直流侧电流冲击对电池造成的不良影响。
[0082] 如图1所示，本发明还提供一种能量转换装置的控制方法，具体包含以下步骤：
[0083] S1、计算通过变流器侧电感Q的电流i:，以及计算通过电网侧电感L2的电流i2;
[0084] S2、计算交流滤波电容C两端的电压u。，以及计算直流滤波电容心。两端的电压 Udc，
[0085] S3、计算得到并网变流器交流侧的状态方程；
[0086] S4、由于在三相三线系统中三相电压、电流并不是独立变量，难以直接控制，因此 采用两相同步旋转dq坐标系进行描述，简化并网变流器交流侧的状态方程，得到并网变流 器交流侧在dq坐标系下的状态方程；
[0087] S5、进行拉