专利名称：一种用于液流电池储能并网系统的双向变换器调制方法
技术领域：
本发明属于电力电子变换装置技术领域，具体涉及一种用于液流电池储能并网系统的双向变换器调制方法，以消除三相输入电网电压不平衡(幅值或相位的不对称)、波形非正弦以及电网的浪涌(突升和突降)等状况对输出直流电压的影响、减小变换器输出电感电流纹波以及减小窄脉冲现象，达到增加输出直流电压调节范围并获得优良的输出电压及输入电流波形的目的。
背景技术：
储能技术已被视为电网运行过程中的重要组成部分。系统中引入储能环节后，可以有效地实现需求侧管理，消除昼夜间峰谷差，平滑负荷，不仅可以更有效地利用电力设备，降低供电成本，还可以促进可再生能源的应用，也可作为提高系统运行稳定性、调整频率、补偿负荷波动的一种手段。液流电池储能技术是一种大规模高效电化学储能新技术。相比于其他储能技术， 液流储能电池具有如下优势输出功率和容量相互独立，系统设计非常灵活；能量效率高； 电池使用寿命长，运行稳定性和可靠性高；可深度放电而不损坏电池，自放电低，在系统处于关闭模式时无自放电；选址自由度大，无污染、维护简单，运营成本低；无爆炸或着火危险，安全性高等。矩阵式三相交流-直流变换器是三相交流-交流变换器的一种特殊工作模式，不仅具有矩阵变换器输入电流正弦度高、输入功率因数可调、电能双向流动、功率密度大等优点；而且输出直流电压大范围可调，其输出直流电压最大幅值可达1. 5倍交流相电压幅值， 非常适合液流电池深度充放电的特性。矩阵式三相交流-直流变换器1由6个双向功率开关2构成，如
图1所示。其中Si,j(i = P, N ； j = a,b, c)表示一个双向功率开关2，每个双向功率开关由两个具有反并联二极管的绝缘栅极双极晶体管(IGBT)采用“共发射极”结构构成。上桥臂3个双向功率开关的输出端连接在一起，形成输出端P，下桥臂3个双向功率开关的输出端连接在一起，形成输出端N，最终输出直流电压UPN。矩阵式三相交流-直流变换器的输入侧为三相电网电压3，分别用ua，ub, u。表示。在矩阵式三相交流-直流变换器与电网间接有输入LC滤波器4。矩阵式三相交流-直流变换器输出侧接有输出LC滤波器 5。通过对6个双向功率开关通断控制，可以实现幅值可变化的直流输出电压。由于矩阵式三相交流-直流变换器是三相交流-交流矩阵变换器输出电压频率为零的一种特殊工作模式，通常采用的调制策略是三相交流-交流矩阵变换器的优化 Alesina-Venturini法，S卩，取其中两个输出端作为直流输出端，令输出电压频率为零。但是，优化Alesina-Venturini法无法解决电网电压不平衡(幅值或相位的不对称)、波形非正弦以及电网的浪涌(突升和突降)等状况对输出的影响。目前三相交流-交流矩阵变换器一般采用空间矢量调制技术实现双向开关状态的控制，相对于其他各种调制算法，空间矢量调制具有原理清晰、性能优良和实现方便等优点。但由于矩阵式三相交流-直流变换器在拓扑结构上与三相交流-交流矩阵变换器不完全相同，因而，需要针对矩阵式三相交流-直流变换器拓扑结构提出相应地的调制方法以获得优良的性能。
发明内容
本发明针对矩阵式三相交流-直流变换器的拓扑结构，提供了一种用于液流电池储能并网系统的双向变换器调制方法，该方法可以消除电网电压不平衡、输入波形非正弦以及电网浪涌等工况时对矩阵式三相交流-直流变换器输出波形的影响，还可以极大地减小输出电感上的电流纹波及窄脉冲现象，输出稳定的大范围可调节的直流电压。本发明提供的一种用于液流电池储能并网系统的双向变换器调制方法，其特征在于，该方法包括下述步骤(1)计算输入相电压空间矢量的幅值Iui I以及输入电流空间矢量所在扇区的相对位置角θ i ；(2)计算矩阵变换器的电压调制系数m
权利要求
1.一种用于液流电池储能并网系统的双向变换器调制方法，其特征在于，该方法包括下述步骤(1)计算输入相电压空间矢量的幅值IUiI以及输入电流空间矢量所在扇区的相对位置角(2)计算矩阵变换器的电压调制系数m
2.根据权利要求1所述的双向变换器调制方法，其特征在于，其中步骤(1)-⑶由数字信号处理器DSP TMS320Ii^8335实现，控制程序用C语言编写，步骤0)-(8)由现场可编程门阵列 FPGA EP2C8T144C8 实现。
3.根据权利要求1或2所述的双向变换器调制方法，其特征在于，步骤(1)具体包括下述过程(1. 1)通过检测到的矩阵变换器三相输入交流电压Ua，Ub, u。，对其进行三相-两相变换，得到两相静止坐标系下的输入电压分量^和ue， “ 1 ι γ
4.根据权利要求1或2所述的双向变换器调制方法，其特征在于，步骤(6)中，为了减小输出电感上的电流纹波，当 Ta 彡 T0 时，T01 = T0/2, T02 = T。/4，T03 = Τ。/4， 当 Ta < T0 时，T01 = T0/4, T02 = T0/4, T03 = T。/2。
5.根据权利要求3所述的双向变换器调制方法，其特征在于，步骤(6)中，为了减小输出电感上的电流纹波，当 Ta 彡 T0 时，T01 = T0/2, T02 = T。/4，T03 = Τ。/4， 当 Ta < T0 时，T01 = T0/4, T02 = T0/4, T03 = T。/2。
全文摘要
本发明公开了一种用于液流电池储能并网系统的双向变换器调制方法，步骤为依次计算输入相电压空间矢量的幅值|Ui|以及输入电流空间矢量所在扇区的相对位置角θi，电压调制系数m；持续时间Tα，Tβ，T0；再根据m的值，分别采用1至3个零矢量开关状态的选择按照与前后开关状态只变化一个双向功率开关的原则选取；最后换流控制电路根据双向功率开关状态调制次序以及持续时间安排矩阵变换器的6个双向功率开关的导通和关断，实现换流控制。本发明适用于输入电压非正常工况，同时可以减小窄脉冲现象，减小了输出电感上的电流纹波，改善了输出性能，实现大范围可调直流电压输出。
文档编号H02J3/26GK102545248SQ201110410650
公开日2012年7月4日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者冯波, 安星, 林桦, 王兴伟 申请人:华中科技大学