CN109327130A - 单级链式储能变流器控制方法、装置、设备与存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单级链式储能变流器控制方法、装置、设备与存储介质，该方法包括：根据链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，确定交流输出端口的电压给定信号；根据检测到的所接入电网的线电压、链式储能变流器的交流电流以及相位角，计算各子模块的两倍频纹波给定信号；根据检测到的各子模块的直流电容电压信号、电感电流信号、直流电容电压给定信号与两倍频纹波给定信号，确定各子模块的桥臂端口的电压给定信号；根据桥臂端口的电压给定信号，确定各个开关器件的驱动信号。通过该方法能够在未增加额外电路元器件的前提下，实现对链式储能变流器电池电流中的低频纹波成分的抑制，提高电池寿命、系统效率与运行可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电子电力技术领域，具体涉及一种单级链式储能变流器控制方法、装置、设备与存储介质。
背景技术
光伏、风力等新能源发电的波动性和间歇性，给电网的安全运行带来巨大挑战。作为提升电力系统对规模化新能源发电消纳能力的一种有效措施，电池储能技术一直是研究热点。随着新能源的渗透率以及负荷供电需求的逐步提升，接入电网的电池储能系统的功率与电压等级也将越来越高。链式变流器具有结构高度模块化、对器件电压等级要求低、交流输出谐波特性好等优势，在中高压大功率场合受到青睐。相较于其他大容量并网方案，链式变流器的采用还可显著减小电池单体串联的数量，同时电池单元也能满足链式结构对多个独立电源的需求，因此链式拓扑非常适合作为大容量直挂式电池储能系统的功率变流器。
如图1所示，现有的链式储能变流器电路中子模块采用H桥结构，电池模块经无源滤波电路(如滤波电感)接入子模块直流侧。每个子模块相当于一个单相逆变电路，其瞬时功率主要包含直流成分以及两倍工频的交流脉动成分，由于功率守恒，H桥直流侧电流中将含有大量的以两倍频为主的低频交流脉动成分。若不采取措施，大部分低频脉动电流会直接流入直流侧储能电池中，这将降低BMS信号采集的准确度，增加系统损耗，并导致电池单元的发热增加、老化加速以及寿命衰减，从而影响系统的运行可靠性。针对现有的链式储能变流器中电池电流低频纹波电流过量的问题，公告号为CN102969730A的发明专利提出了一种双极链式储能变流器控制方法，通过采用双级链式变流器拓扑结构，并控制该变流器中间直流电容的电压纹波来缓冲储能系统与电网交换的两倍频 波动功率，从而可平滑电池电流的二次脉动，但是，采用隔离双级链式变流器进行低频纹波的抑制需要每个子模块均额外添加一级电力电子变换电路，这将大大增加储能变流器的结构复杂度，提高成本，同时降低系统运行的效率和可靠性。
发明内容
基于此，本发明提供了一种单级链式储能变流器控制方法、装置、设备与存储介质，能够在未增加额外电路元器件的前提下，即可实现对链式储能变流器电池电流中的低频纹波成分的抑制，避免低频纹波信号对BMS信号采集准确性的影响，并提高电池寿命、系统效率以及运行可靠性。
本发明一方面提供了一种单级链式储能变流器控制方法，包括：
根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，确定所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出端口的电压给定信号；
根据检测到的所接入电网的线电压、所述链式储能变流器的交流电流以及相位角，计算所述链式变流器中各子模块的两倍频纹波给定信号；
根据检测到的所述链式变流器中各子模块的直流电容电压信号、电感电流信号、直流电容电压给定信号与所述两倍频纹波给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的DC/DC桥臂端口的电压给定信号；
根据所述交流输出端口的电压给定信号与所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号，计算所述链式变流器中各子模块的DC/AC桥臂端口的电压给定信号；
根据所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号与所述DC/AC桥臂端口的电压给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的各个开关器件的驱动信号。
优选地，所述根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，确定所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出端口的电压给定信号，具体包括：
根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，计算所述链式储能变流器的交流电流给定信号；
将所述链式储能变流器的交流电流给定信号和检测到的所述链式储能变流器的交流电流信号输入比例谐振控制器，得到所述链式储能变流器的交流输出电压给定信号；
根据所述链式储能变流器中子模块的数量与所述链式储能变流器的交流输出电压给定信号，计算所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出端口的电压给定信号。
优选地，所述根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，计算所述链式储能变流器的交流电流给定信号，具体包括：
根据公式(1)，计算所述链式储能变流器的交流电流给定信号；
其中，和分别为所述链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，Ug和Ig分别为所接入电网的线电压以及所述链式储能变流器的交流电流的幅值，为所述链式储能变流器对应一相的电流滞后该相电网线电压的相位角。
优选地，所述根据检测到的所接入电网的线电压、所述链式储能变流器的交流电流以及相位角，计算所述链式变流器中各子模块的两倍频纹波给定信号，具体包括：
根据所接入电网的线电压、所述链式储能变流器的交流电流以及相位角，计算所述链式储能变流器的瞬时功率；
基于所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出功率相等，根据所述链式储能变流器的瞬时功率与子模块的数量，得到各个子模块的瞬时交流输出功率；
根据各个子模块的瞬时交流输出功率以及功率守恒规则，得到各个子模块中的电容电流给定信号和电池电流给定信号；
根据各个子模块中的电容电流给定信号和电池电流给定信号，计算各子模块的两倍频纹波给定信号。
优选地，所述根据检测到的所述链式变流器中各子模块的直流电容电压信号、电感电流信号、直流电容电压给定信号与所述两倍频纹波给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的DC/DC桥臂端口的电压给定信号，具体包括：
将检测到的所述链式储能变流器的直流电容电压给定信号以及各个子模块的直流电容电压信号输入第一比例积分控制器，得到所述链式储能变流器的电容电压外环的输出信号；
将所述电容电压外环的输出信号和所述两倍频纹波给定信号，计算内环电感电流给定信号；
将检测到的各个子模块中的电感电流信号和所述内环电感电流给定信号输入到第二比例积分控制器，得到所述链式变流器中各子模块的DC/DC桥臂端口的电压给定信号。
优选地，
根据公式(2)，计算所述链式储能变流器的瞬时功率；
其中，Ug和Ig分别为所接入电网的线电压以及所述链式储能变流器的交流电流的幅值，为所述链式储能变流器对应一相的电流滞后该相电网线电压的相位角；Pout_dc表示所述瞬时功率中的直流功率，Pout_2nd所述瞬时功率中的两倍频脉动功率；ω表示电网基波角频率；
根据公式(3)，计算各个子模块的瞬时交流输出功率；
其中，N为所述链式储能变流器中子模块的数量；
根据公式(4)，计算各个子模块中的电容电流给定信号和电池电流给定信号；
其中，Pin_i表示各个子模块的直流侧输入功率；Ubat_i和Ibat_i分别表示各个 子模块中的电池电压和电池电流给定，UC0_i和iC_i分别表示各个子模块中的电容电压和电容电流给定，
根据公式(5)，计算各子模块的两倍频纹波给定信号。
优选地，所述根据所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号与所述DC/AC桥臂端口的电压给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的各个开关器件的驱动信号，具体包括：
根据公式(6)，计算所述链式变流器中各子模块的电压增益；
其中，表示子模块直流电容电压给定信号；Ubat_i表示各个子模块中的电池电压；
根据所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号、所述DC/AC桥臂端口的电压给定信号以及各子模块的电压增益，得到各个子模块中的第一开关器件对应的第一调制信号和第三开关器件对应的第二调制信号；
将所述第一调制信号和所述第二调制信号进行载波移相SPWM调制，得到所述链式变流器中各子模块的各个开关器件的驱动信号。
本发明实施例第二方面提供了一种单级链式储能变流器控制装置，包括：
第一电压给定信号确定模块，用于根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，确定所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出端口的电压给定信号；
两倍频纹波给定信号计算模块，用于根据检测到的所接入电网的线电压、所述链式储能变流器的交流电流以及相位角，计算所述链式变流器中各子模块的两倍频纹波给定信号；
第二电压给定信号确定模块，用于根据检测到的所述链式变流器中各子模块的直流电容电压信号、电感电流信号、直流电容电压给定信号与所述两倍频 纹波给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的DC/DC桥臂端口的电压给定信号；
第三电压给定信号确定模块，用于根据所述交流输出端口的电压给定信号与所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号，计算所述链式变流器中各子模块的DC/AC桥臂端口的电压给定信号；
驱动信号确定模块，用于根据所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号与所述DC/AC桥臂端口的电压给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的各个开关器件的驱动信号。
本发明实施例第三方面提供了一种单级链式储能变流器控制设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述的单级链式储能变流器控制方法。
本发明实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述的单级链式储能变流器控制方法。
相对于现有技术，本发明实施例提供的一种单级链式储能变流器控制方法的有益效果在于：该方法包括：根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，确定所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出端口的电压给定信号；根据检测到的所接入电网的线电压、所述链式储能变流器的交流电流以及相位角，计算所述链式变流器中各子模块的两倍频纹波给定信号；根据检测到的所述链式变流器中各子模块的直流电容电压信号、电感电流信号、直流电容电压给定信号与所述两倍频纹波给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的DC/DC桥臂端口的电压给定信号；根据所述交流输出端口的电压给定信号与所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号，计算所述链式变流器中各子模块的DC/AC桥臂端口的电压给定信号；根据所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号与所述DC/AC桥臂端口的电压给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的各个开关器件的驱动信号。通过上述方法能够在未增加额外电路元器件 的前提下，即可实现对链式储能变流器电池电流中的低频纹波成分的抑制，避免低频纹波信号对BMS信号采集准确性的影响，并提高电池寿命、系统效率以及运行可靠性。
附图说明
图1是现有的链式储能变流器的电路示意图；
图2是本发明实施例提供的一种单级链式储能变流器的电路示意图；
图3是本发明实施例提供的一种单级链式储能变流器控制方法的流程示意图；
图4是基于ab相的链式变流器的控制框图；
图5是基于ab相的链式变流器中各个子模块两倍频纹波给定信号的计算框图；
图6是本发明实施例提供的一种单级链式储能变流器控制装置的示意图；
图7是本发明实施例提供的一种单级链式储能变流器控制设备的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2，其是本发明实施例提供了一种单级链式储能变流器的电路示意图，该单级链式储能变流器包括：
连接在三相电网(Ua、Ub、Uc)上并以三角形接线方式连接的ab相链式变流器、bc相链式变流器以及ca相链式变流器，每相所述链式变流器的电路结构相同，下面以ab相链式变流器为例进行说明，ab相链式变流器包括:多个子模块(ab1、ab2……abi……abN)，多个所述子模块的交流侧依次串联，直流侧彼此独立；每个子模块abi包括：逆变电路、电池模块E、第一滤波电路1以及第二 滤波电路2；所述电池模块E的输入端、所述第一滤波电路1的输出端与所述第二滤波电路2的输入端连接，所述第二滤波电路2的输出端与所述逆变电路的第一交流端Y连接；所述电池模块E的输出端与所述逆变电路的第一直流端DC1连接；所述第一滤波电路1的输入端与所述逆变电路的第二直流端DC2连接。子模块abi中逆变电路的第二交流端X连接在上一个子模块的逆变电路的第一交流端Y，子模块abi中逆变电路的第一交流端Y连接在下一个子模块的逆变电路的第二交流端X，从而是实现多个子模块(ab1、ab2……abi……abN)的交流侧依次串联。
链式变流器连接着三相电网，作为储能变流的核心，是储能变流能量传输和变换的执行机构，负责将三相电网中的电能存储到电池模块E中，或者将电池模块E中的电能释放到三相电网里。链式变流器配合高级控制信号可以实现调峰调频、应急供电、后备电源、平滑功率或者负荷曲线，以及改善电能质量等作用。所述电池模块E可以是锂电池、铅酸电池、铅碳电池等电化学介质的二次电池，或者是两种以上的上述电池的混用，所述电池模块E可以根据实际需要选择使用，在本发明中不做具体的限定。
本发明实施例采用多个子模块的交流侧串联，实现了无升压变压器的高电压输出，同时链式变流器的等效开关频率提高，假设单个逆变电路的开关频率为f，每个链式变流器中共有N个链节(即N个逆变电路)，则每个链式变流器的等效开关频率为Nf，则单级链式储能变流器输出电压电流谐波含量降低，该单级链式储能变流器无需增加额外电路元器件(例如增加一个双向隔离全桥变流器)，通过所述第一滤波电路1、所述第二滤波电路2以及本发明提出的控制方法，即可以进一步提高转换效率，实现对链式储能变流器电池电流中的低频纹波成分的抑制，避免低频纹波信号对BMS信号采集准确性的影响，提高电池寿命、储能系统效率以及运行可靠性，该单级链式储能变流器的结构简单、成本较低，在电网具有广泛的应用前景。
所述逆变电路包括：第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3以及第四开关器件S4；所述第一开关器件S1的第一端、所述第三开关器件S3的 第一端连接在所述逆变电路的第二直流端DC2，所述第一开关器件S1的第二端与所述第二开关器件S2的第一端连接，所述第三开关器件S3的第二端与所述第四开关器件S4的第一端连接，所述第二开关电路S2的第二端、所述第四开关器件S4的第二端连接在所述逆变电路的第一直流端DC1；所述第一开关器件S1与所述第二开关器件S2的连接中点作为所述逆变电路的第一交流端Y，所述第三开关器件S3与所述第四开关器件S4的连接中点作为所述逆变电路的第二交流端X。
在本实施例中，第一开关器件S1、第二开关器件S2、第三开关器件S3以及第四开关器件S4可以是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristors，集成门极换流晶闸管)或者IEGT(InjectionEnhanced Gate Transistor，电子注入增强栅晶体管)。在本实施例中，第一开关器件S1、第二开关器件S2串联构成H桥的DC/DC桥臂，第三开关器件S3第四开关器件S4串联构成H桥的DC/AC桥臂，DC/DC桥臂的中点即为第一交流端Y；DC/AC桥臂的中点即为第二交流端X。
所述第一滤波电路1包括：第一电容Cbus，所述电容Cbus的一端连接在所述第一滤波电路1的输入端，所述第一电容Cbus的另一端连接在所述第一滤波电路1的输出端。
所述第二滤波电路2包括：第一滤波电感Lin，所述第一滤波电感Lin的一端连接在所述第二滤波电路2的输入端，所述第一滤波电感Lin的另一端连接在所述第二滤波电路2的输出端。
在本发明中，电池模块E与第一电容Cbus串联，电池模块E与第一电容Cbus的连接中点通过第一滤波电感Lin连接在DC/DC桥臂的中点对应的第一交流端Y，第一电容Cbus和第一滤波电感Lin一起用于降低两倍频纹波信号，使得电池模块E产生的低频纹波信号通过第一电容Cbus和第一滤波电感Lin抑制，平滑电池模块E的输出电流，改善电池模块E的工作条件，避免低频纹波信号对BMS信号采集准确性的影响，并提高电池模块寿命、储能系统效率以及运行可靠性，只需在各个子模块增加第一电容Cbus和第一滤波电感Lin，子模块的结构简单、成本较低。
所述单级链式储能变流器还包括：第三滤波电路3，所述多个子模块通过所述第三滤波电路3接入所述三相电网。
所述第三滤波电路3包括：第二滤波电感Lg，所述第二滤波电感Lg的一端连接在所述第三滤波电路3的输入端，所述第二滤波电感Lg的另一端连接在所述第三滤波电路3的输出端，以接入所述三相电网。
在本实施例中，ab相链式变流器、bc相链式变流器、ca相链式变流器中所述多个子模块通过第二滤波电感Lg接入到三相电网。
请参阅图3，其是本发明实施例提供了一种单级链式储能变流器控制方法的流程示意图，该方法应用于上述单级链式储能变流器，并通过交流电流控制器、直流电容电压控制器以及脉冲信号发生器联合执行，具体包括：
S100：根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，确定所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出端口的电压给定信号；
S200：根据检测到的所接入电网的线电压、所述链式储能变流器的交流电流以及相位角，计算所述链式变流器中各子模块的两倍频纹波给定信号；
S300：根据检测到的所述链式变流器中各子模块的直流电容电压信号、电感电流信号、直流电容电压给定信号与所述两倍频纹波给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的DC/DC桥臂端口的电压给定信号；
S400：根据所述交流输出端口的电压给定信号与所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号，计算所述链式变流器中各子模块的DC/AC桥臂端口的电压给定信号；
S500：根据所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号与所述DC/AC桥臂端口的电压给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的各个开关器件的驱动信号。
由于单级链式储能变流器采用三角形连接的链式拓扑结构，三相运行彼此独立，所以可采用上述方法分别对各相电路进行分开独立地控制。通过上述方法能够在未增加额外电路元器件的前提下，即可实现对链式储能变流器电池电流中的低频纹波成分的抑制，避免低频纹波信号对BMS信号采集准确性的影响，并提高电池寿命、系统效率以及运行可靠性。
在一种可选的实施例中，所述根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，确定所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出端口的电压给定信号，具体包括：
根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，计算所述链式储能变流器的交流电流给定信号；
将所述链式储能变流器的交流电流给定信号和检测到的所述链式储能变流器的交流电流信号输入比例谐振控制器，得到所述链式储能变流器的交流输出电压给定信号；
根据所述链式储能变流器中子模块的数量与所述链式储能变流器的交流输出电压给定信号，计算所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出端口的电压给定信号。
在一种可选的实施例中，所述根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，计算所述链式储能变流器的交流电流给定信号，具体包括：
根据公式(1)，计算所述链式储能变流器的交流电流给定信号；
其中，和分别为所述链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，Ug和Ig分别为所接入电网的线电压以及所述链式储能变流器的交流电流的幅值，为所述链式储能变流器对应一相的电流滞后该相电网线电压的相位角。
在一种可选的实施例中，所述根据检测到的所接入电网的线电压、所述链式储能变流器的交流电流以及相位角，计算所述链式变流器中各子模块的两倍频纹波给定信号，具体包括：
根据所接入电网的线电压、所述链式储能变流器的交流电流以及相位角，计算所述链式储能变流器的瞬时功率；
基于所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出功率相等，根据所述链 式储能变流器的瞬时功率与子模块的数量，得到各个子模块的瞬时交流输出功率；
根据各个子模块的瞬时交流输出功率以及功率守恒规则，得到各个子模块中的电容电流给定信号和电池电流给定信号；
根据各个子模块中的电容电流给定信号和电池电流给定信号，计算各子模块的两倍频纹波给定信号。
在一种可选的实施例中，所述根据检测到的所述链式变流器中各子模块的直流电容电压信号、电感电流信号、直流电容电压给定信号与所述两倍频纹波给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的DC/DC桥臂端口的电压给定信号，具体包括：
将检测到的所述链式储能变流器的直流电容电压给定信号以及各个子模块的直流电容电压信号输入第一比例积分控制器，得到所述链式储能变流器的电容电压外环的输出信号；
将所述电容电压外环的输出信号和所述两倍频纹波给定信号，计算内环电感电流给定信号；
将检测到的各个子模块中的电感电流信号和所述内环电感电流给定信号输入到第二比例积分控制器，得到所述链式变流器中各子模块的DC/DC桥臂端口的电压给定信号。
在一种可选的实施例中，
根据公式(2)，计算所述链式储能变流器的瞬时功率；
其中，Ug和Ig分别为所接入电网的线电压以及所述链式储能变流器的交流电流的幅值，为所述链式储能变流器对应一相的电流滞后该相电网线电压的相位角；Pbat_dc表示所述瞬时功率中的直流功率，Pout_2nd所述瞬时功率中的两倍频脉动功率；ω表示电网基波角频率；
根据公式(3)，计算各个子模块的瞬时交流输出功率；
其中，N为所述链式储能变流器中子模块的数量；
根据公式(4)，计算各个子模块中的电容电流给定信号和电池电流给定信号；
其中，Pin_i表示各个子模块的直流侧输入功率；Ubat_i和Ibat_i分别表示各个子模块中的电池电压和电池电流给定，UC0_i和iC_i分别表示各个子模块中的电容电压和电容电流给定，
以ab相的链式变流器为例,则各个子模块中的电容电流给定iC_abi和电池电流给定Ibat_abi的计算过程如下：
其中，下标ab表示该变量属于ab相电路中的信号。
根据公式(5)，计算各子模块的两倍频纹波给定信号。
在一种可选的实施例中，所述根据所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号与所述DC/AC桥臂端口的电压给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的各个开关器件的驱动信号，具体包括：
根据公式(6)，计算所述链式变流器中各子模块的电压增益；
其中，表示子模块直流电容电压给定信号；Ubat_i表示各个子模块中的电池电压；
根据所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号、所述DC/AC桥臂端口的电压给 定信号以及各子模块的电压增益，得到各个子模块中的第一开关器件对应的第一调制信号和第三开关器件对应的第二调制信号；
将所述第一调制信号和所述第二调制信号进行载波移相SPWM调制，得到所述链式变流器中各子模块的各个开关器件的驱动信号。
为了方便理解，下面结合图4和图5对上述单级链式储能变流器控制方法的原理和过程进行说明，具体以ab相的链式变流器为例进行说明：
上述单级链式储能变流器控制方法包括：交流电流控制环节、直流电容控制环节以及脉冲信号发生器环节；
(1)交流电流控制环节
该控制环节用于控制各相链式变流器的交流输出电流追踪给定信号，从而调控整个储能系统与电网之间交换的功率，这里采用了基于比例谐振(Proportional Resonant，PR)控制器控制的并网电流闭环以及电网电压前馈控制策略。交流电流给定信号的计算表达式为
其中，和分别为该链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号。该比例谐振控制器的输出信号为该相链式变流器的交流输出电压给定信号通过除以子模块个数N，即可得到内部每个子模块在理想情况下的交流输出端口的电压给定信号
(2)直流电容电压控制环节
本控制策略针对ab相链式变流器的每个子模块均设置直流电容电压控制器，每个控制器均由直流电容电压外环以及电感电流内环构成。该双环控制器具有两个功能：不仅能够通过外环控制将每个子模块的直流电容电压维持在额定水平，从而实现电容电压的均衡；同时还能够利用电流内环实现每个子模块的低频电池电流纹波抑制。
电容电压外环采用比例积分(Proportional Integral，PI)控制其，为 直流电容电压给定信号。内环电感电流给定信号由两部分组成，其表达式为
其中，是电容电压外环的输出信号，用于维持直流电容电压恒定；是由图5计算出，用于控制电容电流和电池电流中的两倍频纹波信号，实现电池电流纹波抑制。其中，图5是依据公式(5)实现的，其中Notch表示陷波点在两倍基波频率处的陷波器。电感电流内环同样采用PI控制器。
直流电容电压控制环节的输出信号为ab相链式变流器各个子模块DC/DC桥臂端口的电压给定信号
(3)脉冲信号发生器环节
将由交流电流控制环节得到的各子模块的交流输出端口的电压给定信号 以及由直流电容电压控制环节得到的各个子模块DC/DC桥臂端口的电压给定信号代入公式(7)可得到子模块DC/AC桥臂端口电压给定信号
Kabi为abi子模块变流器的电压增益，其表达式为：
Kabi表示为该子模块的直流母线电压的倒数。将DC/DC桥臂端口的电压给定信号和DC/AC桥臂端口电压给定信号乘以子模块的电压增益Kabi，可分别得到开关器件S1和S3的调制信号D1_abi和D3_abi。经过载波移相SPWM调制，最终得到各个开关器件的驱动信号g1_abi,g2_abi,g3_abi,g4_abi。
采用驱动信号g1_abi,g2_abi,g3_abi,g4_abi对各个开关器件进行驱动控制，最终可以实现对链式储能变流器电池电流中的低频纹波成分的抑制，将避免低频纹波信号对BMS信号采集准确性的影响，并提高电池寿命、系统效率以及运行可靠性。
请参阅图6，其是本发明实施例提供的一种单级链式储能变流器控制装置的示意图，该装置包括：
第一电压给定信号确定模块1，用于根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，确定所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出端口的电压给定信号；
两倍频纹波给定信号计算模块2，用于根据检测到的所接入电网的线电压、所述链式储能变流器的交流电流以及相位角，计算所述链式变流器中各子模块的两倍频纹波给定信号；
第二电压给定信号确定模块3，用于根据检测到的所述链式变流器中各子模块的直流电容电压信号、电感电流信号、直流电容电压给定信号与所述两倍频纹波给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的DC/DC桥臂端口的电压给定信号；
第三电压给定信号确定模块4，用于根据所述交流输出端口的电压给定信号与所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号，计算所述链式变流器中各子模块的DC/AC桥臂端口的电压给定信号；
驱动信号确定模块5，用于根据所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号与所述DC/AC桥臂端口的电压给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的各个开关器件的驱动信号。
在一种可选的实施例中，所述第一电压给定信号确定模块1包括：
交流电流信号计算单元，用于根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，计算所述链式储能变流器的交流电流给定信号；
交流输出电压给定信号计算单元，用于将所述链式储能变流器的交流电流给定信号和检测到的所述链式储能变流器的交流电流信号输入比例谐振控制器，得到所述链式储能变流器的交流输出电压给定信号；
子模块交流输出电压给定信号计算单元，用于根据所述链式储能变流器中子模块的数量与所述链式储能变流器的交流输出电压给定信号，计算所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出端口的电压给定信号。
在一种可选的实施例中，所述交流电流信号计算单元，具体用于根据公式(1)，计算所述链式储能变流器的交流电流给定信号；
其中，和分别为所述链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，Ug和Ig分别为所接入电网的线电压以及所述链式储能变流器的交流电流的幅值，为所述链式储能变流器对应一相的电流滞后该相电网线电压的相位角。
在一种可选的实施例中，所述两倍频纹波给定信号计算模块2包括：
瞬时功率计算单元，用于根据所接入电网的线电压、所述链式储能变流器的交流电流以及相位角，计算所述链式储能变流器的瞬时功率；
子模块瞬时交流输出功率计算单元，用于基于所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出功率相等，根据所述链式储能变流器的瞬时功率与子模块的数量，得到各个子模块的瞬时交流输出功率；
电容电池电流计算单元，用于根据各个子模块的瞬时交流输出功率以及功率守恒规则，得到各个子模块中的电容电流给定信号和电池电流给定信号；
纹波信号计算单元，用于根据各个子模块中的电容电流给定信号和电池电流给定信号，计算各子模块的两倍频纹波给定信号。
在一种可选的实施例中，所述第二电压给定信号确定模块3包括：
电容电压外环输出信号计算单元，用于将检测到的所述链式储能变流器的直流电容电压给定信号以及各个子模块的直流电容电压信号输入第一比例积分控制器，得到所述链式储能变流器的电容电压外环的输出信号；
内环电感电流给定信号计算单元，用于将所述电容电压外环的输出信号和所述两倍频纹波给定信号，计算内环电感电流给定信号；
第一桥臂端口电压给定信号计算单元，用于将检测到的各个子模块中的电感电流信号和所述内环电感电流给定信号输入到第二比例积分控制器，得到所述链式变流器中各子模块的DC/DC桥臂端口的电压给定信号。
在一种可选的实施例中，
所述瞬时功率计算单元，用于根据公式(2)，计算所述链式储能变流器的 瞬时功率；
其中，Ug和Ig分别为所接入电网的线电压以及所述链式储能变流器的交流电流的幅值，为所述链式储能变流器对应一相的电流滞后该相电网线电压的相位角；Pout_dc表示所述瞬时功率中的直流功率，Pout_2nd所述瞬时功率中的两倍频脉动功率；ω表示电网基波角频率；
所述子模块瞬时交流输出功率计算单元，用于根据公式(3)，计算各个子模块的瞬时交流输出功率；
其中，N为所述链式储能变流器中子模块的数量；
所述电容电池电流计算单元，用于根据公式(4)，计算各个子模块中的给定信号和电池电流给定信号；
其中，Pin_i表示各个子模块的直流侧输入功率；Ubat_i和Ibat_i分别表示各个子模块中的电池电压和电池电流给定，UC0_i和iC_i分别表示各个子模块中的电容电压和电容电流给定，
所述纹波信号计算单元，用于根据公式(5)，计算各子模块的两倍频纹波给定信号。
在一种可选的实施例中，所述驱动信号确定模块5包括：
电压增益计算单元，用于根据公式(6)，计算所述链式变流器中各子模块的电压增益；
其中，表示子模块直流电容电压给定信号；Ubat_i表示各个子模块中的电 池电压；
调制信号计算单元，用于根据所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号、所述DC/AC桥臂端口的电压给定信号以及各子模块的电压增益，得到各个子模块中的第一开关器件对应的第一调制信号和第三开关器件对应的第二调制信号；
驱动信号计算单元，用于将所述第一调制信号和所述第二调制信号进行载波移相SPWM调制，得到所述链式变流器中各子模块的各个开关器件的驱动信号。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
参见图7，是本发明实施例提供的单级链式储能变流器控制设备的示意图。如图7所示，该单级链式储能变流器控制设备包括：至少一个处理器11，例如CPU，至少一个网络接口14或者其他用户接口13，存储器15，至少一个通信总线12，通信总线12用于实现这些组件之间的连接通信。其中，用户接口13可选的可以包括USB接口以及其他标准接口、有线接口。网络接口14可选的可以包括Wi-Fi接口以及其他无线接口。存储器15可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器15可选的可以包含至少一个位于远离前述处理器11的存储装置。
在一些实施方式中，存储器15存储了如下的元素，可执行模块或者数据结构，或者他们的子集，或者他们的扩展集:
操作系统151，包含各种系统程序，用于实现各种基础业务以及处理基于硬件的任务；
程序152。
具体地，处理器11用于调用存储器15中存储的程序152，执行上述实施例所述的单级链式储能变流器控制方法，例如图1所示的步骤S11。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如区域图像获取模块。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述单级链式储能变流器控制设备中的执行过程。
所述单级链式储能变流器控制设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述单级链式储能变流器控制设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是单级链式储能变流器控制设备的示例，并不构成对单级链式储能变流器控制设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。
所称处理器11可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器11是所述单级链式储能变流器控制设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个单级链式储能变流器控制设备的各个部分。
所述存储器15可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器11通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储 器内的数据，实现所述单级链式储能变流器控制设备的各种功能。所述存储器15可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器15可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述单级链式储能变流器控制设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种单级链式储能变流器控制方法，其特征在于，包括：
根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，确定所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出端口的电压给定信号；
根据检测到的所接入电网的线电压、所述链式储能变流器的交流电流以及相位角，计算所述链式变流器中各子模块的两倍频纹波给定信号；
根据检测到的所述链式变流器中各子模块的直流电容电压信号、电感电流信号、直流电容电压给定信号与所述两倍频纹波给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的DC/DC桥臂端口的电压给定信号；
根据所述交流输出端口的电压给定信号与所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号，计算所述链式变流器中各子模块的DC/AC桥臂端口的电压给定信号；
根据所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号与所述DC/AC桥臂端口的电压给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的各个开关器件的驱动信号。
2.如权利要求1所述的单级链式储能变流器控制方法，其特征在于，所述根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，确定所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出端口的电压给定信号，具体包括：
根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，计算所述链式储能变流器的交流电流给定信号；
将所述链式储能变流器的交流电流给定信号和检测到的所述链式储能变流器的交流电流信号输入比例谐振控制器，得到所述链式储能变流器的交流输出电压给定信号；
根据所述链式储能变流器中子模块的数量与所述链式储能变流器的交流输出电压给定信号，计算所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出端口的电压给定信号。
3.如权利要求2所述的单级链式储能变流器控制方法，其特征在于，所述根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，计算所述链式储能变流器的交流电流给定信号，具体包括：
根据公式(1)，计算所述链式储能变流器的交流电流给定信号；
其中，和分别为所述链式储能变流器的有功功率信号和无功功率信号，Ug和Ig分别为所接入电网的线电压以及所述链式储能变流器的交流电流的幅值，为所述链式储能变流器对应一相的电流滞后该相电网线电压的相位角。
4.如权利要求1所述的单级链式储能变流器控制方法，其特征在于，所述根据检测到的所接入电网的线电压、所述链式储能变流器的交流电流以及相位角，计算所述链式变流器中各子模块的两倍频纹波给定信号，具体包括：
根据所接入电网的线电压、所述链式储能变流器的交流电流以及相位角，计算所述链式储能变流器的瞬时功率；
基于所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出功率相等，根据所述链式储能变流器的瞬时功率与子模块的数量，得到各个子模块的瞬时交流输出功率；
根据各个子模块的瞬时交流输出功率以及功率守恒规则，得到各个子模块中的电容电流给定信号和电池电流给定信号；
根据各个子模块中的电容电流给定信号和电池电流给定信号，计算各子模块的两倍频纹波给定信号。
5.如权利要求4所述的单级链式储能变流器控制方法，其特征在于，所述根据检测到的所述链式变流器中各子模块的直流电容电压信号、电感电流信号、直流电容电压给定信号与所述两倍频纹波给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的DC/DC桥臂端口的电压给定信号，具体包括：
将检测到的所述链式储能变流器的直流电容电压给定信号以及各个子模块的直流电容电压信号输入第一比例积分控制器，得到所述链式储能变流器的电容电压外环的输出信号；
将所述电容电压外环的输出信号和所述两倍频纹波给定信号，计算内环电感电流给定信号；
将检测到的各个子模块中的电感电流信号和所述内环电感电流给定信号输入到第二比例积分控制器，得到所述链式变流器中各子模块的DC/DC桥臂端口的电压给定信号。
6.如权利要求4所述的单级链式储能变流器控制方法，其特征在于，
根据公式(2)，计算所述链式储能变流器的瞬时功率；
其中，Ug和Ig分别为所接入电网的线电压以及所述链式储能变流器的交流电流的幅值.为所述链式储能变流器对应一相的电流滞后该相电网线电压的相位角；Pout_dc表示所述瞬时功率中的直流功率，Pout_2nd所述瞬时功率中的两倍频脉动功率；ω表示电网基波角频率；
根据公式(3)，计算各个子模块的瞬时交流输出功率；
其中，N为所述链式储能变流器中子模块的数量；
根据公式(4)，计算各个子模块中的电容电流给定信号和电池电流给定信号；
其中，Pin_i表示各个子模块的直流侧输入功率；Ubat_i和Ibat_i分别表示各个子模块中的电池电压和电池电流给定，UC0_i和iC_i分别表示各个子模块中的电容电压和电容电流给定，
根据公式(5)，计算各子模块的两倍频纹波给定信号。
7.如权利要求1所述的单级链式储能变流器控制方法，其特征在于，所述根据所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号与所述DC/AC桥臂端口的电压给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的各个开关器件的驱动信号，具体包括：
根据公式(6)，计算所述链式变流器中各子模块的电压增益；
其中，表示子模块直流电容电压给定信号；Ubat_i表示各个子模块中的电池电压；
根据所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号、所述DC/AC桥臂端口的电压给定信号以及各子模块的电压增益，得到各个子模块中的第一开关器件对应的第一调制信号和第三开关器件对应的第二调制信号；
将所述第一调制信号和所述第二调制信号进行载波移相SPWM调制，得到所述链式变流器中各子模块的各个开关器件的驱动信号。
8.一种单级链式储能变流器控制装置，其特征在于，包括：
第一电压给定信号确定模块，用于根据检测到的链式储能变流器的有功功率给定信号和无功功率给定信号，确定所述链式储能变流器中各个子模块的交流输出端口的电压给定信号；
两倍频纹波给定信号计算模块，用于根据检测到的所接入电网的线电压、所述链式储能变流器的交流电流以及相位角，计算所述链式变流器中各子模块的两倍频纹波给定信号；
第二电压给定信号确定模块，用于根据检测到的所述链式变流器中各子模块的直流电容电压信号、电感电流信号、直流电容电压给定信号与所述两倍频纹波给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的DC/DC桥臂端口的电压给定信号；
第三电压给定信号确定模块，用于根据所述交流输出端口的电压给定信号与所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号，计算所述链式变流器中各子模块的DC/AC桥臂端口的电压给定信号；
驱动信号确定模块，用于根据所述DC/DC桥臂端口的电压给定信号与所述DC/AC桥臂端口的电压给定信号，确定所述链式变流器中各子模块的各个开关器件的驱动信号。
9.一种单级链式储能变流器控制设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述的单级链式储能变流器控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至7中任意一项所述的单级链式储能变流器控制方法。
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