CN114825572A - 基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统、控制方法、控制器及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统、控制方法、控制器及工作方法，光储充放控制系统包括物联感知协调感知分配系统、太阳能光伏板、电网，太阳能光伏板的输出端通过开关分别与所述多象限变流器、储能单元限波器、UPS逆变器连接；电网通过两个开关分别与所述多象限变流器、普通负载连接；UPS逆变器与重要负载连接；多象限变流器和UPS逆变器均采用二极管钳位多电平双级拓扑电路。本发明具有高电压、大功率、低功耗的特点，同时延长了连续放电时间，实现了不间断的供电，成本低，稳定性高。
Description
技术领域
本发明属于电网输配技术领域，涉及一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性 光储充放控制系统、控制方法、控制器及工作方法。
背景技术
随着技术发展，直流配电网强势回归大电网，分布式光储充放等可再生能源储能型 迎来发展的迅速期，电源侧和负荷侧推动分布式新能源的大量推广，电力电子电能变换效率和可靠性的提高，建筑用户和工业及商业智能物联电器设备和电动汽车的大量接入智能电网；光储充放系统成为提高光伏系统友好性和调节电网电能质量的研究热点，目 前的光储充放系统还存在许多难题和技术上困难需要解决。
光伏系统受天气因素影响较大，在阳光照射条件不好时系统出力明显降低、对离网 光伏发电系统造成供电不稳定甚至断电。同时大规模并网发电系统经常会因为反孤岛、系统波动大以及需要得到并网许可等问题无法并网运行，极大的影响了光伏发电系统的经济性和稳定性。
现有分布式光伏发电主要存在变流器功率太小，建筑用户仅5kW-8kW，商业和工业用最大不超过250kW，电压等级在900V以下，储能电池容量太小，充电次数少、寿命 短(4-5年寿命)，但光储充电放收回成本需5-6年，储能充电站还没有回本，就需要更 换电池，反而增大了盈利难度。满足不了安全紧急用电，供电时间不超过2小时；单个 Powerwall储能电池的容量为13.5kWh，连续输出功率为5kW，仅靠光伏不能正常供建筑 用户、商业和工业的用电；目前储能充电站供电单个直流快充桩的功率在60kW以上， 一台直流快充桩运行，大约相当于二三十个家庭的用电量，这对电网的冲击是很大的； 现有分布式光储充放系统功率和电压做不大、温升限制连续供电不超过2.5小时，储能系 统在整个供电总时段系统，储能系统仅占不到2％的比例，远远不能满足现有用电设备的 连续用电。
光储充放系统是一体化充电站的核心，包括光伏发电、储能电池、充电桩及将储能电池储存电能释放建筑、工业和商业用电设备及用电配电电能双向计量和分配。这五部 分组成一个微网，利用光伏发电，将电量存储在储能电池中，当需要时，储能电池将电 量供给充电桩与建筑用户、工业和商业用电设备使用，通过光储充系统，太阳能这种清 洁能源就被转移到汽车的动力电池中，供车辆行驶、使用。根据需求，光储充放一体化 充电站可实现并网和离网两种运行模式。将光储充一体化充电站并入电网，除了接受来 自光伏太阳能板的能量外，储能电池在电价低的时候充电，在电价高时放电，降低充电 成本的同时可以削峰填谷，也弥补了太阳能发电不连续性的缺点，而当电网断电时，光 储充系统可以采用离网运行模式对新能源车应急充电，及建筑用户、工业和商业用电设 备、及消防安全场景使用，光储充放系统，由于光伏系统晚上和阴雨天光伏无法发电， 在分布式光储发电无法连续供应建筑用户、工业和商业用电设备用电，特别是充电桩、 及应急用电量，光伏发电除自发自用，余电上网外，还有许多情况需要电网为储能电池、 及变流器供电和储能供电。保证变流系统和其它设备的连续供电。
多电平逆变器在中高功率转换中非常受欢迎，因为它们能够在使用额定电压较小的 设备时产生具有低输出谐波的高电压幅值，因此现有技术开发例如图1所示二极管钳位多电平逆变器，直流链路电容器中点端子“O”的逆变器端子电压和每个逆变器支路的上 部四个开关的相应开关信号。钳位二极管在每个开关状态期间共享不相等的电压。每条 腿需要12个二极管来维持它们两端的相等电压分布。每相12个二极管的功耗很大，二 极管钳位多电平逆变器的直流链路电容器两端的不平衡电压会在输出电压中产生低次谐 波，并增加开关设备上的电压应力，将导致开关设备的永久性损坏。多电平逆变器在中 高功率转换后三相电压在负载、电网具有不平衡电压和功率的影响逆变效率和寿命。
现有多电平逆变器的电容器中不均匀的电压分布会损坏二极管和开关器件，还会产 生输出电压谐波。为了克服电容器漂移现象，可以在前端使用变压器，其隔离的次级绕组可以通过二极管桥式整流器为各个电容器供电。然而，变压器使系统更重、昂贵且效 率低下，电容器电压不平衡也可以通过将直流偏移和三次谐波分量添加到与开关电路相 结合的调制波中来校正。这种额外的硬件将增加电源电路的复杂性以及系统成本，尤其 是在高功率级别时。
为了消除了经典二极管钳位多电平转换器中电压漂移现象，在使用电容器电压和直 流链路中间支路电流平均值的成本函数，以使用SVM实现电压平衡。参考空间向量在 每个采样周期所在的扇区信息，并且涉及大量资源和海量的计算，才可获得各相的频率， 相位和幅值，这使得系统更加复杂和无法满足接入智能电网和物联网的条件，接入智能 电网和物联网负载和用电设备无法进行高精度的电能计量和碳中和评价。
现有SVM矢量控制变流器的功耗高、频率移偏移、逆变效率低和精度低、无法满足智能电网、光储充放系统接入智能电网和电能计量、和碳中和评价实时性要求，无法避 免频谱泄露和栅烂效应、相位移和频带混叠。无法用于谐波和间谐波频率的估计。现有 技术电能不能双向计量智能电网、逆变器、储能、变流器、充电桩、建筑用户、工业不 同设备的不同权项的电能计量。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储 充放控制系统，具有高电压、大功率、低功耗的特点，同时延长了连续放电时间，实现 了不间断的供电，成本低，稳定性高，解决了现有技术中存在的问题。
本发明另一目的是，提供一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控 制系统的驱动控制方法。
本发明的第三目的是，提供一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放 控制系统的驱动控制器。
本发明的第四目的是，提供一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放 控制系统的工作方法。
本发明所采用的技术方案是，一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充 放控制系统，包括
物联感知协调感知分配系统，用于分别通过整流控制系统控制多象限变流器，通过 限波器控制系统控制储能单元限波器，通过逆变器控制系统控制UPS逆变器；
太阳能光伏板，所述太阳能光伏板的输出端通过开关分别与所述多象限变流器、储 能单元限波器、UPS逆变器连接；
电网，所述电网通过两个开关分别与所述多象限变流器、普通负载连接；
其中，所述UPS逆变器与重要负载连接；
所述多象限变流器和UPS逆变器均采用二极管钳位多电平双级拓扑电路，多组太阳 能光伏电池阵列通过多路直流控制开关连接输入电磁滤波器的输入端，输入电磁滤波器 的输出端连接两种兼容电路，两种兼容电路为：UPS逆变器接入升压多级直流电路和直通直流电路；多象限变流器接入降压升压多级直流电路和直通直流电路。
进一步的，每组所述太阳能光伏电池对应一路升压电路；
第一升压电路：输入电磁滤波器的输出端正极通过开关SW3与第一电感的一端连接， 第一电感上设有电流传感器CT1，输入电磁滤波器的输出端负极与IGBT管T1的E极连接，并接地；IGBT管T1的C极与第一电感另一端、升压二极管D3输入端连接；输入 电磁滤波器的输出正极连接第四直流路，升压二极管D3的输出端与第四直流路连接，升 压二极管D3接于第四直流路的接点与输入电磁滤波器输出正极之间的第四直流路上连 接有开关SW1；
其它组太阳能光伏电池的升压电路中对应的升压二极管输出端与第一升压电路的升 压二极管D3的输出端汇合，最末升压电路的IGBT管的E极通过开关SW2接地；其余 结构与第一升压电路相同；
第一升压电路的正极与最末升压电路的负极之间接有串联电容，最末升压电路的负 极、相邻两个电容的串联结点及第一升压电路的正极分别并联多级直流母线，输出多路均流直流电流；
开关SW1接通，开关SW2、开关SW3同时断开，即构成直通直流电路；
开关SW1断开，开关SW2、开关SW3同时接通，即构成升压多级直流电路。
进一步的，每组所述太阳能光伏电池对应一路降压升压电路；
第一降压升压电路：输入电磁滤波器的输出端负极与第三电感一端连接，并接地，第三电感上设有电流传感器CT3，输入电磁滤波器的输出端正极通过开关SW3与IGBT 管T3的E极连接，IGBT管T3的C极与第三电感另一端、升降压二极管D5输出端连 接，输入电磁滤波器的输出正极连接第四直流路，升降压二极管D5输入端与第四直流路 连接，升降压二极管D5接于第四直流路的接点与输入电磁滤波器输出正极之间的第四直 流路上连接有开关SW1；
其它组太阳能光伏电池的降压升压电路中对应的降压升压二极管输出端与第一降压 升压电路的降压升压二极管D3的输出端汇合，最末降压升压电路的IGBT管的E极通过开关SW2接地；其余结构与第一降压升压电路相同；
第一降压升压电路的正极与最末降压升压电路的负极之间接有串联电容，最末降压 升压电路的负极、相邻两个电容的串联结点及第一降压升压电路的正极分别并联多级直 流母线，输出多路均流电流；
开关SW1接通，开关SW2、开关SW3同时断开，即构成直通直流电路；
开关SW1断开，开关SW2、开关SW3同时接通，即构成降压升压多级直流电路。
进一步的，所述IGBT管接有Si/SiC，所述IGBT管均设有多级开关智能调压，用于根据太阳能光伏电池的故障及逆变输出功率，智能自动调压，使多级直流母线等压分布 和功率均衡。
进一步的，所述二极管钳位多电平双级拓扑电路用于将多级直流母线输出的多路均 流直流电流经逆变后输出A/B/C三相交流电流iA、iB、iC；或者将三相交流电流iA、iB、 iC经整流后输出多路均流直流电流；
所述二极管钳位多电平双级拓扑电路包括结构相同且独立的A、B、C相逆变/整流单元，其中，A相逆变/整流单元包括外桥臂钳位开关三极管SA1、二极管DA1、S′A1、D′A1、 S′A4与内桥臂钳位开关三极管SA2、二极管DA2、SA3、S′A2、D′A2、S′A3；
第一路均流直流电流分三路分别为电流i1A、电流i1B、电流i1C，第二路均流直流电流 分三路分别为电流i2A、电流i2B、电流i2C，依次类推，第五路均流直流电流分三路分别为电流i5A、电流i5B、电流i5C；
电流i1A通入A相逆变/整流单元的SiCMOSFET型的三极管SA1、SA4的串联电路，电 流i2A通入SiCMOSFET型的三极管SA2、SA3的串联电路，电流i4A通入SiCMOSFET型的 三极管S′A2、S′A3的串联电路，电流i5A通入SiCMOSFET型的三极管S′A1、S′A4的串联 电路；二极管DA1钳位于三极管SA1、SA4的串联结点，二极管D'A1反接钳位于三极管S′A1、 S′A4的串联结点；二极管DA2钳位于三极管SA2、SA3的串联结点，二极管D'A2反接钳位于 三极管S′A2、S′A3的串联结点；电流i3A通入二极管DA2、二极管D'A2的串联结点，三极管 S'A2、SA3的串联结点与二极管DA1、二极管D'A1的串联结点连接；三极管S′A1与三极管SA4连接的中位点输出A相交流电流iA；通过相同的电路，使得电流i1B～电流i5B输出B相交 流电流iB，电流i1C～电流i5C输出C相交流电流iC。
进一步的，所述多级直流母线由直流电能储能电池组通过多级直流均压两/单象截波 光储充放电路供电；所述多级直流均压两/单象截波光储充放电路，包括
直流电能储能电池组，所述直流电能储能电池组由第一级电池Cell1～第五级电池 Cell5串联构成，多级直流母线的串联电容C1、C2、C3、C4连接于第一级电池Cell1正 极与第五级电池Cell5负极之间，第一级电池Cell1正极通过第四直流路连接输入电磁滤 波器的输出端正极；
所述电容C1、C2串联结点通过连接线Cel3与R1L1滤波器的电感端连接，R1L1滤波器的电阻端接三极管S1的发射极，三极管S1的集电极与第四直流路连接；
所述电容C3、C4串联结点通过连接线Cel1与R3L3滤波器的电感端连接，R3L3滤波器的电阻端与三极管S3的发射极连接，三极管S3的集电极与三极管S2的发射极连接，三 极管S2的集电极与第四直流路连接；三极管S3的发射极与二极管D33输出端连接，二极 管D33输入端与第五电池Cell5负极连接；
所述电容C2、C3串联结点通过连接线Cel2与R2L2滤波器的电感端连接，R2L2滤波器的电阻端与三极管S2、三极管S2的连接结点连接，R2L2滤波器的电阻端与二极管D22 输出端连接，二极管D22输入端与连接线Cel2连接。
进一步的，所述三相交流电流iA、iB、iC通过三相开关与输出EMI电磁滤波器连接，输出EMI电磁滤波器与漏电保护开关连接，漏电保护开关与工业光伏控制系统连接，工 业光伏控制系统中安装有第三智能电表；第三智能电表与智能表箱中的第二智能表连接； 第二智能表与第三智能电表连接的中路接有漏电保护开关，漏电保护开关与能源路由器 连接，能源路由器输出端分别与建筑用户负载、储能变压器连接，储能变压器一路输出 于充电桩，另一路输出于建筑用户负载；
第二智能表与第一智能表连接，第一智能表与低压分布式光储柔性双碳的评价管控 系统连接，评价管控系统一路与能源互联交易系统连接，另一路通过空气开关与智能电网连接；
所述二极管钳位多电平双级拓扑电路的驱动控制器与智能电表算法模块连接，通过 智能电表算法模块输出参考电压Vref、平均电流iavref至控制保护单元，使智能电表达到与智能电网的接入标准，多个控制保护单元通过SPI串行接口与多个TM4C129EKCPDE 物联单元连接。
进一步的，还包括智能直流双向计量表，智能直流双向计量表通过多位电子开关分 别与直流电能储能电池组、二极管钳位多电平双级拓扑电路的直流母线端、储能单元限波器连接；
所述智能直流双向计量表接入控制保护单元，控制保护单元通过无线通讯、载波通 讯、红外通讯或RS485通讯输入至液晶显示器，用于可视化计量光伏发电量和双碳量价；控制保护单元依次通过物联单元、智能电表输入至低压分布式光储柔性电能/双碳评价管控系统，进而实现能源互联电能交易。
进一步的，所述太阳能光伏电池输出的电压VPV和电流IPV输入最大功率跟踪太阳能 控制器，结合直流母线电压变化范围Vg确定光伏电池组的直流总电压输出的最大功率可 变范围，得到最大电压限制和最小电压限制，根据电网状态动态调整，最大程度将光伏电池组的电能转换。
一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统的驱动控制方法， 具体按照以下步骤进行：
S1，空间矢量调制；将多电平逆变器的三相控制六边菱形矢量分解，等分为6个逆时针旋转的扇区，6个扇区对应6个等边三角型矢量图，以000状态矢量为旋转圆点，将 等边三角型矢量图等分，等分线设为矢量参考电压V3，紧邻矢量参考电压V3的设为起始 矢量参考电压V2和终点矢量参考电压V1；紧邻起始矢量参考电压V2的临边为原边电压矢 量；紧邻终点矢量参考电压V1的临边为终边电压矢量；给出每个扇区中四组重复矢量开 关的组合状态、有效状态，以及四组重复矢量开关的驱动电流；
S2，运行价值函数，通过价值函数选择每个扇区的重复向量中满足最小化价值函数 的四组重复矢量开关组合状态，价值函数见式(1)：
其中，Vcj代表串联的多个电容的实际直流电压；Vcd表示最小平衡电压；k表示增益系数，j代表重复矢量开关，x＝j+1，x表示重复矢量开关的编号，ix表示对应扇区中重复 矢量开关的电流，d1、d2、d3分别表示对应扇区中矢量参考电压V1、V2、V3的占空比，V4表示重复矢量开关
的参考电压，d4表示重复矢量开关
的占空比，V0表示重复矢量开 关
的参考电压，d0表示重复矢量开关
的占空比，重复矢量开关
为圆点；
所述最小化价值函数的四组重复矢量开关组合的矢量参考电压合成得到参考电压 Vref，同时，参考电压Vref在太阳能光伏电池最大功率跟踪控制输出的最大、最小电压限制之间；
S3，通过TLS-ESPRIT搜索频率方法，根据式(8)得到满足最小化价值函数的四组开关的搜索信号的频率参数
其中，λk表示特征值，angIe表示将特征值作为虚数对其进行求角度；
S4，通过正交二阶广义积分搜索估计锁相方法提取单相逆变单元输出的单相交流瞬 态电压vin中的谐振频率ω的分量，平衡三个单相逆变/整流单元的电压；将频率参数
与谐振频率ω的分量比较，如果
以ω作为SVM发波驱动控制器发波的频率f， 如果
以
作为驱动控制器SVM发波的频率f；
S5，以频率f替代谐振频率ω的分量，正交二阶广义积分搜索估计锁相模块的压控振 荡器的输出频率返回同步旋转坐标系qd，且使vq＝0稳态时，环路滤波器的输出电压Vf＝0， 输出信号的相位锁定输入信号相位，且相差90°，输入信号的相位通过估计幅值
计算得到，将E与满足最小化价值函数的四组重复矢量开关对应参考电压 的幅值比较，选择最小幅值对应的平均电流iavref、调制指数m；
S6，驱动芯片根据参考电压Vref、平均电流iavref、调制指数m、频率f，通过SVM 发波输出A、B、C相四组互补开关的频率fa1-4和驱动电流ia1-4，B相四组互补开关的 频率fb1-4和驱动电流ib1-4，以及C相四组互补开关频率fc1-4和驱动电流ic1-4，分别驱动 独立结构的A\B\C相逆变/整流单元，四组互补开关为(SA1，S'A1)、(SA2，S'A2)、 (SA3，S'A3)、(SA4，S'A4)，每组互补开关中一个开通、另一个关断。
一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统的驱动控制器，包 括
空间矢量调制模块，用于将多电平逆变器的三相控制六边菱形矢量分解，等分为6个逆时针旋转的扇区，6个扇区对应6个等边三角型矢量图，以000状态矢量为旋转圆点， 将等边三角型矢量图等分，等分线设为矢量参考电压V3，紧邻矢量参考电压V3的设为起 始矢量参考电压V2和终点矢量参考电压V1；紧邻起始矢量参考电压V2的临边为原边电压 矢量；紧邻终点矢量参考电压V1的临边为终边电压矢量；给出每个扇区中四组重复矢量 开关的组合状态、有效状态；
价值函数模块，用于通过价值函数选择每个扇区的重复向量中满足最小化价值函数 的四组重复矢量开关组合状态；所述最小化价值函数的四组重复矢量开关组合的矢量参 考电压合成得到参考电压Vref，同时，参考电压Vref在太阳能光伏电池最大功率跟踪控制输出的最大、最小电压限制之间；
TLS-ESPRIT搜索频率模块，用于通过TLS-ESPRIT方法，得到满足最小化价值函数的四组开关的搜索信号的频率参数
正交二阶广义积分搜索估计锁相模块，用于提取单相逆变单元输出的单相交流瞬态 电压vin中的谐振频率ω的分量，平衡三个单相逆变/整流单元的电压；将频率参数
与谐 振频率ω的分量比较，如果
以ω作为SVM发波驱动控制器发波的频率f，如果
以
作为驱动控制器SVM发波的频率f；
以频率f替代谐振频率ω的分量，正交二阶广义积分搜索估计锁相模块的压控振荡器 的输出频率返回同步旋转坐标系qd，且使vq＝0稳态时，环路滤波器的输出电压Vf＝0，输 出信号的相位锁定输入信号相位，且相差90°，输入信号的相位通过估计幅值
计算得到，将E与满足最小化价值函数的四组重复矢量开关对应参考电压 的幅值比较，选择最小幅值对应的平均电流iavref、调制指数m；
驱动芯片，用于根据参考电压Vref、平均电流iavref、调制指数m、频率f，通过SVM 发波输出A、B、C相四组互补开关的频率fa1-4和驱动电流ia1-4，B相四组互补开关的 频率fb1-4和驱动电流ib1-4，以及C相四组互补开关频率fc1-4和驱动电流ic1-4，分别驱动 独立结构的A\B\C相逆变/整流单元，四组互补开关为(SA1，S'A1)、(SA2，S'A2)、 (SA3，S'A3)、(SA4，S'A4)，每组互补开关中一个开通、另一个关断。
一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光伏储能系统的工作方法，具体为：
当所述多象限变流器、储能单元限波器、UPS逆变器均投入运行，多象限变流器运行在逆变模式下，将太阳能光伏板输出的电能输送给电网，为一般负载供电；太阳能光 伏板发电充足时，直流电能储能电池组和储能单元限波器运行在充电模式下，用于储存 太阳能光伏板出力大于负载所需的能量；
当负载所需的能量大于太阳能光伏板的出力时，储能单元限波器优先释放能量满足 主要负载和一般负载需求；UPS逆变器处于同步工作状态；
当储能单元限波器剩余电量较低或检修更换对应的电池储能电池组时，通过直流电 能储能电池组为重要负载和一般负载提供可靠的电力供应；
太阳光照好的情况下，多象限变流器和UPS逆变器投入运行，储能单元限波器和直流电能储能电池组不工作；太阳能光伏板出力在满足UPS逆变器对重要负载需求的前提 下全部馈送到电网上，不经过储能单元限波器和直流电能储能电池组储存；
夜晚或阴雨天，且储能单元限波器和直流电能储能电池组剩余能量较低时时，储能 单元限波器、直流电能储能电池组和UPS逆变器投入运行，多象限变流器停止运行；与电网没有物理连接，依靠储能单元限波器和直流电能储能电池组的剩余电量维持UPS逆 变器工作，为重要负载供电；
夜晚或阴雨天，且储能单元限波器和直流电能储能电池组剩余能量较低时，储能单 元限波器、直流电能储能电池组和多象限变流器投入运行，UPS逆变器停止运行，主要负载由备用电池供电；多象限变流器经过多级降压电路降压，使5级M2直流、单相逆 变单元与电网同频等压后，电网反向通过多象限变流器直流电能储能电池组和储能单元 限波器充分充电后，电网同时给一般负载供电；
预测阴天转晴天时，关闭电网反向供电，直流电能储能电池组和储能单元限波器充 满的电向主要负载和一般负载供电，当直流电能储能电池组和储能单元限波器的电量余 量达到50％，直流电能储能电池组和储能单元限波器停止向主要负载和主要负载供电，切换到电网供电；同时电网向直流电能储能电池组和储能单元限波器充电；当电网向直 流电能储能电池组和储能单元限波器充满电，电网断电，转到工作模式一。
进一步的，所述储能单元限波器优先充电时，升压电路配合快速升压，储能单元限波器快速充电达到SOC满量要求后，将升压电路关闭，切换到降压升压电路，配合直流 电能储能电池组同步升压充电，以及放电时的同步降压；在储能单元限波器开始放电时， 关闭升压电路，切换到降压升压电路，配合储能单元限波器放电时同步降压。
本发明的有益效果是：
1、本发明实现了480-2000V高压电、250kw-630KW大型功率的长时间稳定供电， 功耗低，发电率高，智能电网与光储充放双向互补供电，灵活调节智能电网，光储能电 源能够长寿命低成本地向普通负载、重要负载、充电电站、充电桩不间断的供电；光伏 发电高比例低成本向普通负载、重要负载和智能电网供电，灵活调节。
2、本发明二极管钳位多电平双级拓扑电路的驱动控制器为SVM发波驱动控制器，内部运行价值函数、TLS-ESPRIT搜索频率、空间矢量调制(SVM)，得出的开关频率 与最小电流双量智能同步，最短时驱动独立A相、B相、C相三相电能变换，通过综合 控制保护单元和物联单元、EMS智能综合系统的集成，实现在线及时实时友好接入智能 电网和物联网，构成光储充放系统的智能物联控制器。
3、本发明通过智能物联协调分配控制系统调度基于物联感知双碳评价型大型分布式 柔性光伏储能系统在多模式下工作，实现了柔性物联，永不断电。解决了现有多电平高 功率级别逆变器的电容器中不均匀的电压分布会损坏二极管和开关器件，产生输出电压 谐波与电容器电压、频率漂移、功率器件多、功耗大、逆变效率低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有 技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还 可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有5级多电平钳位变流电路拓扑系统结构图。
图2是本发明实施例的结构框图。
图3是图2中多象限变流器与UPS逆变器的电路图。
图4a是图3的下部分电路图。
图4b是图3的上部分电路图。
图5a是多象限变流器接入升压5级直流1500V电路和直通1000V直流电路的结构示意图。
图5b是多象限变流器接入降压/升压5级直流1500V电路和直通1000V直流电路的结构示意图。
图6是本发明实施例中基于价值函数限制电压均压MPPT最大功率跟踪示意图。
图7是本发明实施例中正交二阶广义积分搜索估计锁相法示意图。
图8是本发明实施例中重复矢量开关的SVM发波拓扑示意图。
图9是本发明实施例中二极管钳位多电平双级拓扑电路的电平原理波形图。
图10是本发明实施例中二极管钳位多电平双级拓扑电路的阶梯波调制原理图。
图11a是本发明实施例中5级直流均压两(单)象截波光储充放电路拓扑图。
图11b是图2中逆变器(变流器)智能控制管理系统结构图。
图12是本发明实施例的工作模式和过程图。
图13a为本发明实施例仅太阳能光伏发电系统(选80KW·h模拟)。
图13b为本发明实施例模拟光储系统对于降低原有系统对电力容量的需求。
图14是本发明实施例的太阳能光伏发电规模、储能系统容量和降低对电力系统容量 需求之间关系的三维曲线图。
图15是本发明实施例中光伏系统规模、储能系统容量和增加的系统发电量之间关系 的三维曲线图。
图16是本发明实施例中太阳能光伏发电规模、储能系统不平衡电网曲线。
图17是本发明实施例中光储三相独立的发电达到智能电网同步图曲线。
图18是本发明实施例的仿真模拟图。
图19是本发明实施例仿真模拟负载变化引起的电容器平衡电压相对于其标称值的瞬 态变化图。
图20是本发明实施例中5级直流均压两(单)象截波光储充放电路中低频充放电电池组直流母线电压图。
图21是本发明实施例中5级直流均压两(单)象截波光储充放电路中高频充放电电池组直流母线电压图。
图22是本发明实施例中5级直流均压两(单)象截波光储充放电路中低频充放电电池组功率曲线图。
图23是本发明实施例中5级直流均压两(单)象截波光储充放电路中高频充放电电池组功率曲线图。
图24是本发明实施例单位调节功率与SOC的关系图。
图25是本发明实施例自同步控制与计及SOC自同步控制的比较曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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做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。
实施例1，
一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统，如图2所示，包括物联感知协调感知分配系统，物联感知协调感知分配系统分别通过整流控制系统控制多象限变流器，通过限波器控制系统控制储能单元限波器，通过逆变器控制系统控制UPS逆变器；
太阳能光伏板的输出端通过三个开关(S1、S2、S3)分别与多象限变流器、储能单元限波器、UPS逆变器连接；
电网通过两个开关(S4、S5)分别与多象限变流器、普通负载连接；
UPS逆变器与重要负载连接。
其中，储能单元限波器包括电阻R01、电容C01、双向功率管SA9、电感L10、双向功 率管SA8、电容CD、电容CB和开关SB；开关S2端口正极接有电阻R01，开关S2端口接 负极接有电容C01，电阻R01和电容C01串联；开关S2端口正极与双向功率管(IGBT) SA9的C极连接，双向功率管SA9的E极与电感L10连接，电感L10与电池储能电池的正 极连接，双向功率管SA9与电感L10的连接结点与双向功率管SA8的C极连接，双向功 率管SA8的E极与电池储能电池的负极连接，电池储能电池的正负极之间连接有开关SB、 电容CB，开关SB、电容CB串联，电池储能电池的正负极之间连接有电容CD。
双向功率管SA9和双向功率管SA8的控制极(G极)与零线之间分别并联有三组电 阻和开关的串联电路，控制极(G极)与零线之间的电压为10V；开关与控制芯片MCU 的IO口连接，平常开启由控制芯片MCU开启，关断是由MCU等量的分时关断，MCU 根据不同温度、电压、电流及环境的不同智能分断。
如图3及4a、4b所示，多象限变流器和UPS逆变器均采用二极管钳位多电平拓扑 电路，即多路光伏电池阵列(PV)通过多路直流控制开关接入输入电磁滤波器(EMI)， EMI输出接入两种兼容电路，两种兼容电路为：UPS逆变器接入升压5级直流1500V电 路和直通1000V直流电路；多象限变流器接入降压升压5级直流1500V电路和直通1000V 直流电路。
多路直流升压电路，如图5a所示，每组光伏电池对应一路升压电路；
第一升压电路：输入电磁滤波器(EMI)的输出端正极通过开关SW3与第一电感的一端连接，第一电感上设有电流传感器CT1，输入电磁滤波器的输出端负极与IGBT管 T1(升压开关)的E极连接，并接地；IGBT管T1的C极与电感1另一端、升压二极管 D3输入端连接；输入电磁滤波器的输出正极连接第四直流路，升压二极管D3的输出端 与第四直流路连接，升压二极管D3接于第四直流路的接点与输入电磁滤波器输出正极之 间的第四直流路上连接有开关SW1。
第二升压电路：输入电磁滤波器(EMI)输出端正极与第二电感的一端连接，第二电感上设有电流传感器CT2，第二电感上设有电流传感器CT2，输入电磁滤波器(EMI) 输出端负极通过开关SW2与接有Si/SiC的IGBT管T2(升压开关)的E极连接，T2通 过开关SW2接地；IGBT管T2的C极与第二电感另一端、升压二极管D4输入端连接， 升压二极管D4的输出端与第一升压电路的升压二极管D3输出端汇合。
第一升压电路的正极与第二升压电路的负极之间接有四路串联电容C1\C2\C3\C4，在 第二升压电路负极、相邻两个电容的串联结点、第一升压电路正极分别并联多级直流母 线电路(1500V)，分别对应0路、1路、2路、3路、4路电流。
将开关SW1接通，开关SW2、开关SW3同时断开，即构成直通1000V直流电路。
将开关SW1断开，开关SW2、开关SW3同时接通，即构成升压5级直流1500V电 路。
在升压5级直流1500V电路取电，经智能直流双向计量表、储能单元限波器对5级1500V的直流电能储能电池组充电。
升压开关T2和升压开关T1均设有多级开关智能调压，根据光伏电池的故障及逆变输出功率变化，电压和功率自动可调，使5级直流母线等压分布和功率均衡，消除了由 于光伏板故障或逆变功率管故障造成的电压波动、功率波动。
多路直流降压升压电路，如图5b所示，每组光伏电池对应一路降压升压电路；
第一降压升压电路：输入电磁滤波器(EMI)的输出端负极与第三电感一端连接，并接地，第三电感上设有电流传感器CT3，输入电磁滤波器的输出端正极通过开关SW3 与IGBT管T3的E极连接，IGBT管T3的C极与第三电感另一端、升降压二极管D5输 出端连接，输入电磁滤波器的输出正极连接第四直流路，升降压二极管D5输入端与第四 直流路连接，升降压二极管D5接于第四直流路的接点与输入电磁滤波器输出正极之间的 第四直流路上连接有开关SW1；
第二降压升压电路：输入电磁滤波器(EMI)输出端负极通过开关SW2与第四电感一端连接，并接地，第四电感上设有电流传感器CT4；输入电磁滤波器(EMI)输出端 正极与Si/SiC的IGBT管T4的E极连接，IGBT管T4的C极与第四电感另一端、升降 压二极管D6输出端连接，升降压二极管D6输入端与第一降压升压电路的升降压二极管 D5输入端汇合，即升降压二极管D6接在第四直流路4的开关SW1的前面。
第一降压升压电路的正极与第二降压升压电路的负极之间接有四路串联电容C1\C2\C3\C4，在第二降压升压电路负极、相邻两个电容的串联结点、第一降压升压电路 正极分别并联多级直流母线电路(1500V)，分别对应0路、1路、2路、3路、4路电流。
将开关SW1接通，开关SW2、开关SW3同时断开，即构成直通1000V直流电路。
将开关SW1断开，开关SW2、开关SW3同时接通，即构成降压升压5级直流1500V 电路。
通过Si/SiC的IGBT管T3和Si/SiC的IGBT管T4的程序控制升压或降压电路，具 体控制方法为本领域已知。
5级M2直流(即二极管钳位多电平双级拓扑电路)，如图3、4a、4b所示，多级直 流母线电路输出的0路、1路、2路、3路、4路电流，分别对应5路均流电流i5、i4、i3、 i2、i1，其中每路电流分为A相、B相、C相三路输出；通过外桥臂钳位开关三极管SA1、 二极管DA1、S′A1、D'A1、S′A4与内桥臂钳位开关三极管SA2、二极管DA2、SA3、S′A2、D'A2、S′A3，经逆变后输出A相、B相、C相三相交流电流iA、iB、iC。
以第4路电流i1为例，其余各路与电流相同，输出的A相、B相、C相分别为电流i1A、电流i1B、电流i1C，电流i1A通入SiCMOSFET型的三极管SA1、SA4的串联电路，电流i2A通入SiCMOSFET型的三极管SA2、SA3的串联电路，电流i4A通入SiCMOSFET型的三极 管S′A2、S′A3的串联电路，电流i5A通入SiCMOSFET型的三极管S′A1、S′A4的串联电路； 二极管DA1钳位于三极管SA1、SA4的串联结点，二极管D'A1反接钳位于三极管S′A1、S′A4的串联结点；二极管DA2钳位于三极管SA2、SA3的串联结点，二极管D'A2反接钳位于三极 管S′A2、S′A3的串联结点；电流i3A通入二极管DA2、二极管D'A2的串联结点，三极管S'A2、 SA3的串联结点与二极管DA1、二极管D'A1的串联结点连接；三极管S′A1与三极管SA4连接 的中位点输出A相交流电流iA。
通过相同的电路，使得电流i1B～电流i5B输出B相交流电流iB，电流i1C～电流i5C输出 C相交流电流iC。
三相交流电流iA、iB、iC通过三相开关与输出EMI电磁滤波器连接。
5级直流均压两/单象截波光储充放电路，如图11a所示，包括5级1500V的直流电能储能电池组，直流电能储能电池组由第一级电池Cell1～第五级电池Cell5串联构成，四路串联电容C1\C2\C3\C4连接于第一级电池Cell1正极与第五级电池Cell5负极之间，在 第五级电池Cell5负极、相邻两个电容的串联结点、第一级电池Cell1正极分别对应0路、 1路、2路、3路、4路(第四直流路)电流。第一级电池Cell1正极通过第四直流路连接 EMI的输出正极。
电容C1、C2串联结点通过连接线Cel3与R1L1滤波器的电感端连接，R1L1滤波器的电阻端接三极管S1的发射极，三极管S1的集电极与第四直流路连接；电容C3、C4串联结 点通过连接线Cel1与R3L3滤波器的电感端连接，R3L3滤波器的电阻端与三极管S3的发射 极连接，三极管S3的集电极与三极管S2的发射极连接，三极管S2的集电极与第四直流路 连接；三极管S3的发射极与二极管D33输出端连接，二极管D33输入端与第五电池Cell5 负极连接；电容C2、C3串联结点通过连接线Cel2与R2L2滤波器的电感端连接，R2L2滤 波器的电阻端与三极管S2、三极管S2的连接结点连接，R2L2滤波器的电阻端与二极管D22 输出端连接，二极管D22输入端与连接线Cel2连接。
第一级电池Cell1与第五级电池Cell5串接构成正电平额定电压1500V的直流电能储 能电池组。多级直流母线输出的0路、1路、2路、3路、4路电流，分别对应5路均流 电流i5、i4、i3、i2、i1，其中每路电流分为A相、B相、C相三路输出；多级直流母线通 过A、B、C相逆变/整流单元输出A相、B相、C相的交流电流iA、iB、iC。A相逆变/ 整流单元输出端中位点接有RaLa滤波，RaLa滤波输出端接在第5路电流i5A线，B相逆变/ 整流单元输出端中位点接有RbLb滤波，RbLb滤波输出端接在第5路电流i5B线，C相逆变/ 整流单元输出端中位点接有RcLc滤波，RcLc滤波输出端接在第5路电流i5C线。
如图11b所示，SiC MOSFET型的三极管(IGBT\ICBT)S′A2、S′A4、SA1、SA3的控 制极(G极)与零线之间分别并联有三组电阻和开关的串联电路，控制极(G极)与零 线之间的电压为10V；电阻端接在驱动模块上，驱动模块包括三极管的驱动器和DSP芯 片及上位机；驱动器和DSP芯片接控制极和智能故障管理系统，驱动器、DSP芯片均与 上位机连接；开关与控制芯片MCU(DSP芯片)的IO口连接；平常开启由控制芯片 MCU(DSP芯片)开启，关断是由MCU(DSP芯片)等量的分时关断，由MCU(DSP 芯片)根据不同温度、电压、电流及环境的不同智能分断。
三极管(IGBT\ICBT)S′A2、S′A4、SA1、SA3的集电极C极和发射极E极接在驱动模 块，驱动模块输出的Fault(故障)，例如过温、过流、过压，欠压、短路等输入智能故 障管理系统(由DSP芯片+程序管控)，空间矢量调制(SVM)生成的PWM信号上升 (下降)沿传输到三极管(IGBT\ICBT)副边门极驱动上升(下降)沿，驱动8个三极 管(IGBT\ICBT)的开通(关断)的信号输入智能控制管理系统，智能控制管理系统将 故障信息、操作要求程序、开通、关断、分级关断信号发送至驱动模块，由驱动模块和 控制芯片MCU(DSP芯片)实现智能分断。三极管或IGBT模块或驱动器的任何处理 都应遵循国际标准IEC 60747-1第Ⅸ章或IEC61340-5-2要求的静电敏感器件保护的 一般规范。
5级直流均压两/单象截波光储充放电路中的开关数量是现有技术双级逆变的一半。 随着多象截波级别的增加，开关数量的减少更为显着。降低了开关两端的电压应力，减少了开关损耗，使得控制系统和切换算法得到了极大的简化。如果不慎导通开关，双(单)象截波光储充放电路电路发生短路，不会影响电容电压，更可靠。半导体损耗的减少， 降低了元件的平均温度，从而使得组件故障率大幅下降。开关组合中的数量减少，从而 减小了截波电感器的尺寸。可拓展更多电平的配置，进一步减少电磁兼容性问题，降低 声学噪声，限制电压瞬变等。
升压5级直流1500V电路和直通1000V直流电路兼容设计，且具有智能切换功能，大大降低了直通1000V直流电路供电时电路的损耗，提高了逆变功率密度，极大适应了 不同光照情况，提高了间歇性发电密度和效率。升压电路和逆变电路采用全SiC MOS和 SiC二极管，实现了超高的开关频率，有效减小了无源器件(电感和电容)的体积和重量。
本发明实施例的升压电路利用低耐压(750V)器件实现了1500V直流电压输入， 具有非常低的开关损耗和导通损耗，进一步提高了多象限变流器/逆变器及UPS逆变器的 整机效率，逆变电路采用了1200V低耐压的IGBT，实现了较高的开关频率和较低的损 耗，有利于光伏逆变器实现更高的效率和更小的体积。
输出EMI电磁滤波器与漏电保护开关连接，漏电保护开关与工业光伏控制柜连接，工业光伏控制柜中安装有第三智能电表(即智能电表3)；第三智能电表与智能表箱中的 第二智能电表(即智能电表2)连接；第二智能表与第三智能电表连接的中路接有漏电保 护开关，漏电保护开关与能源路由器连接，能源路由器输出端分别与建筑用户负载、储 能变压器连接，储能变压器一路输出与充电桩连接，另一路输出与建筑用户负载连接。
第二智能电表与第一智能电表(即智能电表1)连接，第一智能电表与低压分布式光 储柔性的电能(双碳)评价管控系统连接，电能(双碳)评价管控系统一路与能源互联 交易系统连接，另一路与空气开关连接，空气开关与智能电网连接。第一智能电表、第 二智能电表、第三智能电表均为正向功用电量，反向功买电量计量的三相智能电表。
智能直流双向计量表通过多位电子开关分别与直流电能储能电池组、二极管钳位多 电平双级拓扑电路的直流母线端、储能单元限波器连接；智能直流双向计量表接入控制保护单元，控制保护单元通过无线通讯、载波通讯、红外通讯或RS485通讯输入至液晶 显示器，用于可视化计量光伏发电量和双碳量价；控制保护单元依次通过物联单元、智 能电表输入至低压分布式光储柔性电能/双碳评价管控系统，进而实现能源互联电能交易。
低压分布式光储柔性电能(双碳)的评价管控系统的评价方法为：智能直流双向计量表在电能计量的基础上乘以0.67，为碳当量排量(1kwH＝0.67碳排量)；电能功率为 检测采样电压与电流的乘积，电能双向按电能权利为买卖两个不同方向脉冲数；光伏发 电的二氧化碳排放为33-50克/度，光伏电站通过碳交易每度电可额外收益2.3分，为能 源互联电能交易提供电能与双碳的在线量价依据。解决了可再生能源(光储充放系统) 接入智能电网与物联网，缺少高精度，高电能质量、功率无法通过电压控制、中线、故 障穿越、反孤岛控制系统等问题。
工业光伏控制，包括5级直流控制、光伏汇流控制、逆变器控制、总交流控制、控 制保护单元；
储能电池控制，包括电池管理单元、电池族控制管理单元、BMS系统管理主机ESMU、光储充放控制；
智能物联协调分配控制，包括智能物联网络控制、开关路由器控制、物联单元控制芯片、低压分步式光储柔性电能(双碳)评价管控系统。
二极管钳位多电平拓扑电路的控制器为SVM发波驱动控制器，通过智能电表高精度 计量算法，使智能电表达到与智能电网的接入标准，现有控制器的频率、幅值和相位在时间太慢，达不到接入标准。智能电表高精度计量算法使得控制保护单元输出到驱动器，控制保护单元选型AVP32F335或TMS320F28335，多个控制保护单元通过SPI串行接口 与多个TM4C129EKCPDE物联单元连接。
光伏绝缘箱和辅助电源的控制电压输入到控制保护单元，从5级直流(串联电容C1\C2\C3\C4)取电(充放电)，经智能直流双向计量电能表接入直流电能储能电池组， 直流电能储能电池组与储能单元限波器均由电池管理单元控制，电池管理单元与电池族 控制管理单元双向控制，电池族控制管理单元与BMS系统管理主机ESMU双向控制， BMS系统管理主机ESMU与控制保护单元双向控制，控制保护单元的输出端与EMS综 合智能系统连接；双向计量智能表的无线通讯、载波通讯、红外通讯、RS485通讯均输 入至控制保护单元和液晶显示器。
PC上位机通过一路以太网与物联单元双向控制，PC上位机通过另一路以太网与RS-485干式继电器和Wi-Fi(optional)双向控制，RS-485干式继电器、Wi-Fi(optional) 均与ARM控制器双向控制，ARM控制器与液晶显示器双向控制，ARM控制器通过RS232 与控制保护单元双向控制；物联单元分别与智能物联协调分配控制系统、监控设备、开 关路由器控制器、智能工业物联网络控制器、建筑用户、储能电池控制、电表箱双向控 制；其中物联单元通过RS232与监控设备双向控制，智能工业物联网络控制器与电表箱 双向控制，建筑用户的用电输入电表箱，储能电池控制的电能输入充电桩和建筑用户， 充电桩由物联单元控制；紧急情况下，充电桩用于为建筑用户供电。建筑用户为商户、 家庭及公共场所；重要负载为消防、医院、通信、航空航天等。
输出EMI电磁滤波器输出端的检测电压PT8接入接地漏电保护器GFCI，GFCI分别输入至物联单元和控制保护单元，CT3(检测三相开关的电流)接入DCI(保护电路)， DCI分别输入至物联单元和控制保护单元。输出EMI电磁滤波器输入端的开关控制、及 开关前后的检测电压PT6、PT7分别接入物联单元和控制保护单元。
限制电压均压MPPT最大功率跟踪控制，如图6所示；第一升压电路(或第一降压 升压电路)的起始端电压PT1、第二升压电路(或第二降压升压电路)的起始端检测电 压PT3均输入至光伏绝缘箱，光伏绝缘箱的输出电压和靠近IGBT管的检测电压PT2、 PT4输入至控制保护单元。
5级直流电容C1\C2\C3\C4检测的四个母线电压VC1、VC2、VC3、VC4与光伏电池组的 直流总电压的1/4值，进行比较，作为价值函数计算的第一组输入条件。
太阳能光伏电池输出的电压VPV和电流IPV输入最大功率跟踪太阳能控制器(MPPT算 法)，结合直流母线电压变化范围Vg确定光伏电池组的直流总电压输出的最大功率可变范围，得到最大电压限制和最小电压限制，从而根据电网状态动态调整，电压从 430V～1650VDC(耐压1750V)，最大程度将光伏电池组的电能转换。通过实际检测光 伏电池组输出电压VPV和电流IPV，对光伏电池组的参考电压VPVref和参考电流IPVref进行 跟踪，稳态精度大于99.9％，跟踪速度快，10％负载到额定负载跟踪时间有5秒提高到 2.65秒。
实施例2，
二极管钳位多电平双级拓扑电路的驱动控制方法，具体为：
S1，空间矢量调制；将多电平逆变器的三相控制六边菱形矢量分解，等分为6个逆时针旋转的扇区，6个扇区对应6个等边三角型矢量图，以000状态矢量为旋转圆点，将 等边三角型矢量图等分，等分线设为矢量参考电压V3，紧邻矢量参考电压V3的设为起始 矢量参考电压V2和终点矢量参考电压V1；紧邻起始矢量参考电压V2的临边为原边电压矢 量；紧邻终点矢量参考电压V1的临边为终边电压矢量；给出每个扇区中四组重复矢量开 关的组合状态、有效状态，以及四组重复矢量开关的驱动电流；
S2，运行价值函数，通过价值函数选择每个扇区的重复向量中满足最小化价值函数 的四组重复矢量开关组合状态，价值函数见式(1)：
其中，Vcj代表电容C1、C2、C3、C4的实际直流电压；Vcd表示电容C1、C2、C3、 C4的最小平衡电压，等于Vdc/4；Vdc表示光伏电池组的直流总电压。
k表示增益系数，实施例中取值为3，d代表占空比；j代表SVM重复矢量开关，以 扇区1为例，即000、320、310、420对应的重复矢量开关；x＝j+1，x表示重复矢量开关 的编号，ix表示对应扇区中重复矢量开关的电流，d1、d2、d3分别表示对应扇区中矢量参 考电压V1、V2、V3的占空比；如表1所示，V4表示重复矢量开关
的参考电压，d4表示 重复矢量开关
的占空比，V0表示重复矢量开关
的参考电压，d0表示重复矢量开关
的占空比，重复矢量开关
为圆点，虚拟化，无电流电压，使得重复的开关最少， 提高控制效率。
最小化价值函数的四组重复矢量开关组合的矢量参考电压合成得到参考电压Vref，同 时，参考电压Vref在太阳能光伏电池最大功率跟踪控制输出的最大、最小电压限制之间。
S3，通过TLS-ESPRIT搜索频率方法，根据式(8)得到满足最小化价值函数的四组开关的搜索信号的频率参数
其中，λk表示特征值，angle表示将特征值作为虚数对其进行求角度。
如图8、表1所示，本发明实施例SVM中多电平逆变器的独立的结构相同的A相、 B相、C相三相控制六边菱形矢量发波原理为：将多电平逆变器的三相控制六边菱形矢 量分解，六边菱形矢量已给出61个开关矢量的状态；六边菱形矢量等分为6个逆时针旋 转的扇区。
扇区1：电压重复矢量有效状态：420，320，431，421，310；空间矢量：30°
四组开关组合状态：420，320，431；320，431，421；431，421，310；431，421，420；
四组开关组合矢量对应驱动平均电流：i420V1d1+i320V2d2+i431V3d3+i0V0d0； i320V1d1+i431V2d2+i421V3d3+i0V0d0；i431V1d1+i421V2d2+i310V3d3+i0V0d0； i431V1d1+i421V2d2+i310V3d3+i0V0d0；
四组开关的搜索信号的频率参数：
四组开关的搜索信号参数：
扇区2：电压重复矢量有效状态：230，341，240，130，351；空间矢量：90°；
四组开关组合状态：230，341，240；341，240，130；240，130，351；230，130，351；
四组开关组合矢量驱动平均电流：i230V1d1+i341V2d2+i240V3d3+i0V0d0； i341V1d1+i240V2d2+i130V3d3+i0V0d0；i240V1d1+i130V2d2+i351V3d3+i0V0d0； i230V1d1+i130V2d2+i351V3d3+i0V0d0。
四组开关的搜索信号的频率参数：
四组开关的搜索信号参数：
扇区3：电压重复矢量有效状态：031，052，043，062，032；空间矢量：150°；
开关组合状态：031，052，043；052，043，062；043，062，032；031，062，032；
四组开关组合矢量驱动平均电流：i031V1d1+i052V2d2+i043V3d3+i0V0d0； i052V1d1+i043V2d2+i062V3d3+i0V0d0；i043V1d1+i062V2d2+i032V3d3+i0V0d0； i031V1d1+i062V2d2+i032V3d3+i0V0d0；
四组开关的搜索信号的频率参数：
四组开关的搜索信号参数：
扇区4：电压重复矢量有效状态：045，023，024，013，035；空间矢量：210°；
开关组合状态：045，023，024；023，024，013；024，013，035；045，013，035；
四组开关组合矢量驱动平均电流：i045V1d1+i023V2d2+i024V3d3+i0V0d0； i023V1d1+i024V2d2+i013V3d3+i0V0d0；i024V1d1+i013V2d2+i035V3d3+i0V0d0； i045V1d1+i013V2d2+i035V3d3+i0V0d0；
四组开关的搜索信号的频率参数：
四组开关的搜索信号参数：
扇区5：电压重复矢量有效状态：103，115，204，203，215；空间矢量：270°；
开关组合状态：103，115，204；115，204，203；204，203，215；103，203，215；
四组开关组合矢量驱动平均电流：i103V1d1+i115V2d2+i204V3d3+i0V0d0； i115V1d1+i204V2d2+i203V3d3+i0V0d0；i204V1d1+i203V2d2+i215V3d3+i0V0d0； i103，V1d1+i203V2d2+i215V3d3+iaV0d0；
四组开关的搜索信号的频率参数：
四组开关的搜索信号参数：
扇区6：电压重复矢量有效状态：414，302，402，413，301；空间矢量：330°；
开关组合状态：414，302，402；302，402，413；402，413，301；414，413，301；
四组开关组合矢量驱动平均电流：i414V1d1+i302V2d2+i402V3d3+i0V0d0； i302V1d1+i402V2d2+i413V3d3+i0V0d0；i402V1d1+i413V2d2+i301V3d3+i0V0d0； i414，V1d1+i413V2d2+i301V3d3+i0V0d0；对应于驱动电流ia1-4，驱动电流ib1-4，驱动电 流ic1-4。
四组开关的搜索信号的频率参数：
其中，λk表示矩阵的特征值，angle表示将特征值作为虚数对其进行求角度。
四组开关的搜索信号参数：
其中，x(n)表示四组重复矢量开关的实信号，p表示四组重复矢量开关的实信号的频 率成分数，αk表示第k次谐波和间谐波分量的幅值，ωk表示k次谐波和间谐波分量的频率，
表示第k次谐波和间谐波分量的相位，n表示四组重复矢量开关的信号采样点， ω(n)表示对应组重复矢量开关的噪声分量。
基于TLS-ESPRIT求解四组开关的搜索信号的频率，经欧拉变换将公式(9)变换为采样复信号：
其中，αk表示采样复信号的第k次谐波分量的幅值，α′k表示采样复信号的第k次间谐波分量的幅值，ωk为采样复信号的第k次谐波分量的角频率，ω′k表示采样复信号的第 k次间谐波分量的角频率，
表示第k次谐波分量的初相角；
表示第k次间谐波分量 的初相角；
当1≤k≤p时，
ω′k＝ωk,
当p<k≤2p时，
ω′k＝-ωk-p,
αk-p为四组重复矢量开关采样实信 号的第k-p次谐波和间谐波分量的幅值，ωk-p为四组重复矢量开关的采样实信号的第k-p 次谐波和间谐波分量的频率，
为四组重复矢量开关的采样实信号的第k-p次谐波和间 谐波分量的初相角；
定义一个L×1维信号量X(n)，L＞＞2p，结合公式(13)有：
X(n)＝[x(n),x(n+1),…,x(n+L-1)]T； (11)
利用公式(9)公式(10)可描述为：
X(n)＝S(n)+W(n)＝Aφnα+W(n)； (12)
其中，S(n)为第n个采样点的向量，α为间谐波幅值，A为相位，φ为旋转因子矩 阵，S(n)＝Aφnα＝[x(n),x(n+1),…,x(n+L-1)]T，Α＝[α(ω1),α(ω2),…,α(ω2p)]，
W(n)＝[W(n),W(n+1),…,W(n+L-1)]T；
去掉第一行S(n)和最后一行，利用垂直分解法分别得到互相交错的矢量S1和S2：
设S2＝S1φ，信号的频率信息完全包含在旋转因子矩阵φ中。
基于总体均方误差最小的约束，估计间谐波的频率参数，其过程如下：
(1)用采样数据构造HANKEL矩阵：
其中，M是阵元数，N为快拍数，M>L>>2p。
(2)对矩阵X进行奇异值分解：
公式(15)中，Ls表示最大奇异值对应的左奇异矢量矩阵，Ln表示最大小奇异值对应的左奇异矢量矩阵；L为左奇异矢量矩阵，UH为右奇异矢量矩阵，∑为降序排列奇异 值对角矩阵，
为2P个最大奇异值对应的右奇异值矢量矩阵，∑s是
的张成信号子 空间；
为L-2P个最小奇异值对应的右奇异值矢量矩阵，∑n是
的张成噪声子空间；
(3)去掉
的第一行和最后一行，利用垂直分解法分别得到两个相互交错的矢量U1和U2，令U2＝ψU1，ψ表示矢量对角线，利用最小二乘思想对矩阵[U1,U2]进行奇异值 分解：
(4)将
矩阵分解成4个2P×2P的方块矩阵：
则有：
(5)对ψTLS进行特征值分解，得到特征值λk，由此估计出的SVM发波频率参数
为：
S4，通过正交二阶广义积分搜索估计锁相方法提取单相逆变单元输出的单相交流瞬 态电压vin中的谐振频率ω的分量，平衡三个单相逆变/整流单元的电压；将频率参数
与谐振频率ω的分量比较，如果
以ω作为SVM发波驱动控制器发波的频率f， 如果
以
作为驱动控制器SVM发波的频率f。
表1光储充放基空间矢量的开关组合状态驱动电流
本发明实施例将5级直流逆变器分割成相同独立结构的A相、B相、C相的单相逆 变单元，三相系统中存在电压不平衡，通过正交二阶广义积分搜索估计锁相法克服该问 题。单相逆变单元同时具有逆变和整流的功能，即单相逆变/整流单元。
如图7所示，单相逆变单元输出的单相交流瞬态电压vin，输入正交信号发生器，产生两个互相垂直的分量va和vβ，将va与SVM矢量搜索得到的电压比较，选择价值函数最 小化的矢量开关组合对应的电压作为价值估计电压(包括相位与幅值)，能量最小。
vq为无功电压，是价值估计电压的正交分量，vq与va成90°；单相交流瞬态电压vin到va的传递函数Gd(s)，见式(2)：
式中，ω表示谐振频率，s表示拉普拉氏变换算子，k表示增益系数。
单相交流瞬态电压vin到vβ的传递函数Gβ(s)，见式(3)：
当0≤k≤2时，Gd(s)和Gβ(s)为谐振滤波器，用于提取单相交流瞬态电压vin中的谐振频率ω的分量。将频率参数
与谐振频率ω的分量比较，如果
以ω作为SVM 发波驱动控制器发波的频率f，如果
以
作为驱动控制器SVM发波的频率f， 消除了二阶广义积分型锁相环对频率变化的敏感造成频率偏差；当s＝j*ω，s表示拉普拉 氏变换算子，此处的j表示虚拟转动惯量，Gd＝1，Gq＝-j，则va＝vin，按照公式(4) 计算vq、vd：
Vαβ表示静止坐标的输入电压，αβ表示静止坐标系，dq表示同步旋转坐标系，vq、vd表示经同步旋转坐标系转换的两个直流分量，vq表示无功电压，vd表示有功电压，vq与vin有相同的幅值，相角有90°的滞后，当频率偏离谐振频率ω，|Gd|和|Gq|相应减少，减少 的速度与锁相环的增益K有关；因此，当基波分量顺利通过正交信号发生器，小的增益 K带来更好的选择性和对其它频率分量的抑制，使得SVM矢量搜索到等于ω的频率f快 速稳定得到，极短时间进入稳态时段；且
vd通过式(5)表示：
其中，
为相角θg输入信号v与另一相角θ输出信号y相位差的低频分量，其中，
y＝sinθ，
表示可被环路滤波器滤除的高频分量，Vm表示PD(乘法器)的输入电压，t表示时 间，
表示相角θ对应的相位，ω表示相角θg对应的角频率，
表示相角θg对应的相位，ωg表示相角θg对应的角频率。
环路滤波器的输出如式(6)所示：
信号Vf与输入ωg经过加法，与PI调节后产生估计的角频率ω＝θ，积分后形成相位sinθ信号反馈到正交信号发生器，构成回路，从而能够选择合适的频率分量。
VCO(压控振荡器)的输出频率
返回同步旋转坐标系qd，且使vq＝0稳态时，LF(环路滤波器)的输出电压Vf＝0，且θ＝θg＝ωg＝ω，
输出信号y的相位锁定输 入信号v相位，且相差90°，输入信号的相位通过估计幅值
计算得到，然后 用E与SVM矢量搜索到的幅值比较后，得到符合价值函数最小化的对应幅值相位的平 均电流iavref、调制指数m。
本发明实施例通过最大与最小直流母线电线限制，最大功率跟踪采用最小价值函数、 最小能量，SVM搜索符合最小价值函数最小能量的相位和幅值参考电压，TLS-ESPRIT搜索符合最小价值函数最小能量的频率，替代正交二阶广义积分搜索估计锁相法计算所需的参考电压、电流，调制指数消除了现有技术的静态误差、不平衡状态下的电压和功 率的振荡和频率偏移，消除了PLL对谐波的敏感不良，消除了5级直流输出和转换输出 直流分量的微波。大大减少了现有最大功率跟踪MPPT和SVM、及PLL锁相跟踪需要 的大量数据储存和计算资源，简单的搜索替代复杂耗时长的计算，具有高宽带、快速准 确的跟踪性能、双矢量频率和最低功耗驱动电流直接驱动最小数量的开关转换逆变。
S5，以频率f替代谐振频率ω的分量，正交二阶广义积分搜索估计锁相模块的压控振 荡器的输出频率返回同步旋转坐标系qd，且使vq＝0稳态时，环路滤波器的输出电压Vf＝0， 输出信号的相位锁定输入信号相位，且相差90°，输入信号的相位通过估计幅值
计算得到，将E与满足最小化价值函数的四组重复矢量开关对应参考电压 的幅值比较，选择最小幅值对应的平均电流iavref、调制指数m；
S6，驱动芯片根据参考电压Vref、平均电流iavref、调制指数m、频率f，通过SVM 发波输出A\B\C相四组互补开关的频率fa1-4和驱动电流ia1-4，B相四组互补开关的频率 fb1-4和驱动电流ib1-4，以及C相四组互补开关频率fc1-4和驱动电流ic1-4，分别驱动独立 结构的A\B\C相逆变/整流单元，四组互补开关为(SA1，S'A1)、(SA2，S'A2)、(SA3，S'A3)、 (SA4，S'A4)，每组互补开关中一个开通、另一个关断。
不同的重复矢量按图8组合的平均中点电流带入价值函数的切换状态，多电平逆变 器的三相控制六边菱形矢量按图8分解的6个扇区，按逆时针顺序排列，选择每个扇区的重复向量中电压矢量有效状态组合成四组开关组合状态排列，选择最小化价值函数的切换开关组合状态，符合TLS-ESPRIT估计信号的频率参数，估计信号参数、开关组合 矢量驱动平均电流，输出参考电压Vref、频率f、平均电流iavref与调制指数m(m＝0.5512/ 功率因数，一般取0.3～1)，及多电平逆变输出侧三相电压Va、Vb、Vc锁相PLL算法。
通过SVM发波输出A相四组开关的频率fa1-4和驱动电流ia1-4，B相四组开关的频 率fb1-4和驱动电流ib1-4，以及C相四组开关频率fc1-4和驱动电流ic1-4，分别驱动独立结 构的A相、B相、C相的单相逆变单元的四组互补开关(SA1，S′A1)、(SA2，S'A2)、 (SA3，S'A3)、(SA4，Ｓ'A4），当互补开关中一个开通、另一个关断，使得在同一个开关周 期中，发生最小数量的开关转换。
智能电表算法模块输出平均电流iaver、频率f、参考电压Vref至电表，计算电能所有参数；智能电表的算法模块另一路输入驱动芯片(SID1152)，控制SVM发波。
实施例3，
二极管钳位多电平双级拓扑电路的驱动控制器为SVM发波驱动控制器，内部运行价 值函数、TLS-ESPRIT搜索频率、空间矢量调制(SVM)。
空间矢量调制；将多电平逆变器的三相控制六边菱形矢量分解，等分为6个逆时针旋转的扇区，6个扇区对应6个等边三角型矢量图，以000状态矢量为旋转圆点，将等边 三角型矢量图等分，等分线设为矢量参考电压V3，紧邻矢量参考电压V3的设为起始矢量 参考电压V2和终点矢量参考电压V1；紧邻起始矢量参考电压V2的临边为原边电压矢量； 紧邻终点矢量参考电压V1的临边为终边电压矢量；给出每个扇区中四组重复矢量开关的 组合状态、有效状态，以及四组重复矢量开关的驱动电流；
价值函数模块，用于通过价值函数选择每个扇区的重复向量中满足最小化价值函数 的四组重复矢量开关组合状态；所述最小化价值函数的四组重复矢量开关组合的矢量参 考电压合成得到参考电压Vref，同时，参考电压Vref在太阳能光伏电池最大功率跟踪控制输出的最大、最小电压限制之间；
TLS-ESPRIT搜索频率模块，用于通过TLS-ESPRIT方法，得到满足最小化价值函数的四组开关的搜索信号的频率参数
正交二阶广义积分搜索估计锁相模块，用于提取单相逆变单元输出的单相交流瞬态 电压vin中的谐振频率ω的分量，平衡三个单相逆变/整流单元的电压；将频率参数
与谐 振频率ω的分量比较，如果
以ω作为SVM发波驱动控制器发波的频率f，如果
以
作为驱动控制器SVM发波的频率f；
以频率f替代谐振频率ω的分量，正交二阶广义积分搜索估计锁相模块的压控振荡器 的输出频率返回同步旋转坐标系qd，且使vq＝0稳态时，环路滤波器的输出电压Vf＝0，输 出信号的相位锁定输入信号相位，且相差90°，输入信号的相位通过估计幅值
计算得到，将E与满足最小化价值函数的四组重复矢量开关对应参考电压 的幅值比较，选择最小幅值对应的平均电流iavref、调制指数m；
驱动芯片，用于根据参考电压Vref、平均电流iavref、调制指数m、频率f，通过SVM 发波输出A\B\C相四组互补开关的频率fa1-4和驱动电流ia1-4，B相四组互补开关的频率 fb1-4和驱动电流ib1-4，以及C相四组互补开关频率fc1-4和驱动电流ic1-4，分别驱动独立 结构的A\B\C相逆变/整流单元，四组互补开关为(SA1，S'A1)、(SA2，S'A2)、(SA3，S'A3)、 (SA4，S'A4)，每组互补开关中一个开通、另一个关断。
极管钳位多电平拓扑电路的输出电压电平开关状态如表2所示。该电路直流侧有四 个电容，输出的相电压为多电平，线电压为九电平。对于N电平电路，直流侧需要N-1 个电容，能输出N电平的相电压和(2N-1)电平的线电压。
表2二极管箝位型五电平逆变器的输出电压电平与开关状态
表2中8个开关对应图3中的四组互补开关(SA1，S′A1)、(SA2，S′A2)、(SA3，S′A3)、 (SA4，S′A4)。其中，1代表导通，0表示关断。但是，二极管钳位型多电平逆变器具有如 下缺点：(1)功率开关被钳位在Ui/(N-1)电压上，二极管电压应力不均匀，即有不同倍 数的Ui/(N-1)反向耐压，若要使二极管的反向耐压与功率开关相同，则每相桥臂需要 (N-1)×(N-2)个二极管串联。(2)当逆变器只传输无功率时，半个周期内相同的充 电和放电平衡了电容电压，当逆变器传输有功功率时，由于各个电容的充电时间不同， 将形成不平衡的电容电压。对于二极管电压应力不均匀显现，若按照最大值选取则造成 浪费，如果多管串联又会产生均压问题。本发明实施例的二极管自钳位电路，可将钳位 二极管串联均压问题。
如图2、图9、图10所示，按二极管钳位多电平拓扑电路图原理，直流母线电压 Vdc被串联在直流母线的电容C1、电容C2、电容C3、电容C4四等分，每个电容上分 得1/4倍的Vdc电压，通过二极管钳位，每一个功率开关承受一个电容上的电压为1/4 电压Vdc，则对一个单臂桥M电平的二极管钳位逆变器，每个功率开关仅承受Vdc/(M-1)； M＝5。
对于二极管钳位多电平逆变器，以A相为例，图3中的5个电容串联的中点G为输 出电压的参考点，A相有四对互补的开关器件，即：(SA1，S′A1)、(SA2，S′A2)、(SA3，S′A3)、 (SA4，S′A4)；每对互补的开关器件为一个开通另一个关断；
因此，中位电压VaG＝Vdc/2时，需开通开关VTa1、VTa2，Vta3、Vta4；
当VaG＝Vdc/4时，需开通VTa2、VTa3、VTa4、VT’a1；
当VaG＝0时，需开通VTa3、VTa4、VT’a1；VT’a2；
当VaG＝-Vdc/2时，需开通VT’a1；、VT’a2、VT’a3、VT’a4；
当VaG＝-Vdc/4时，需开通VTa4、VT’a2；、VT’a2；、VT’a3；其原理波型图见图9所 示。VTa1、VTa2、Vta3、Vta4、VT’a1、VT’a2、VT’a3、VT’a4与开关SA1、SA2、SA3、SA4、S′A1、S′A2、 S′A4、S′A3对应。
如表2，二极管自钳位电路结构与二极管串联钳位有相同的功率开关数和控制方法， 只是二极管的位置不同。N＝5个电平的逆变器需要四个载波信号，相电压的离散值为：VaG＝Vdc/2时，VaG＝Vdc/4时，VaG＝-Vdc/2时，VaG＝-Vdc/4时多电平逆变器的缺陷之 一是直流环节电容器不能由单个直流电压源供电。这是由于直流母线上逆变器所需的电 流不是对称的，而且电容器不均匀分担直流电压源。例如，五电平逆变器需次侧为三角 形-星行的变压器符合这一要求，另外除多电平兆瓦箱智能空间矢量调制(SVPWM)满足要 求外，由于消除了电源电流5和7次谐波，因而将提高逆变器的性能。
阶梯波调制是参考电压和输出电压波形，如图10所示，输出电压调节依靠直流母线 电压或移相角。在阶梯波调制中，可以通过选择每一电平持续时间的长短来实现低谐波抑制和消除。
实施例4，
基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光伏储能系统的工作方法，如图12所示， 基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光伏储能系统工作模式和过程：
基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光伏储能系统潮流方向控制的方式有六中 工作模式，图12中(a、b、c、d)展示了前四种模式；系统通过控制电压、电流传感器 得到各个子模块的运行数据，包括电压、电流、频率、电池运行情况、有功功率和无功 等计算数据参数。随后对系统运行状态判断，如果系统运行正常则根据电池系统情况和 太阳能系统出力情况来确定功率潮流在系统内部的走向，然后将指令下发到多象限变流 器、储能单元限波器和UPS逆变器来实现对潮流走向的控制。如果系统出现故障则优先 保证重要负载的电力供应，并进行声光APP报警提醒操作人员采取措施。潮流方向控制 是指根据不同的系统工作条件控制系统功率流动方向，通过储能系统起到调节作用，保 证系统稳定运行的前提下提高系统的经济性和可靠性。
工作模式一：
开关S1、S2、S3均闭合，即多象限变流器、储能单元限波器、UPS逆变器均投入运行。多象限变流器运行在逆变模式下，将太阳能光伏板输出的电能输送给电网，为一般 负载供电。储能系统(直流电能储能电池组和储能单元限波器)运行在充/放电模式下， 在下午4点前的时段内储能系统(直流电能储能电池组和储能单元限波器)工作在充电 模式下，主要用于储存太阳能光伏板(发电系统)出力大于负载所需的能量。
在下午4点以后，当负载所需的能量大于发电系统(太阳能光伏板)的出力时，储能系统(储能单元限波器优先工作)释放能量满足主要和一般负载需求。UPS逆变器处 于同步工作状态；当储能单元限波器放电到20％时或检修更换对应的电池储能电池组时， 通过直流电能储能电池组为重要负载和一般负载提供可靠的电力供应。储能单元限波器 优先充电时，图5a的升压电路配合快速升压，储能单元限波器快速充电达到SOC满量 要求后，多位电子开关自动将图5a的升压电路关闭，切换到图5b的升降压电路，配合 直流电能储能电池组同步升压充电，以及放电时的同步降压。在储能单元限波器开始放 电时，关闭图5a的升压电路，切换到图5b的升降压电路，配合储能单元限波器放电时 同步降压。
当太阳能光伏板出力大于负载，且直流电能储能电池组和储能单元限波器充满电后， 由太阳能光伏板为主要负载和一般负载供电。
工作模式二：
太阳光照好的情况下，开关S1、S3均闭合，S2断开，即多象限变流器和UPS逆变 器投入运行，储能系统(储能单元限波器和直流电能储能电池组)不工作。太阳能光伏 板出力在满足UPS逆变器对重要负载需求的前提下全部馈送到电网上，不经过储能系统 (储能单元限波器和直流电能储能电池组)储存，提高了系统运行效率。此外，当需要 对直流电能储能电池组进行校准或者更换时，切换到此模式。多象限变流器在这种模式 下，主要任务是根据太阳能光伏板的端电压决定馈送功率的大小，同时优先保证直流母 线工作在安全区域内，配合太阳能光伏板共同保证UPS逆变器的能量供应。
工作模式三：
夜晚(阴雨天)且储能系统(储能单元限波器和直流电能储能电池组)剩余能量较高的情况下，开关S2、S3均闭合，S1断开，即储能系统(储能单元限波器和直流电能 储能电池组)和UPS逆变器投入运行，多象限变流器停止运行。此时系统呈现独立运行 的特点，与电网没有物理连接，依靠储能系统(储能单元限波器和直流电能储能电池组) 的剩余电量维持UPS逆变器工作，为重要负载供电。
工作模式四：
夜晚(阴雨天)且储能系统剩余能量较低的情况下，开关S1、S2均闭合，S3断开， 即储能系统(储能单元限波器和直流电能储能电池组)和多象限变流器投入运行，UPS 逆变器停止运行(主要负载由备用电池供电，图中未表达)。此时系统呈现独立运行的 特点，多象限变流器经过多级降压电路降压，使5级直流(5级M2直流、单相逆变单元) 与电网同频等压后，电网反向通过多象限变流器向储能系统(直流电能储能电池组和储 能单元限波器，前者优先)充分充电后，电网同时给一般负载供电。
S3闭合，电网反向通过UPS逆变器向主要负载和备用电池充电，当备用电池充满后， 如果低压分布式光储柔性电能(双碳)评价管控系统预测为阴天转晴天，关闭电网反向供电，直流电能储能电池组和储能单元限波器充满的电向主要负载和一般负载供电(直 流电能储能电池组优先)，当直流电能储能电池组和储能单元限波器的电量余量达到50％，直流电能储能电池组和储能单元限波器停止向主要负载和主要负载供电，切换到电网供电；同时电网向直流电能储能电池组和储能单元限波器充电，其中直流电能储能电池组 优先；当电网向直流电能储能电池组和储能单元限波器充满电，电网断电，转到工作模 式一。
如果电网出现意外断电时，启动与一般负载接入电网的发电机(图中未表达)替代电网的功能。
当电网检修更换工装时正常断电时，饱和电量的储能系统(直流电能储能电池组)经整流逆变器为电网放电应急，储能单元限波器为主要负载供电，充电桩通过能源路由器、漏电保护开关、智能电表2、电网向一般负载供电。
工作模式五：太阳能光伏板出力在满足UPS逆变器对重要负载需求的前提下全部馈 送到电网前，首先通过多象限变流器输出通过三相开关、EMI、第一漏电保护开关、三 项智能电表三正向功用电量、反向功买电量计量后，经过第二漏电保护开关输入能源路 由器，输入能源路由器一路输入建筑用户(家庭用户和商业用电户)用电；另一路输入 储能变压储能和充电桩充电，充电桩主要为电动车和电网断电时的一般负紧急供电。
工作模式六：夜晚(阴雨天)由储能变压为建筑用户供电，当储能变压系统剩余能量较低的情况下时，此时系统呈现独立运行的特点，储能变压系统经过多级降压电路降压，使储能变压系统与电网同频等压后，电网反向通过储能变压系统充分充电后，电网 同时给建筑用户和充电桩供电；当储能变压系统充满后，如果低压分布式光储柔性电能 (双碳)评价管控系统预测为阴天转晴天，关闭电网反向供电，储能变压系统的电向主 要充电桩和主要建筑用户供电；当储能变压系统供电的电量余量达到50％，储能变压系 统停止向主要电动车和建筑用户供电，切换电网供电和重复前面的程序，电网向储能变 压系统充电的模式。当电网向储能变压系统和充电桩充满电，电网断电，转到工作模式 五。当电网出现意外断电时，启动与一般负载接入电网的发电机(图中未表达)替代电 网的功能。
上述直流电能储能电池组即图11所示电路；本发明实施例通过智能物联协调分配控 制系统调度基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光伏储能系统能够在以上6种模式 至工作，实现了柔性物联，永不断电。
图13a为仅太阳能光伏发电系统(选80KW·h模拟)，图13b为模拟光储系统对于 降低原有系统对电力容量的需求。图中实线是光伏发电系统出力曲线，虚线是系统负荷 曲线，米点线是系统最终的电力需求功率曲线。从图13a可知，单一太阳能光伏发电系 统只能降低约20KW，即20％装机容量的电网容量需求。图13b显示，储能系统在竖线 部分储存发电系统多余能量，在横线部分根据储能系统的剩余电量和发电量预测结果决 定释放功率的水平，结果显示具备储能的混合系统可以降低近50KW，即50％装机容量 的电网需求，结果表明储能系统在不增加光伏装机容量的情况下，在降低电网需求方面 可以提升250％左右的系统效能。
图14显示了在降低电力系统容量需求为目标时，需要根据太阳能发电规模选取储能 系统的容量，根据光伏系统容量和负载特性对储能容量进行优化配置，最大限度的调节发电系统和负载之间的峰谷差异，降低对电力系统容量的需求。
图15显示了系统中光伏系统规模，储能系统容量和增加的系统发电量之间的关系， 增加储能系统后明显提升系统发电量，提高系统的经济性和效率，更符合低碳高效的经 济要求。
如图16、图17、图18所示，本发明采用基于TLS-ESPRIT搜索的锁相算法在不平 衡电网中的应用前后的对比，在不平衡电网三相电波动大，不同步。
本发明的正交二阶广义积分搜索估计锁相法具有相应速度快，适应性强，精度高、三相电平衡等特点。150kW逆变器额定功率下功率因数PF大于99.9％，在50kW以上功 率，PF大于0.95；150kW以上，PF大于0.99，将太阳能电池板发出的能量尽可能多的 馈入电网。
本发明实施例按以下条件仿真：
直流母线电压220V，直流母线电容器Cj，j＝1,2,3,4；容差：2200μF±20％，ESR＝100mΩ；采样频率f＝2.5赫兹；负载电流幅值
安；频率：50赫兹；得出图18 中的各种负载功率因数角度和功率因数下的5级直流逆变电压平衡稳定区域在实线内(例 如B点和C点)，为稳定点；例如当调制指数m降低到0.6时，5级直流逆变工作点为 图18中的“B”，这是一个稳定点，控制算法将提供直流母线电容器两端的平衡电压。根 据表1-1保持平衡的电容器电压控制算法提供直流电容器两端的平衡电压，当逆变转换 高于实线外时(例如A点)为不平衡不稳定点，当负载假设为线性且平衡时，功率因数 PF＝0.9，调制指数m＝0.7，图18中相应的M2DCI工作点“A”无法提供平衡的电容器 电压。
图18显示了在m＝0.9下运行的本发明方案的性能，即点“C”在各种负载变化下。在0.5s之前，逆变器连接到幅度为1.4A的平衡线性负载。虽然在0.5s时负载发生变 化，但由于负载电流大幅增加，电容器电压保持稳定并平衡，电压纹波增加振幅。由于 负载变化，电容器电压相对于其标称值的瞬态变化分别为1.6％、3％和2.8％，如图19 的(a-c)所示。
上部：直流母线电容器电压VCJ为
下部：电流iA
a平衡线性负载从1.4A突然变化到2.3A，b线性负载突然从平衡变为不平衡，c 平衡负载突然从线性变为非线性。
如图20所示，所述5级直流均压两(单)象截波光储充放低频充放电电池组直流母线电压10秒内模拟曲线，0-2.3s，低频电池端电压1320V下降到1280A；2.3-5.0s，低频 电池端电压1280V上升到1330V；5.2-7.2s低频电池端电压从1330V回落到1270V； 7.2-10.0s，低频电池端电压1270V上升到1330V。
如图21所示，所述5级直流均压两(单)象截波光储充放高频充放电电池组直流母线电压10秒内模拟曲线，0-3.0s，高频电池端电压1320V下降到1290A；3.0-8.3s，高频 电池端电压1290V上升到1420V；8.3-10.2s高频电池端电压从1420V回落到1370V。
如图22所示，所述5级直流均压两(单)象截波光储充放低频充放电电池组电功率10秒内模拟曲线，0-4.2s，低频充放电功率0上升到1.9x104W；4.2-5.7s，低频充放电功 率1.9x104下降到1.5x104；5.7-6.3s低频充放电功率1.5x104上升到1.7x104；6.3-8.3s， 低频充放电功率1.5x104下降到-0.5x104；6.3-8.3s，低频充放电功率-0.5x104上升到 -0.09x104，实现了升压2倍。
如图23所示，所述5级直流均压两(单)象截波光储充放高频充放电电池组电功率10秒内模拟曲线，0-1.0s，高频充放电功率-0.2x104上升到1.2x104W；1.0-2.7s，高频充 放电功率1.1x104下降到-0.8x104；2.7-3.0s低频充放电功率-0.8x104上升到2.0x104； 3.0-8.3s，低频充放电功率2.0x104下降到-1x104；8.3-10s，低频充放电功率-1x104上升到1.8x104。
如图24所示，本发明5级直流均压两(单)象截波光储充放储能系统，分5个区间，Dm为储能系统的充放电系数，设动最小值(Qsoc-min)为0.09；较低值(Qsoc-low)为0.19； 较高值(Qsoc-HIGH)为0.8和最大值(Qsoc-max)为0.9，以上为参考值，为防止SOC越 限，采用分段函数来设置充放曲线实现平滑出力：
根据以上5级直流均压两(单)象截波光储充放储能系统5个区间平滑出力仿真验证，系统有功功率P＝1.5MW，无功功率Q＝0Var，频率＝50HZ；基于物联感知双碳评价 型大型分布式柔性光伏储能系统对智能电网实现的调频、调峰功能仿真模拟验证；
(1)系统在2s-2.5s内。分别调频跌落0.2-0.3HZ，系统分别向智能电网增加0.4MW、0.6MW，无功功率微小增加，后回落到0；调频上升0.2HZ，系统向智能电网减少0.4MW 有功出力在0.25秒内完成；无功功率为0维持不变；
(2)系统在不同的有功和无功状态，电网频率跌落0.2HZ-0.25s经储能系统2s-2.5s 内调频，均能为电网提供有功支持；无功功率为0维持不变；
(3)系统在不同的充放电状态下储能系统，电网频率跌落0.2HZ-0.25s经储能系统2s-2.5s内调频，均能为电网提供有功支持；无功功率维持可接受范围；
(4)系统在不同的短路比(SCR＝3或8)状态下储能系统，电网频率跌落0.2HZ-0.25s 经储能系统2s-2.5s内调频，均能为电网提供有功支持；无功功率维持可接受范围；
(5)在不同的储能电池初始状态(SOC＝0.3或0.8存在放电余量)状态下储能系统，电网频率跌落0.2HZ-0.25s经储能系统2s-2.5s内调频，均能为电网提供0.4MW有功支持。降低电网跌落程度。无功功率维持可接受范围；
(6)系统在2s-2.5s内。系统初始P＝1MW,0.5WM；接到调峰命令，在不同的有功 和无功状态，不同的充放电状态下储能系统、在不同的短路比(SCR＝3或8)状态下储 能系统、在不同的储能电池初始状态(SOC＝0.3或0.8存在放电余量)状态下储能系统， 分别向智能电网增加从在2.5S(0.5S)完成调峰功率P＝2MW的调峰并维持系统2MW(从 1MW到2.0有功出力在0.5秒内完成)，无功功率为维持不变；可实现调峰峰谷产率超 过45％，实现削峰填谷、平抑峰谷电价价差(4.5:1的比例)。配置储能，可以平滑输出、 满足涉网技术要求；电网侧储能，可以作为电源支撑，提供调峰等功能保障；工商业用 户，可以低储高发，降低用电成本；普通用户，提高供电可靠性，但在电网供电可靠的 情况下，需求就不迫切了。
对智能电网实现的调压和紧急功率支持的功能如下：
(1)5级直流均压(正负电平)多象截波光储充放系统在2s处分别发生智能电网电压跌落10％。15％，上升10％。无功功率分别从0增加0.4Mvar，0.5Mvar、-0.3Mvar 向智能电网提供无功功率支撑，有功功率微小增加，后回落到2WM；系统向智能电网增 加0.5MW有功出力在0.1秒内完成。
(2)系统在不同的有功和无功状态，P＝-2.0MW,Q＝0var；P＝-1.5MW,Q＝0var；P＝-1.5 MW,Q＝0.2Mvar；仿真得到电网频率跌落10％，经储能系统0.1内调压，均能为智能电网 提供无功支持0.3Mvar、0.1Mvar。有功功率微小增加，后回落到2WM；
(3)系统在不同的充放电状态下储能系统，系统初始电压＝10KV,有功功P＝2MW,无功功率Q＝0Var，频率＝50HZ；当系统运行到2s时电网频率跌落10％，上升10％；经 储能系统0.2S、0.1S内调压，均为电网提供无功0.3Mvar、-0.2Mvar支持。有功功率维 持可接受范围；
(4)系统在不同的短路比(SCR＝3或8)状态下储能系统，系统初始电压＝10KV, 有功功P＝2MW,无功功率Q＝0Var，频率＝50HZ；当系统运行到2s时电网频率跌落10％， 经储能系统0.2S、0.1S内调压，均为电网提供无功支持。有功功率维持可接受范围；
(5)在不同的储能电池初始状态(SOC＝0.3或0.8存在放电余量)状态下储能系统，系统初始电压＝10KV,有功功P＝2MW,无功功率Q＝0Var，频率＝50HZ；当系统运行到2s 时电网频率跌落10％，经储能系统0.1S内调压，均为电网提供无功支持。有功功率维持 可接受范围。
(6)在不同的储能电池初始状态(SOC＝0.3或0.8存在放电余量)状态下储能系统，系统初始电压＝10KV，有功功P＝-2MW,无功功率Q＝0Var，频率＝50HZ；接到紧急功率支 撑命令，调整为满放状态：P＝2MW，不同的充放电状态下储能系统、在不同的短路比 (SCR＝3或8)状态下储能系统、在不同的储能电池初始状态(SOC＝0.3或0.8存在放电 余量)状态下储能系统，在0.5秒内完成分别向智能电网增加从-2MW到2.5MW有功出 力；，无功功率为维持不变；可实现调峰峰谷产率超过40％，实现削峰填谷、平抑峰谷 电价价差(4.0:1的比例)。配置储能，可以平滑输出、满足涉网技术要求；电网侧储能， 可以作为电源支撑，提供调峰等功能保障；工商业用户，可以低储高发，降低用电成本； 普通用户，提高供电可靠性，但在电网供电可靠的情况下，需求就不迫切了。
如图25所示，持续放电工况下，初始值20％，不考虑SOC变化的主动支撑控制在60s，储能系统SOC达到下限值10％，本发明实施例采用计及SOC自同步控制，效果较 佳，提高了3.2％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本 发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (13)
1.一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统，其特征在于，包括
物联感知协调感知分配系统，用于分别通过整流控制系统控制多象限变流器，通过限波器控制系统控制储能单元限波器，通过逆变器控制系统控制UPS逆变器；
太阳能光伏板，所述太阳能光伏板的输出端通过开关分别与所述多象限变流器、储能单元限波器、UPS逆变器连接；
电网，所述电网通过两个开关分别与所述多象限变流器、普通负载连接；
其中，所述UPS逆变器与重要负载连接；
所述多象限变流器和UPS逆变器均采用二极管钳位多电平双级拓扑电路，多组太阳能光伏电池阵列通过多路直流控制开关连接输入电磁滤波器的输入端，输入电磁滤波器的输出端连接两种兼容电路，两种兼容电路为：UPS逆变器接入升压多级直流电路和直通直流电路；多象限变流器接入降压升压多级直流电路和直通直流电路。
2.根据权利要求1所述一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统，其特征在于，每组所述太阳能光伏电池对应一路升压电路；
第一升压电路：输入电磁滤波器的输出端正极通过开关SW3与第一电感的一端连接，第一电感上设有电流传感器CT1，输入电磁滤波器的输出端负极与IGBT管T1的E极连接，并接地；IGBT管T1的C极与第一电感另一端、升压二极管D3输入端连接；输入电磁滤波器的输出正极连接第四直流路，升压二极管D3的输出端与第四直流路连接，升压二极管D3接于第四直流路的接点与输入电磁滤波器输出正极之间的第四直流路上连接有开关SW1；
其它组太阳能光伏电池的升压电路中对应的升压二极管输出端与第一升压电路的升压二极管D3的输出端汇合，最末升压电路的IGBT管的E极通过开关SW2接地；其余结构与第一升压电路相同；
第一升压电路的正极与最末升压电路的负极之间接有串联电容，最末升压电路的负极、相邻两个电容的串联结点及第一升压电路的正极分别并联多级直流母线，输出多路均流直流电流；
开关SW1接通，开关SW2、开关SW3同时断开，即构成直通直流电路；
开关SW1断开，开关SW2、开关SW3同时接通，即构成升压多级直流电路。
3.根据权利要求1所述一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统，其特征在于，每组所述太阳能光伏电池对应一路降压升压电路；
第一降压升压电路：输入电磁滤波器的输出端负极与第三电感一端连接，并接地，第三电感上设有电流传感器CT3，输入电磁滤波器的输出端正极通过开关SW3与IGBT管T3的E极连接，IGBT管T3的C极与第三电感另一端、升降压二极管D5输出端连接，输入电磁滤波器的输出正极连接第四直流路，升降压二极管D5输入端与第四直流路连接，升降压二极管D5接于第四直流路的接点与输入电磁滤波器输出正极之间的第四直流路上连接有开关SW1；
其它太阳能光伏电池组的降压升压电路中对应的降压升压二极管输出端与第一降压升压电路的降压升压二极管D3的输出端汇合，最末降压升压电路的IGBT管的E极通过开关SW2接地；其余结构与第一降压升压电路相同；
第一降压升压电路的正极与最末降压升压电路的负极之间接有串联电容，最末降压升压电路的负极、相邻两个电容的串联结点及第一降压升压电路的正极分别并联多级直流母线，输出多路均流电流；
开关SW1接通，开关SW2、开关SW3同时断开，即构成直通直流电路；
开关SW1断开，开关SW2、开关SW3同时接通，即构成降压升压多级直流电路。
4.根据权利要求2或3所述一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统，其特征在于，所述IGBT管接有Si/SiC，所述IGBT管均设有多级开关智能调压，用于根据太阳能光伏电池的故障及逆变输出功率，智能自动调压，使多级直流母线等压分布和功率均衡。
5.根据权利要求1所述一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统，其特征在于，所述二极管钳位多电平双级拓扑电路用于将多级直流母线输出的多路均流直流电流经逆变后输出A/B/C三相交流电流iA、iB、iC；或者将三相交流电流iA、iB、iC经整流后输出多路均流直流电流；
所述二极管钳位多电平双级拓扑电路包括结构相同且独立的A、B、C相逆变/整流单元，其中，A相逆变/整流单元包括外桥臂钳位开关三极管SA1、二极管DA1、S′A1、D′A1、S′A4与内桥臂钳位开关三极管SA2、二极管DA2、SA3、S′A2、D′A2、S′A3；
第一路均流直流电流分三路分别为电流i1A、电流i1B、电流i1C，第二路均流直流电流分三路分别为电流i2A、电流i2B、电流i2C，依次类推，第五路均流直流电流分三路分别为电流i5A、电流i5B、电流i5C；
电流i1A通入A相逆变/整流单元的SiCMOSFET型的三极管SA1、SA4的串联电路，电流i2A通入SiCMOSFET型的三极管SA2、SA3的串联电路，电流i4A通入SiCMOSFET型的三极管S′A2、S′A3的串联电路，电流i5A通入SiCMOSFET型的三极管S′A1、S′A4的串联电路；二极管DA1钳位于三极管SA1、SA4的串联结点，二极管D′A1反接钳位于三极管S′A1、S′A4的串联结点；二极管DA2钳位于三极管SA2、SA3的串联结点，二极管D′A2反接钳位于三极管S′A2、S′A3的串联结点；电流i3A通入二极管DA2、二极管D′A2的串联结点，三极管S′A2、SA3的串联结点与二极管DA1、二极管D′A1的串联结点连接；三极管S′A1与三极管SA4连接的中位点输出A相交流电流iA；
通过相同的电路，使得电流i1B～电流i5B输出B相交流电流iB，电流i1C～电流i5C输出C相交流电流iC。
6.根据权利要求1所述一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统，其特征在于，所述多级直流母线由直流电能储能电池组通过多级直流均压两/单象截波光储充放电路供电；所述多级直流均压两/单象截波光储充放电路，包括
直流电能储能电池组，所述直流电能储能电池组由第一级电池Cell1～第五级电池Cell5串联构成，多级直流母线的串联电容C1、C2、C3、C4连接于第一级电池Cell1正极与第五级电池Cell5负极之间，第一级电池Cell1正极通过第四直流路连接输入电磁滤波器的输出端正极；
所述电容C1、C2串联结点通过连接线Cel3与R1L1滤波器的电感端连接，R1L1滤波器的电阻端接三极管S1的发射极，三极管S1的集电极与第四直流路连接；
所述电容C3、C4串联结点通过连接线Cell与R3L3滤波器的电感端连接，R3L3滤波器的电阻端与三极管S3的发射极连接，三极管S3的集电极与三极管S2的发射极连接，三极管S2的集电极与第四直流路连接；三极管S3的发射极与二极管D33输出端连接，二极管D33输入端与第五电池Cell5负极连接；
所述电容C2、C3串联结点通过连接线Cel2与R2L2滤波器的电感端连接，R2L2滤波器的电阻端与三极管S2、三极管S2的连接结点连接，R2L2滤波器的电阻端与二极管D22输出端连接，二极管D22输入端与连接线Cel2连接。
7.根据权利要求1所述一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统，其特征在于，所述三相交流电流iA、iB、iC通过三相开关与输出EMI电磁滤波器连接，输出EMI电磁滤波器与漏电保护开关连接，漏电保护开关与工业光伏控制系统连接，工业光伏控制系统中安装有第三智能电表；第三智能电表与智能表箱中的第二智能表连接；第二相智能表与第三智能电表连接的中路接有漏电保护开关，漏电保护开关与能源路由器连接，能源路由器输出端分别与建筑用户负载、储能变压器连接，储能变压器一路输出于充电桩，另一路输出于建筑用户负载；
第二相智能表与第一智能表连接，第一智能表与低压分布式光储柔性双碳的评价管控系统连接，评价管控系统一路与能源互联交易系统连接，另一路通过空气开关与智能电网连接；
所述二极管钳位多电平双级拓扑电路的驱动控制器与智能电表算法模块连接，通过智能电表算法模块输出参考电压Vref、平均电流iavref至控制保护单元，使智能电表达到与智能电网的接入标准，多个控制保护单元通过SPI串行接口与多个TM4C129EKCPDE物联单元连接。
8.根据权利要求1所述一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统，其特征在于，还包括智能直流双向计量表，智能直流双向计量表通过多位电子开关分别与直流电能储能电池组、二极管钳位多电平双级拓扑电路的直流母线端、储能单元限波器连接；
所述智能直流双向计量表接入控制保护单元，控制保护单元通过无线通讯、载波通讯、红外通讯或RS485通讯输入至液晶显示器，用于可视化计量光伏发电量和双碳量价；控制保护单元依次通过物联单元、智能电表输入至低压分布式光储柔性电能/双碳评价管控系统，进而实现能源互联电能交易。
9.根据权利要求1所述一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统，其特征在于，所述太阳能光伏电池输出的电压VPV和电流IPV输入最大功率跟踪太阳能控制器，结合直流母线电压变化范围Vg确定光伏电池组的直流总电压输出的最大功率可变范围，得到最大电压限制和最小电压限制，根据电网状态动态调整，最大程度将光伏电池组的电能转换。
10.如权利要求1所述一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统的驱动控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
S1，空间矢量调制；将多电平逆变器的三相控制六边菱形矢量分解，等分为6个逆时针旋转的扇区，6个扇区对应6个等边三角型矢量图，以000状态矢量为旋转圆点，将等边三角型矢量图等分，等分线设为矢量参考电压V3，紧邻矢量参考电压V3的设为起始矢量参考电压V2和终点矢量参考电压V1；紧邻起始矢量参考电压V2的临边为原边电压矢量；紧邻终点矢量参考电压V1的临边为终边电压矢量；给出每个扇区中四组重复矢量开关的组合状态、有效状态，以及四组重复矢量开关的驱动电流；
S2，运行价值函数，通过价值函数选择每个扇区的重复向量中满足最小化价值函数的四组重复矢量开关组合状态，价值函数见式(1)：
其中，Vcj代表串联的多个电容的实际直流电压；Vcd表示最小平衡电压；k表示增益系数，j代表重复矢量开关，x＝j+1，x表示重复矢量开关的编号，ix表示对应扇区中重复矢量开关的电流，d1、d2、d3分别表示对应扇区中矢量参考电压V1、V2、V3的占空比，V4表示重复矢量开关
的参考电压，d4表示重复矢量开关
的占空比，V0表示重复矢量开关
的参考电压，d0表示重复矢量开关
的占空比，重复矢量开关
为圆点；
所述最小化价值函数的四组重复矢量开关组合的矢量参考电压合成得到参考电压Vref，同时，参考电压Vref在太阳能光伏电池最大功率跟踪控制输出的最大、最小电压限制之间；
S3，通过TLS-ESPRIT搜索频率方法，根据式(8)得到满足最小化价值函数的四组开关的搜索信号的频率参数
其中，λk表示特征值，angIe表示将特征值作为虚数对其进行求角度；
S4，通过正交二阶广义积分搜索估计锁相方法提取单相逆变单元输出的单相交流瞬态电压vin中的谐振频率ω的分量，平衡三个单相逆变/整流单元的电压；将频率参数
与谐振频率ω的分量比较，如果
以ω作为SVM发波驱动控制器发波的频率f，如果
以
作为驱动控制器SVM发波的频率f；
S5，以频率f替代谐振频率ω的分量，正交二阶广义积分搜索估计锁相模块的压控振荡器的输出频率返回同步旋转坐标系qd，且使vq＝0稳态时，环路滤波器的输出电压Vf＝0，输出信号的相位锁定输入信号相位，且相差90°，输入信号的相位通过估计幅值
计算得到，将E与满足最小化价值函数的四组重复矢量开关对应参考电压的幅值比较，选择最小幅值对应的平均电流iavref、调制指数m；
S6，驱动芯片根据参考电压Vref、平均电流iavref、调制指数m、频率f，通过SVM发波输出A、B、C相四组互补开关的频率fa1-4和驱动电流ia1-4，B相四组互补开关的频率fb1-4和驱动电流ib1-4，以及C相四组互补开关频率fc1-4和驱动电流ic1-4，分别驱动独立结构的A\B\C相逆变/整流单元，四组互补开关为(SA1，S′A1)、(SA2，S′A2)、(SA3，S′A3)、(SA4，S′A4)，每组互补开关中一个开通、另一个关断。
11.如权利要求1所述一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光储充放控制系统的驱动控制器，其特征在于，包括
空间矢量调制模块，用于将多电平逆变器的三相控制六边菱形矢量分解，等分为6个逆时针旋转的扇区，6个扇区对应6个等边三角型矢量图，以000状态矢量为旋转圆点，将等边三角型矢量图等分，等分线设为矢量参考电压V3，紧邻矢量参考电压V3的设为起始矢量参考电压V2和终点矢量参考电压V1；紧邻起始矢量参考电压V2的临边为原边电压矢量；紧邻终点矢量参考电压V1的临边为终边电压矢量；给出每个扇区中四组重复矢量开关的组合状态、有效状态；
价值函数模块，用于通过价值函数选择每个扇区的重复向量中满足最小化价值函数的四组重复矢量开关组合状态；所述最小化价值函数的四组重复矢量开关组合的矢量参考电压合成得到参考电压Vref，同时，参考电压Vref在太阳能光伏电池最大功率跟踪控制输出的最大、最小电压限制之间；
TLS-ESPRIT搜索频率模块，用于通过TLS-ESPRIT方法，得到满足最小化价值函数的四组开关的搜索信号的频率参数
正交二阶广义积分搜索估计锁相模块，用于提取单相逆变单元输出的单相交流瞬态电压vin中的谐振频率ω的分量，平衡三个单相逆变/整流单元的电压；将频率参数
与谐振频率ω的分量比较，如果
以ω作为SVM发波驱动控制器发波的频率f，如果
以
作为驱动控制器SVM发波的频率f；
以频率f替代谐振频率ω的分量，正交二阶广义积分搜索估计锁相模块的压控振荡器的输出频率返回同步旋转坐标系qd，且使vq＝0稳态时，环路滤波器的输出电压Vf＝0，输出信号的相位锁定输入信号相位，且相差90°，输入信号的相位通过估计幅值
计算得到，将E与满足最小化价值函数的四组重复矢量开关对应参考电压的幅值比较，选择最小幅值对应的平均电流iavref、调制指数m；
驱动芯片，用于根据参考电压Vref、平均电流iavref、调制指数m、频率f，通过SVM发波输出A、B、C相四组互补开关的频率fa1-4和驱动电流ia1-4，B相四组互补开关的频率fb1-4和驱动电流ib1-4，以及C相四组互补开关频率fc1-4和驱动电流ic1-4，分别驱动独立结构的A\B\C相逆变/整流单元，四组互补开关为(SA1，S′A1)、(SA2，S′A2)、(SA3，S′A3)、(SA4，S′A4)，每组互补开关中一个开通、另一个关断。
12.如权利要求1所述一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光伏储能系统的工作方法，其特征在于，具体为：
当所述多象限变流器、储能单元限波器、UPS逆变器均投入运行，多象限变流器运行在逆变模式下，将太阳能光伏板输出的电能输送给电网，为一般负载供电；太阳能光伏板发电充足时，直流电能储能电池组和储能单元限波器运行在充电模式下，用于储存太阳能光伏板出力大于负载所需的能量；
当负载所需的能量大于太阳能光伏板的出力时，储能单元限波器优先释放能量满足主要负载和一般负载需求；UPS逆变器处于同步工作状态；
当储能单元限波器剩余电量较低或检修更换对应的电池储能电池组时，通过直流电能储能电池组为重要负载和一般负载提供可靠的电力供应；
太阳光照好的情况下，多象限变流器和UPS逆变器投入运行，储能单元限波器和直流电能储能电池组不工作；太阳能光伏板出力在满足UPS逆变器对重要负载需求的前提下全部馈送到电网上，不经过储能单元限波器和直流电能储能电池组储存；
夜晚或阴雨天，且储能单元限波器和直流电能储能电池组剩余能量较低时时，储能单元限波器、直流电能储能电池组和UPS逆变器投入运行，多象限变流器停止运行；与电网没有物理连接，依靠储能单元限波器和直流电能储能电池组的剩余电量维持UPS逆变器工作，为重要负载供电；
夜晚或阴雨天，且储能单元限波器和直流电能储能电池组剩余能量较低时，储能单元限波器、直流电能储能电池组和多象限变流器投入运行，UPS逆变器停止运行，主要负载由备用电池供电；多象限变流器经过多级降压电路降压，使5级M2直流、单相逆变单元与电网同频等压后，电网反向通过多象限变流器直流电能储能电池组和储能单元限波器充分充电后，电网同时给一般负载供电；
预测阴天转晴天时，关闭电网反向供电，直流电能储能电池组和储能单元限波器充满的电向主要负载和一般负载供电，当直流电能储能电池组和储能单元限波器的电量余量达到50％，直流电能储能电池组和储能单元限波器停止向主要负载和主要负载供电，切换到电网供电；同时电网向直流电能储能电池组和储能单元限波器充电；当电网向直流电能储能电池组和储能单元限波器充满电，电网断电，转到工作模式一。
13.根据权利要求11所述一种基于物联感知双碳评价型大型分布式柔性光伏储能系统的工作方法，其特征在于，所述储能单元限波器优先充电时，升压电路配合快速升压，储能单元限波器快速充电达到SOC满量要求后，将升压电路关闭，切换到降压升压电路，配合直流电能储能电池组同步升压充电，以及放电时的同步降压；在储能单元限波器开始放电时，关闭升压电路，切换到降压升压电路，配合储能单元限波器放电时同步降压。
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| CN117293784A (zh) * | 2023-08-04 | 2023-12-26 | 青岛大学 | 多新能源分时储能分时释能电流型直流变换器 |
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| CN101931238A (zh) * | 2010-04-29 | 2010-12-29 | 浙江省电力试验研究院 | 基于主从策略的微网系统协调控制方法 |
| CN103036243A (zh) * | 2011-10-10 | 2013-04-10 | 三星Sdi株式会社 | 储能系统及其控制方法 |
| CN105245018A (zh) * | 2015-09-25 | 2016-01-13 | 中国电力科学研究院 | 一种提高光伏电站置信容量的分布式储能系统 |
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2022
- 2022-01-19 CN CN202210062609.6A patent/CN114825572B/zh active Active
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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