CN116722569A - 一种基于半桥全桥混合型mmc的储能装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于半桥全桥混合型MMC的储能装置及控制方法，采用三相六桥臂结构，六个桥臂分别设置一定数量的半桥型和全桥型子模块，构成子模块混合型MMC；既可以实现隔离直流侧双极短路故障的功能，同时又可以节省开关器件数量，兼顾了故障隔离和经济性的优势；在原本半桥、全桥子模块上再采用了非隔离型双向DC‑DC变换器连接蓄电池，可控制蓄电池能量的双向流动；完成大容量能量的存储与释放，且可抑制由新能源发电所造成的功率波动，弥补交直流侧功率差额，改善系统的电能质量。

Description

一种基于半桥全桥混合型MMC的储能装置及控制方法
技术领域
本发明属于电力电子，新能源发电领域。尤其涉及种基于半桥全桥混合型MMC的储能装置及控制方法。
背景技术
随着分布式新能源并网发电的日益普及，分布式发电容量在整个电力系统中所占的比重将越来越大；但风能、太阳能等各种分布式发电是一种间歇性能源，受气候和环境的影响严重，输出功率具有不稳定性和不完全可控性。
在这种环境下，大规模分布式并网装置的投入，对电力系统的电能质量、稳定性和安全运行都将造成无法忽略的影响。因此,分布式发电系统接入电网，需要配置一定容量的储能系统，以确保其供电的持续性和可靠性。
模块化多电平变换器由三相每相上下两个桥臂和电感组成，每个桥臂又由若干个子模块串联而成，传统的每个子模块由两个全控型开关器件和一个电容组成的半桥子模块。这种电路结构在高压环境也不必需耐压等级较高的功率开关器件，就可以实现较高的交直流电压等级。同时，由于输出电平数较多，等效开关频率高，可以大幅降低输出电流谐波含量。
在直流输配电系统设计和运行时，必须考虑直流侧双极短路故障，并有可靠方法隔离故障。当直流侧出现故障时，闭锁所有IGBT，半桥子模块中单向流通的电流可不必经过电容，不具备故障隔离能力；全桥子模块中故障电流必须经过电容才能构成通路，但是全桥模块的开关数量是半桥模块的两倍，造价较高。
发明内容
针对以上问题，本发明采用混合型模块化多电平换流器的拓扑结构，结合半桥模块和全桥模块各自的优势，这种换流器既可以实现隔离直流侧双极短路故障的功能，同时又可以节省开关器件数量，兼顾了故障隔离和经济性的优势。换流器本身则具有隔离短路电流的能力，相比采用交直流断路器的方案，更加快速、有效、经济实用。
本发明按以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种基于半桥全桥混合型MMC的储能装置，该混合型MMC的储能装置采用三相六桥臂结构，每个桥臂由数量相等的半桥子模块HBSM和全桥子模块FBSM混合组成；所述半桥子模块HBSM和全桥子模块FBSM上的电容通过非隔离型双向DC-DC变换器连接储能单元。
第二方面，本发明提供了一种基于权利要求1所述半桥全桥混合型MMC的储能装置控制方法，该方法包括：
采用最近电平逼近法得出每个时刻的投入或切除子模块数量，控制输出相电压波形接近正弦波；
通过排序法和交直流调制度选择出具体投入的子模块及实现各子模块之间的电池SOC均衡；
对双向DC-DC变换器上的两个IGBT采用独立的PWM控制使其工作在Boost或者Buck模式下，控制电池充放电，实现功率自动双向流动；
当双向DC-DC变换器工作在Boost模式下时，电池放电，功率由电池流向系统；当双向DC-DC变换器工作在Buck模式下时，电池充电，功率由系统流向电池。
在一种实施方式中，采用最近电平逼近法得出每个时刻的投入或切除子模块数量为：
上桥臂投入子模块数：
下桥臂投入子模块数：
其中，NSM是一条桥臂上子模块总数，Uref为调制波，UC为子模块电容额定电压，round为取整函数。
在一种实施方式中，交直流调制度实现各子模块之间的电池SOC均衡的方法为：
定义直流调制度Mdc和交流调制度Mac；所述其中，Udc是直流电压，Udc *是额定直流电压；所述/>其中，Udc是直流电压，Um是交流相电压幅值；
设定任何时刻桥臂内不允许同时投入正模块和负模块，所述正、负模块指子模块端口电压的正负；
当Mdc＞0.5Mac时，桥臂电流瞬时值有正有负，半桥子模块HBSM和全桥子模块FBSM都可用；
当Mdc≤0.5Mac时，桥臂电流严重偏置，恒为正值，只有全桥子模块FBSM可用。
在一种实施方式中，所述通过排序法和交直流调制度选择出具体投入的子模块及实现各子模块之间的电池SOC均衡，包括：
实时获取当前周期桥臂输出电平数N；
当输出电平数N发生改变时，根据交直流调制度Mdc是否大于0.5Mac选择出相应的子模块电池SOC排序；所述子模块电池SOC排序包括：全部子模块电池SOC排序和全部FBSMS电池排序；
选择好子模块电池SOC排序后，根据输出电平数N是否大于等于0和桥臂电流iSM是否大于0，选择投入正投入或负投入子模块；所述正投入或负投入子模块指投入子模块端口电压为正的模块或为负的模块；
对桥臂中上一时刻被选中但未在当前时刻被选中的子模块进行切除。
在一种实施方式中，所述选择好子模块电池SOC排序后，根据输出电平数N是否大于等于0和桥臂电流iSM是否大于0，选择投入正投入或负投入子模块，具体包括：
选择全部子模块电池SOC排序：
当输出电平数N大于等于0和桥臂电流iSM大于0，正投入N个电池SOC最低的子模块；
当输出电平数N大于等于0和桥臂电流iSM小于0，正投入N个电池SOC最高的子模块；
当输出电平数N小于等于0和桥臂电流iSM大于0，负投入|N|个电池SOC最高的FBSM子模块；
当输出电平数N小于等于0和桥臂电流iSM小于0，负投入|N|个电池SOC最低的FBSM子模块；
选择全部FBSMS电池排序：
当输出电平数N大于等于0和桥臂电流iSM大于0，正投入N个电池SOC最低的FBSM子模块；
当输出电平数N大于等于0和桥臂电流iSM小于0，正投入N个电池SOC最高的FBSM子模块；
当输出电平数N小于等于0和桥臂电流iSM大于0，负投入|N|个电池SOC最高的FBSM子模块；
当输出电平数N小于等于0和桥臂电流iSM小于0，负投入|N|个电池SOC最低的FBSM子模块。
在一种实施方式中，在通过排序法和交直流调制度选择出具体投入的子模块及实现各子模块之间的电池SOC均衡的过程中，半桥子模块HBSM的工作模式包括：
(1)VT1导通，VT2关断，电流从A端流入时，经过VD1续流，经过电容C，从B端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc，电容C处在充电状态；电流从B端流入时，经过电容C，经过VT1，从A端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc，电容C处在放电状态；在此状态下，半桥子模块HBSM处于投入模式；
(2)VT1关断，VT2导通，电流从A端流入时，经过VT2，从B端流出，子模块端口电压Usm为0；电流从B端流入时，经过VD2续流，从A端流出，子模块端口电压Usm为0；在此状态下，电流不经过电容C，半桥子模块HBSM处于切除模式；
(3)VT1关断，VT2关断，电流从A端流入时，经过VD1续流，经过电容C，从B端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc，电容处在充电状态；电流从B端流入时，经过VD2续流，从A端流出，电流不经过电容C，子模块端口电压Usm为0；在此状态下，半桥子模块HBSM处于故障模式；
全桥子模块FBSM的工作模式包括：
(1)VT1、VT4导通，VT2、VT4关断，电流从A端流入，经过VD1续流，经过电容C,经过VD4续流，从B端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc；电流从B端流入，经过VT4，经过电容C，经过VT1，从A端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc；在此状态下，全桥子模块FBSM处于投入模式；
(2)VT1、VT2导通，VT3、VT4关断，电流从A端流入，经过VD1续流，经过VT2，从B端流出，子模块端口电压Usm为0；电流从B端流入，经过VD2续流，经过VT1，从A端流出，子模块端口电压Usm为0；在此状态下，全桥子模块FBSM处于切除模式；
(3)VT1、VT2关断，VT3、VT4导通，电流从A端流入，经过VT3，经过VD4续流，从B端流出，子模块端口电压Usm为0；电流从B端流入，经过VT4，经过VD3续流，从A端流出，子模块端口电压Usm为0；在此状态下，全桥子模块FBSM处于切除模式；
(4)VT1、VT2、VT3、VT4全部关断，电流从A端流入，经过VD1续流，经过电容C,经过VD4续流，从B端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc；电流从B端流入，经过VD2续流，经过电容C,经过VD3续流，从A端流出，子模块端口电压Usm为电容电压-Uc；在此状态下，全桥子模块FBSM处于故障模式。
在一种实施方式中，所述采用独立的PWM控制的过程包括：
将电容两端的电压UC和额定电压UC *做差后输入，经PI调节后得到储能单元发出的参考电流值ibref；
再将ibref和流经电池的电流ic做差，经PI调节后除以UC得到双向DC-DC变换器的调制波；
根据调制波得到开关管的驱动信号，控制双向DC-DC变换器工作在Boost和Buck模式之间切换；
当双向DC-DC变换器Boost模式下时，电路的工作过程包括：
VT4处于PWM状态，上开关管VT3始终关断；当VT4导通时，电池放电，电流经过电感L，电感吸收能量电流上升；当VT4关断时，电池继续放电，电流经过VD3续流，经过电容，电感电流下降；
当双向DC-DC变换器工作在Buck模式下时，电路的工作过程包括：
VT3处于PWM状态，下开关管VT4始终关断；当VT3导通时，电流流过电池，经过电容C和电感L给电池充电，电感电流上升；当VT3关断时，电流经过VD4续流，经过电感L，继续向电池充电，电感电流下降。
第三方面，本发明提供了一种基于半桥全桥混合型MMC的储能控制系统，其特征在于，该系统包括：风力电机、变压器及权利要求1所述的半桥全桥混合型MMC的储能装置；
所述风力电机产生的交流电，经过半桥全桥混合型MMC的储能装置逆变为直流，穿过直流输电线路，再经半桥全桥混合型MMC的储能装置整流为交流电并入电网；
在变电的过程中，半桥全桥混合型MMC的储能装置把峰时多余的功率储存到储能单元里，在谷时由处能够单元向系统供电。
在一种实施方式中，该系统内环电流控制和环流抑制部分与传统MMC控制系统在控制方法上的不同之处为：该系统d轴电流参考值是由子模块电容电压平均值跟子模块电容电压额定值做差后经PI调节器得出。
相比于现有技术，本发明有以下优点：
与传统的半桥子模块相比，这种半桥全桥混合子模块拓扑结构既可以实现隔离直流侧双极短路故障的功能，同时又尽可能节省了开关器件数量，加上非隔离型双向DC-DC变换器可以在损耗较低的情况下提高系统的运行效率，更贴合MMC本身的优势，较其他双向DC-DC变换器而言，进一步减少了开关器件，在子模块数量较大的场合下，能降低系统的开关损耗，保证系统的稳定高效运行。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。
图1为本发明一实施例提供的混合型MMC储能装置的结构示意图；
图2为未连接双向DC-DC变换器的半桥子模块的结构示意图；
图3为未连接双向DC-DC变换器的全桥子模块的结构示意图；
图4为连接了双向DC-DC变换器的半桥子模块的结构示意图；
图5为连接了双向DC-DC变换器的全桥子模块的结构示意图；
图6为本发明一实施例提供的改良的子模块电容电压平衡策略框图；
图7为本发明一实施例提供的双向DC-DC变换器的独立PWM控制框图；
图8为将本发明应用于远距离风力发电的示意图。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
下面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、系统地描述，但本发明不局限于所描述的实施例，这仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部实施例。基于本发明思路中的实施例，本领域中的技术人员在没有做出任何创造性劳动的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图详细说明本公开的可选实施例。
参照图1至图5所示，提供了一种基于半桥全桥混合型MMC的储能装置，该混合型MMC的储能装置采用三相六桥臂结构，每个桥臂由数量相等的半桥子模块HBSM和全桥子模块FBSM混合组成；所述半桥子模块HBSM和全桥子模块FBSM上的电容通过非隔离型双向DC-DC变换器连接储能单元。
与传统MMC不同，每个桥臂由一个电感和半桥模块、全桥模块混合组成。该混合型MMC储能装置拥有公共直流母线，能连接直流电网，同时交流侧连接三相交流电网。
具体的，非隔离型双向DC-DC变换器组成是两个开关管串联，一个电感先串联储能单元再整体与其中一个开关管并联；半桥子模块组成是两个开关管先串联后整体并联子模块电容，电容再并联上述非隔离型双向DC-DC变换器；全桥子模块组成是四个开关管先两两串联后均与子模块电容并联，电容再并联上述非隔离型双向DC-DC变换器。
本发明采用的是非隔离型双向DC-DC变换器结构，相较其他DC-DC变换器减少了开关器件。
进一步，储能单元可以是磷酸铁锂电池、蓄电池或超级电容。
基于上述半桥全桥混合型MMC的储能装置，本发明提供出半桥全桥混合型MMC的储能装置控制方法，该方法包括：
步骤100：采用最近电平逼近法得出每个时刻的投入或切除子模块数量，控制输出相电压波形接近正弦波。
本申请实施例中的最近电平逼近法是指考虑到全桥子模块的改良后的最近电平法。
在本申请实施例中，采用最近电平逼近法得出每个时刻的投入或切除子模块数量为：
上桥臂投入子模块数：
下桥臂投入子模块数：
其中，NSM是一条桥臂上子模块总数，Uref为调制波，UC为子模块电容额定电压，round为取整函数。
步骤200：通过排序法和交直流调制度选择出具体投入的子模块及实现各子模块之间的电池SOC均衡。
参照图6所示，在本申请实施例中，交直流调制度实现各子模块之间的电池SOC均衡的方法为：
定义直流调制度Mdc和交流调制度Mac；所述其中，Udc是直流电压，Udc *是额定直流电压；所述/>其中，Udc是直流电压，Um是交流相电压幅值；
设定任何时刻桥臂内不允许同时投入正模块和负模块，所述正、负模块指子模块端口电压的正负；
当Mdc＞0.5Mac时，桥臂电流瞬时值有正有负，半桥子模块HBSM和全桥子模块FBSM都可用；
当Mdc≤0.5Mac时，桥臂电流严重偏置，恒为正值，只有全桥子模块FBSM可用。
在本申请实施例中，通过排序法和交直流调制度选择出具体投入的子模块及实现各子模块之间的电池SOC均衡，包括：
实时获取当前周期桥臂输出电平数N；
当输出电平数N发生改变时，根据交直流调制度Mdc是否大于0.5Mac选择出相应的子模块电池SOC排序；所述子模块电池SOC排序包括：全部子模块电池SOC排序和全部FBSMS电池排序；
选择好子模块电池SOC排序后，根据输出电平数N是否大于等于0和桥臂电流iSM是否大于0，选择投入正投入或负投入子模块；所述正投入或负投入子模块指投入子模块端口电压为正的模块或为负的模块；
对桥臂中上一时刻被选中但未在当前时刻被选中的子模块进行切除。
在本申请实施例中，所述选择好子模块电池SOC排序后，根据输出电平数N是否大于等于0和桥臂电流iSM是否大于0，选择投入正投入或负投入子模块，具体包括：
选择全部子模块电池SOC排序：
当输出电平数N大于等于0和桥臂电流iSM大于0，正投入N个电池SOC最低的子模块；
当输出电平数N大于等于0和桥臂电流iSM小于0，正投入N个电池SOC最高的子模块；
当输出电平数N小于等于0和桥臂电流iSM大于0，负投入N个电池SOC最高的FBSM子模块；
当输出电平数N小于等于0和桥臂电流iSM小于0，负投入N个电池SOC最低的FBSM子模块；
选择全部FBSMS电池排序：
当输出电平数N大于等于0和桥臂电流iSM大于0，正投入N个电池SOC最低的FBSM子模块；
当输出电平数N大于等于0和桥臂电流iSM小于0，正投入N个电池SOC最高的FBSM子模块；
当输出电平数N小于等于0和桥臂电流iSM大于0，负投入N个电池SOC最高的FBSM子模块；
当输出电平数N小于等于0和桥臂电流iSM小于0，负投入N个电池SOC最低的FBSM子模块。
在通过排序法和交直流调制度选择出具体投入的子模块及实现各子模块之间的电池SOC均衡的过程中，半桥子模块HBSM的工作模式包括：
参照图4所示，半桥子模块HBSM的工作模式包括：
(1)VT1导通，VT2关断，电流从A端流入时，经过VD1续流，经过电容C，从B端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc，电容C处在充电状态；电流从B端流入时，经过电容C，经过VT1，从A端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc，电容C处在放电状态；在此状态下，半桥子模块HBSM处于投入模式；
(2)VT1关断，VT2导通，电流从A端流入时，经过VT2，从B端流出，子模块端口电压Usm为0；电流从B端流入时，经过VD2续流，从A端流出，子模块端口电压Usm为0；在此状态下，电流不经过电容C，半桥子模块HBSM处于切除模式；
(3)VT1关断，VT2关断，电流从A端流入时，经过VD1续流，经过电容C，从B端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc，电容处在充电状态；电流从B端流入时，经过VD2续流，从A端流出，电流不经过电容C，子模块端口电压Usm为0；在此状态下，半桥子模块HBSM处于故障模式。
参照图5所示，全桥子模块的工作模式：
全桥子模块FBSM的工作模式包括：
(1)VT1、VT4导通，VT2、VT4关断，电流从A端流入，经过VD1续流，经过电容C,经过VD4续流，从B端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc；电流从B端流入，经过VT4，经过电容C，经过VT1，从A端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc；在此状态下，全桥子模块FBSM处于投入模式；
(2)VT1、VT2导通，VT3、VT4关断，电流从A端流入，经过VD1续流，经过VT2，从B端流出，子模块端口电压Usm为0；电流从B端流入，经过VD2续流，经过VT1，从A端流出，子模块端口电压Usm为0；在此状态下，全桥子模块FBSM处于切除模式；
(3)VT1、VT2关断，VT3、VT4导通，电流从A端流入，经过VT3，经过
VD4续流，从B端流出，子模块端口电压Usm为0；电流从B端流入，经过VT4，经过VD3续流，从A端流出，子模块端口电压Usm为0；在此状态下，全桥子模块FBSM处于切除模式；
(4)VT1、VT2、VT3、VT4全部关断，电流从A端流入，经过VD1续流，经过电容C,经过VD4续流，从B端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc；电流从B端流入，经过VD2续流，经过电容C,经过VD3续流，从A端流出，子模块端口电压Usm为电容电压-Uc；在此状态下，全桥子模块FBSM处于故障模式。
在全桥子模块中，即使处在故障模式，电流也一定经过电容，所以具有故障穿越能力，端口电压有Uc、0、-Uc三种。
步骤300：对双向DC-DC变换器上的两个IGBT采用独立的PWM控制使其工作在Boost或者Buck模式下，控制电池充放电，实现功率自动双向流动；
当双向DC-DC变换器工作在Boost模式下时，电池放电，功率由电池流向系统；当双向DC-DC变换器工作在Buck模式下时，电池充电，功率由系统流向电池
参照图7所示，在本申请实施例中，采用独立的PWM控制的过程包括：
将电容两端的电压UC和额定电压UC *做差后输入，经PI调节后得到储能单元发出的参考电流值ibref；
再将ibref和流经电池的电流ic做差，经PI调节后除以UC得到双向DC-DC变换器的调制波；
根据调制波得到开关管的驱动信号，控制双向DC-DC变换器工作在Boost和Buck模式之间切换。
如图4所示，是连接了双向DC-DC变换器的半桥子模块，当双向DC-DC变换器Boost模式下时，电路的工作过程包括：
VT4处于PWM状态，上开关管VT3始终关断；当VT4导通时，电池放电，电流经过电感L，电感吸收能量电流上升；当VT4关断时，电池继续放电，电流经过VD3续流，经过电容，电感电流下降；
当双向DC-DC变换器工作在Buck模式下时，电路的工作过程包括：
VT3处于PWM状态，下开关管VT4始终关断；当VT3导通时，电流流过电池，经过电容C和电感L给电池充电，电感电流上升；当VT3关断时，电流经过VD4续流，经过电感L，继续向电池充电，电感电流下降。
根据上述能够看出双向DC-DC变换器可实现更加严格的能量管理，通过选择合适的控制方式实现电池的充放电，有效提高系统的稳定性。如图5所示是全桥子模块中的双向DC-DC变换器，其工作方式和半桥子模块中的一致，此处不再赘述。
混合型MMC储能装置中的电池可以充电可以放电，子模块有投入和切除两种状态，这都由IGBT的动作决定。本发明采用半桥子模块和全桥子模块混合，子模块可以输出0或Uc两种电平，其中Uc为电容的电压。由于MMC结构的特殊性，它既提供直流母线以接入直流电源，又能连接交流电网，同时储能单元可以当作另一直流电源，因此整个储能MMC系统的有功功率可以分为三部分：
直流母线上的直流功率Pdc、电池充放电的功率Pb、交流电网所吸收或产生的功率Pac。整个系统的能量在这三者之间转换。
参照图8所示，提供了一种基于半桥全桥混合型MMC的储能控制系统，该系统包括：风力电机、变压器及上述的半桥全桥混合型MMC的储能装置；
风力电机产生的交流电，经过半桥全桥混合型MMC的储能装置逆变为直流，穿过直流输电线路，再经半桥全桥混合型MMC的储能装置整流为交流电并入电网；
在变电的过程中，半桥全桥混合型MMC的储能装置把峰时多余的功率储存到储能单元里，在谷时由处能够单元向系统供电。
进一步，该系统内环电流控制和环流抑制部分与传统MMC控制系统在控制方法上的不同之处为：该系统d轴电流参考值是由子模块电容电压平均值跟子模块电容电压额定值做差后经PI调节器得出。
本申请实施例的特点可以实现功率的双向流动，并储存能量，可应用于在远距离、大容量海上风电领域等场合，提高系统容量、实现能量再生利用，并降低系统成本。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包含的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合同样意味着处于本发明的保护范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的实施例中，本领域技术人员能够根据获知的技术方案和本申请所要解决的技术问题，以组合的方式来使用。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于半桥全桥混合型MMC的储能装置，其特征在于：该混合型MMC的储能装置采用三相六桥臂结构，每个桥臂由数量相等的半桥子模块HBSM和全桥子模块FBSM混合组成；所述半桥子模块HBSM和全桥子模块FBSM上的电容通过非隔离型双向DC-DC变换器连接储能单元。
2.一种基于权利要求1所述半桥全桥混合型MMC的储能装置控制方法，其特征在于：该方法包括：
采用最近电平逼近法得出每个时刻的投入或切除子模块数量，控制输出相电压波形接近正弦波；
通过排序法和交直流调制度选择出具体投入的子模块及实现各子模块之间的电池SOC均衡；
对双向DC-DC变换器上的两个IGBT采用独立的PWM控制使其工作在Boost或者Buck模式下，控制电池充放电，实现功率自动双向流动；
当双向DC-DC变换器工作在Boost模式下时，电池放电，功率由电池流向系统；当双向DC-DC变换器工作在Buck模式下时，电池充电，功率由系统流向电池。
3.根据权利要求2所述的基于半桥全桥混合型MMC的储能装置控制方法，其特征在于：采用最近电平逼近法得出每个时刻的投入或切除子模块数量为：
上桥臂投入子模块数：
下桥臂投入子模块数：
其中，NSM是一条桥臂上子模块总数，Uref为调制波，UC为子模块电容额定电压，round为取整函数。
4.根据权利要求2所述的基于半桥全桥混合型MMC的储能装置控制方法，其特征在于：交直流调制度实现各子模块之间的电池SOC均衡的方法为：
定义直流调制度Mdc和交流调制度Mac；所述其中，Udc是直流电压，Udc *是额定直流电压；所述/>其中，Udc是直流电压，Um是交流相电压幅值；
设定任何时刻桥臂内不允许同时投入正模块和负模块，所述正、负模块指子模块端口电压的正负；
当Mdc＞0.5Mac时，桥臂电流瞬时值有正有负，半桥子模块HBSM和全桥子模块FBSM都可用；
当Mdc≤0.5Mac时，桥臂电流严重偏置，恒为正值，只有全桥子模块FBSM可用。
5.根据权利要求4所述的基于半桥全桥混合型MMC的储能装置控制方法，其特征在于：所述通过排序法和交直流调制度选择出具体投入的子模块及实现各子模块之间的电池SOC均衡，包括：
实时获取当前周期桥臂输出电平数N；
当输出电平数N发生改变时，根据交直流调制度Mdc是否大于0.5Mac选择出相应的子模块电池SOC排序；所述子模块电池SOC排序包括：全部子模块电池SOC排序和全部FBSMS电池排序；
选择好子模块电池SOC排序后，根据输出电平数N是否大于等于0和桥臂电流iSM是否大于0，选择投入正投入或负投入子模块；所述正投入或负投入子模块指投入子模块端口电压为正的模块或为负的模块；
对桥臂中上一时刻被选中但未在当前时刻被选中的子模块进行切除。
6.根据权利要求4所述的基于半桥全桥混合型MMC的储能装置控制方法，其特征在于：所述选择好子模块电池SOC排序后，根据输出电平数N是否大于等于0和桥臂电流iSM是否大于0，选择投入正投入或负投入子模块，具体包括：
选择全部子模块电池SOC排序：
当输出电平数N大于等于0和桥臂电流iSM大于0，正投入N个电池SOC最低的子模块；
当输出电平数N大于等于0和桥臂电流iSM小于0，正投入N个电池SOC最高的子模块；
当输出电平数N小于等于0和桥臂电流iSM大于0，负投入|N|个电池SOC最高的FBSM子模块；
当输出电平数N小于等于0和桥臂电流iSM小于0，负投入|N|个电池SOC最低的FBSM子模块；
选择全部FBSMS电池排序：
当输出电平数N大于等于0和桥臂电流iSM大于0，正投入N个电池SOC最低的FBSM子模块；
当输出电平数N大于等于0和桥臂电流iSM小于0，正投入N个电池SOC最高的FBSM子模块；
当输出电平数N小于等于0和桥臂电流iSM大于0，负投入|N|个电池SOC最高的FBSM子模块；
当输出电平数N小于等于0和桥臂电流iSM小于0，负投入|N|个电池SOC最低的FBSM子模块。
7.根据权利要求6所述的基于半桥全桥混合型MMC的储能装置控制方法，其特征在于：在通过排序法和交直流调制度选择出具体投入的子模块及实现各子模块之间的电池SOC均衡的过程中，半桥子模块HBSM的工作模式包括：
(1)VT1导通，VT2关断，电流从A端流入时，经过VD1续流，经过电容C，从B端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc，电容C处在充电状态；电流从B端流入时，经过电容C，经过VT1，从A端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc，电容C处在放电状态；在此状态下，半桥子模块HBSM处于投入模式；
(2)VT1关断，VT2导通，电流从A端流入时，经过VT2，从B端流出，子模块端口电压Usm为0；电流从B端流入时，经过VD2续流，从A端流出，子模块端口电压Usm为0；在此状态下，电流不经过电容C，半桥子模块HBSM处于切除模式；
(3)VT1关断，VT2关断，电流从A端流入时，经过VD1续流，经过电容C，从B端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc，电容处在充电状态；电流从B端流入时，经过VD2续流，从A端流出，电流不经过电容C，子模块端口电压Usm为0；在此状态下，半桥子模块HBSM处于故障模式；
全桥子模块FBSM的工作模式包括：
(1)VT1、VT4导通，VT2、VT4关断，电流从A端流入，经过VD1续流，经过电容C,经过VD4续流，从B端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc；电流从B端流入，经过VT4，经过电容C，经过VT1，从A端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc；在此状态下，全桥子模块FBSM处于投入模式；
(2)VT1、VT2导通，VT3、VT4关断，电流从A端流入，经过VD1续流，经过VT2，从B端流出，子模块端口电压Usm为0；电流从B端流入，经过VD2续流，经过VT1，从A端流出，子模块端口电压Usm为0；在此状态下，全桥子模块FBSM处于切除模式；
(3)VT1、VT2关断，VT3、VT4导通，电流从A端流入，经过VT3，经过VD4续流，从B端流出，子模块端口电压Usm为0；电流从B端流入，经过VT4，经过VD3续流，从A端流出，子模块端口电压Usm为0；在此状态下，全桥子模块FBSM处于切除模式；
(4)VT1、VT2、VT3、VT4全部关断，电流从A端流入，经过VD1续流，经过电容C,经过VD4续流，从B端流出，子模块端口电压Usm为电容电压Uc；电流从B端流入，经过VD2续流，经过电容C,经过VD3续流，从A端流出，子模块端口电压Usm为电容电压-Uc；在此状态下，全桥子模块FBSM处于故障模式。
8.根据权利要求2所述的基于半桥全桥混合型MMC的储能装置控制方法，其特征在于：所述采用独立的PWM控制的过程包括：
将电容两端的电压UC和额定电压UC *做差后输入，经PI调节后得到储能单元发出的参考电流值ibref；
再将ibref和流经电池的电流ic做差，经PI调节后除以UC得到双向DC-DC变换器的调制波；
根据调制波得到开关管的驱动信号，控制双向DC-DC变换器工作在Boost和Buck模式之间切换；
当双向DC-DC变换器Boost模式下时，电路的工作过程包括：
VT4处于PWM状态，上开关管VT3始终关断；当VT4导通时，电池放电，电流经过电感L，电感吸收能量电流上升；当VT4关断时，电池继续放电，电
流经过VD3续流，经过电容，电感电流下降；
当双向DC-DC变换器工作在Buck模式下时，电路的工作过程包括：
VT3处于PWM状态，下开关管VT4始终关断；当VT3导通时，电流流过电池，经过电容C和电感L给电池充电，电感电流上升；当VT3关断时，电流经过VD4续流，经过电感L，继续向电池充电，电感电流下降。
9.一种基于半桥全桥混合型MMC的储能控制系统，其特征在于，该系统包括：风力电机、变压器及权利要求1所述的半桥全桥混合型MMC的储能装置；
所述风力电机产生的交流电，经过半桥全桥混合型MMC的储能装置逆变为直流，穿过直流输电线路，再经半桥全桥混合型MMC的储能装置整流为交流电并入电网；
在变电的过程中，半桥全桥混合型MMC的储能装置把峰时多余的功率储存到储能单元里，在谷时由处能够单元向系统供电。
10.根据权利要求9所述的基于半桥全桥混合型MMC的储能控制系统，其特征在于，该系统内环电流控制和环流抑制部分与传统MMC控制系统在控制方法上的不同之处为：该系统d轴电流参考值是由子模块电容电压平均值跟子模块电容电压额定值做差后经PI调节器得出。
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