CN105576687A - 一种交直流两用储能功率调节装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布一种交直流两用储能功率调节装置及其控制方法，包括3n个级联H桥单元、3n个储能单元、交流输出接口电路、直流输出接口电路以及中央控制器单元；通过中央控制器单元控制交流输出接口电路交流断路器和直流输出接口电路直流断路器的开关状态，从而使储能装置工作在储能逆变器模式以接入交流电网，或工作在储能直流变换器模式以接入直流电网；中央控制器单元根据储能装置的工作模式采用相应的控制策略实现功率双向可控流动。本发明能通过控制储能装置的不同工作模式，实现储能***接入交直流混合微网的灵活配置与管理，更加高效地利用电能在交直流母线之间的转换，提高电能存储、转移的效率，有易于提高交直流混合微网***的稳定性。

Description

一种交直流两用储能功率调节装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及微网***中储能技术领域，更具体来说是一种交直流两用储能功率调节装置及其控制方法。

背景技术

微网作为一种新型能源网络化供应与管理技术，将分布式发电单元、可再生能源、储能装置、负荷、监控保护***等集成于一体，可有效优化可再生能源运行管理，提高大电网对可再生能源的消纳水平。微网按其结构特点可分为交流微网、直流微网和交直流混合微网。其中，交直流混合微网整合交流微网与直流微网的特点，将交流电源与交流负荷并联于交流母线，将直流电源与直流负荷并联于直流母线，交直流母线通过逆变器连接以交换能量。

目前电力***输配电领域存在交流型分布式发电单元、交流型负荷、交流储能***、直流型分布式发电单元、直流型负荷、直流型储能单元，使用单一的交流微网或直流微网难以满足电力***需求，交直流混合微网作为一种兼具两者优点的网络结构，能够很好地适应电力***的发展需求。

储能***是微网的重要部分，其独特的双向调节能力使微网的运行具有更大的灵活性和可靠性，对微网的有功/无功平衡、经济调度、故障支撑以及解并列过程的平滑过渡都具有其他电源不可替代的作用。

目前现有技术大多在交直流混合微网的交流母线和直流母线两侧分别配置储能***，并通过相互独立的功率调节装置进行能量转换，运行方式较为单一。交流微网与直流微网间储能***中的电能需要通过各自独立的功率调节装置和母线互联逆变器进行能量转换，一方面降低了电能的利用效率，另一方面降低了电能转换的响应速度。

发明内容

本发明是为了解决传统储能功率调节装置不能同时满***直流电能转换的问题，提出了一种交直流两用储能功率调节装置及其控制方法，以期能直接与交直流母线连接并灵活实现能量转换，实现储能***的灵活配置与管理，从而可以更加高效的利用电能在交直流母线之间的转换，提高电能存储、转移的效率，更有益于提高交直流混合微网***的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

本发明一种交直流两用储能功率调节装置，是应用于交直流混合微网中，其特点是所述储能功率调节装置包括：功率调节主电路和中央控制器单元；

所述功率调节主电路包括3n个级联H桥单元、3n个储能单元、交流输出接口电路和直流输出接口电路；n≥1；1≤i≤n；

所述3n个级联H桥单元包括n个a相级联H桥单元(H_a1～H_an)、n个b相级联H桥单元(H_b1～H_bn)和n个c相级联H桥单元(H_c1～H_cn)；

第i个a相级联H桥单元包括第i个a相全桥逆变器及第i个a相滤波电容(C_ai)；

第i个b相级联H桥单元包括第i个b相全桥逆变器及第i个b相滤波电容(C_bi)；

第i个c相级联H桥单元包括第i个c相全桥逆变器及第i个c相滤波电容(C_ci)；

所述3n个储能单元包括n个a相储能单元、n个b相储能单元和n个c相储能单元；

第i个a相储能单元包括：第i个a相储能设备(V_ai)及其串联的第i个a相直流断路器(K_DCai)；

第i个b相储能单元包括：第i个b相储能设备(V_bi)及其串联的第i个b相直流断路器(K_DCbi)；

第i个c相储能单元包括：第i个c相储能设备(V_ci)及其串联的第i个c相直流断路器(K_DCci)；

所述交流输出接口电路包括a相交流输出接口电路、b相交流输出接口电路和c相交流输出接口电路；

所述a相交流输出接口电路包括：a相交流断路器(K_ACa)及其串联的a相工频电感(L_a)；

所述b相交流输出接口电路包括：b相交流断路器(K_ACb)及其串联的b相工频电感(L_b)；

所述c相交流输出接口电路包括：c相交流断路器(K_ACc)及其串联的c相工频电感(L_c)；

所述直流输出接口电路包括第一直流输出接口电路、第二直流输出接口电路、第三直流输出接口电路、第四直流断路器(K_DC4)以及滤波电容(C_DC)；

所述第一直流输出接口电路包括：第一直流断路器(K_DC1)及其串联的第一高频电感(L₁)；

所述第二直流输出接口电路包括：第二直流断路器(K_DC2)及其串联的第二高频电感(L₂)；

所述第三直流输出接口电路包括：第三直流断路器(K_DC3)及其串联的第三高频电感(L₃)；

所述第i个a相全桥逆变器的一侧分别与a相滤波电容(C_ai)和第i个a相储能单元并联；

所述第i个a相全桥逆变器的另一侧分别与第i-1个a相全桥逆变器和第i+1个a相全桥逆变器串联，形成a相变换单元后，再分别与所述第一直流输出接口电路以及所述a相交流输出接口电路并联；

所述第i个b相全桥逆变器的一侧分别与b相滤波电容(C_bi)和第i个b相储能单元并联；

所述第i个b相全桥逆变器的另一侧分别与第i-1个b相全桥逆变器和第i+1个b相全桥逆变器串联，形成b相变换单元后，再分别与所述第二直流输出接口电路以及所述b相交流输出接口电路并联；

所述第i个c相全桥逆变器的一侧分别与c相滤波电容(C_ci)和第i个c相储能单元并联；

所述第i个c相全桥逆变器的另一侧分别与第i-1个c相全桥逆变器和第i+1个c相全桥逆变器串联，形成c相变换单元后，再分别与所述第三直流输出接口电路以及所述c相交流输出接口电路并联；

所述a相交流输出接口电路与交流电网的a相连接；

所述b相交流输出接口电路与交流电网的b相连接；

所述c相交流输出接口电路与交流电网的c相连接；

所述第一直流输出接口电路、所述第二直流输出接口电路、所述第三直流输出接口电路和所述滤波电容并联后与所述第四直流断路器(K_DC4)串联，再接入直流电网两侧；

所述中央控制器单元包括采样调理电路、控制单元和PWM调制单元；

所述采样调理电路分别采集由交流输出接口电路处的三相电网相电压和三路工频电感电流、直流输出接口电路处的直流电压和三路高频电感电流、3n个储能单元的直流电压所构成的采样信号并传递给所述控制单元；

所述控制单元根据所述a相交流断路器(K_ACa)、所述b相交流断路器(K_ACb)、所述c相交流断路器(K_ACc)和所述第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)以及第四直流断路器(K_DC4)的开关状态判断所述储能功率调节装置的工作模式是储能逆变器模式或储能直流变换器模式，从而根据所接收的采样信号，利用储能逆变器模式策略或储能直流变换器模式策略获得PWM控制信号，并传递给所述PWM调制单元；

所述PWM调制单元根据所述PWM控制信号控制所述3n个级联H桥单元实现功率转换调节。

本发明所述的交直流两用储能功率调节装置的特点也在于：

所述储能设备为蓄电池、超级电容、飞轮或超导磁体。

所述控制单元是按如下方式判断储能功率调节装置的工作模式是储能逆变器模式或储能直流变换器模式：

当所述a相交流断路器(K_ACa)、b相交流断路器(K_ACb)和c相交流断路器(K_ACc)闭合，且所述第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)和第四直流断路器(K_DC4)断开，则表示所述储能功率调节装置形成储能逆变器DC/AC结构，从而判断所述储能功率调节装置的工作模式是储能逆变器模式；

当所述a相交流断路器(K_ACa)、b相交流断路器(K_ACb)和c相交流断路器(K_ACc)断开，且所述第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)和第四直流断路器(K_DC4)闭合，则表示所述储能功率调节装置形成储能直流变换器DC/DC结构，从而判断所述储能功率调节装置的工作模式是储能直流变换器模式。

本发明一种交直流两用储能功率调节装置的控制方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、采集a相交流断路器(K_ACa)、b相交流断路器(K_ACb)、c相交流断路器(K_ACc)和第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)以及第四直流断路器(K_DC4)的开关状态并进行判断；

若所述a相交流断路器(K_ACa)、b相交流断路器(K_ACb)和c相交流断路器(K_ACc)闭合，且所述第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)和第四直流断路器(K_DC4)断开，则表示所述储能功率调节装置工作在储能逆变器模式，并执行步骤2；

若所述a相交流断路器(K_ACa)、b相交流断路器(K_ACb)和c相交流断路器(K_ACc)断开，且所述第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)和第四直流断路器(K_DC4)闭合，则表示储能功率调节装置工作在储能直流变换器模式，并执行步骤6；

步骤2、采集交流电网的a相相电压V_sa、b相相电压V_sb、c相相电压V_sc和a相电感电流i_a、b相电感电流i_b、c相电感电流i_c；采集n个a相储能单元的电压V_a1～V_an、n个b相储能单元的电压V_b1～V_bn以及n个c相储能单元的电压V_c1～V_cn；

对a相相电压V_sa、b相相电压V_sb、c相相电压V_sc和a相电感电流i_a、b相电感电流i_b、c相电感电流i_c作abc/dq坐标变换，分别得到电网电压d轴分量V_sd、q轴分量V_sq和电网电流d轴分量i_d、q轴分量i_q；

步骤3、采用功率解耦控制方法，给定有功指令P^*、无功指令Q^*，按式(1)计算得到给定有功电流指令i_d ^*和无功电流指令i_q ^*：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_d^{*}=P^{*}/V_{sd}\\ i_q^{*}=Q^{*}/V_{sd}\end{array}\right.---\left(1\right)$

步骤4、将有功电流指令i_d ^*和交流电网侧电流d轴分量i_d的差值、无功电流指令i_q ^*和交流电网侧电流q轴分量i_q的差值，经过有功无功电流解耦控制后得到级联H桥单元交流输出电压的dq轴参考分量u_d、u_q；将所述dq轴参考分量u_d、u_q经反坐标变换得到PWM信号产生环节的调制波原始电压信号U_abc ^*；

步骤5、利用载波相移CPS-SPWM调制方法，按式(2)计算得到PWM信号产生环节的调制波信号u_abc：

$u_{abc}=\frac{3U_{abc}^{*}}{V_{a1}+...+V_{an}+V_{b1}+...+V_{bn}+V_{c1}+...+V_{cn}}---\left(2\right)$

将所得调制波信号u_abc作为n个a相全桥逆变器的正弦调制波，并将所述n个a相全桥逆变器的正弦调制波作为左桥臂的调制波信号，将所述n个a相全桥逆变器的正弦调制波移相180°作为右桥臂的调制波信号；

将所得调制波信号u_abc滞后120°作为n个b相全桥逆变器的正弦调制波，并将所述n个b相全桥逆变器的正弦调制波作为左桥臂的调制波信号，将所述n个b相全桥逆变器的正弦调制波移相180°作为右桥臂的调制波信号；

将所得调制波信号u_abc提前120°作为n个c相全桥逆变器的正弦调制波，并将所述n个c相全桥逆变器的正弦调制波作为左桥臂的调制波信号，将所述n个c相全桥逆变器的正弦调制波移相180°作为右桥臂的调制波信号；

给定一个全桥逆变器的原始三角载波信号，并将所述原始三角载波信号依次移相π/n个载波周期，从而获得n个全桥逆变器的三角载波信号，并分别作为n个a相全桥逆变器的三角载波信号、n个b相全桥逆变器的三角载波信号和n个c相全桥逆变器的三角载波信号；

将所述n个a相全桥逆变器的正弦调制波和所述n个a相全桥逆变器的三角载波信号进行对比，得到n个a相全桥逆变器的PWM驱动信号；

将所述n个b相全桥逆变器的正弦调制波和所述n个b相全桥逆变器的三角载波信号进行对比，得到n个b相全桥逆变器的PWM驱动信号；

将所述n个c相全桥逆变器的正弦调制波和所述n个c相全桥逆变器的三角载波信号进行对比，得到n个c相全桥逆变器的PWM驱动信号；

根据所述n个a相全桥逆变器的PWM驱动信号、n个b相全桥逆变器的PWM驱动信号和n个c相全桥逆变器的PWM驱动信号控制储能逆变器功率双向可控流动；

步骤6、采集直流电网电压V_o和第一高频电感电流i_L1、第二高频电感电流i_L2、第三高频电感电流i_L3；采集n个a相储能单元的电压V_a1～V_an、n个b相储能单元的电压V_b1～V_bn以及n个c相储能单元的电压V_c1～V_cn；

步骤7、控制3n个级联H桥单元中全桥逆变器的右桥臂上管始终关断、下管始终导通，从而使得各相n个级联H桥单元输出能串联于直流电网；

步骤8、采用控制储能***充放电功率方法，给定储能***功率指令P_ref，根据采样所得直流母线电压V_o，通过式(3)计算出储能***的充放电电流基准值I_ref：

$I_{ref}=\frac{P_{ref}}{3V_0}---\left(3\right)$

步骤9、将储能***的充放电电流基准值I_ref分别与第一高频电感电流i_L1、第二高频电感电流i_L2、第三高频电感电流i_L3相比较，所获得的差值分别经PI环节得到3路通道的调制波信号；

给定一个原始三角载波，采用三相交错并联控制方式将所述原始三角载波依次移相2π/3相位，从而获得3路通道的三角载波；将3路通道的三角载波分别与3路通道的调制波信号进行对比，产生全桥逆变器的PWM驱动信号，以所述PWM驱动信号控制储能直流变换器功率双向可控流动。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明储能功率调节装置使储能***能够利用一套功率调节装置既连接交流电网，又连接直流电网，根据交直流混合微网***的运行条件灵活控制储能功率调节装置工作在DC/AC逆变或DC/DC直流变换两种不同运行模式，克服了现有技术需要在交直流混合微网***的交流母线和直流母线两侧独立配置储能***及相应功率调节装置的问题，实现了储能***的灵活配置与管理，提高了电能在交直流母线间的转换效率，提高了交直流混合微网***的稳定性与可靠性，同时减小了投资成本和设备安装空间，保证了不同运行模式下设备的充分利用。

2、本发明通过调节交流输出接口电路和直流输出接口电路的断路器开关状态，控制储能功率调节装置在储能逆变器DC/AC结构和储能直流变换器DC/DC结构间灵活切换，克服了传统功率调节装置运行方式单一的问题，实现了功率调节装置运行方式多样化；同时利用断路器开关状态作为储能功率调节装置工作模式的判断依据，判断储能功率调节装置的工作模式是储能逆变器模式或储能直流变换器模式；装置结构切换方法简单灵活，控制判断依据直观可靠，提高了储能功率调节装置的适用性和可操作性。

3、本发明在储能逆变器模式下采用功率解耦控制方法和载波相移CPS-SPWM调制方法作为储能功率调节装置的控制方法；功率解耦控制方法实现了对储能逆变器输出功率的快速精确控制；载波相移CPS-SPWM调制方法控制简单，可大幅减小逆变器输出电压谐波，降低了对输出滤波电路的要求。

4、本发明在储能直流变换器模式下采用控制储能***充放电功率方法和三相交错并联控制方式作为储能功率调节装置的控制方法；控制储能***充放电功率方法实现了对储能直流变换器输出功率的快速精确控制，使储能功率调节装置适用于平抑可再生能源波动场合；三相交错并联控制方式减小了输出总电流纹波，提高了纹波脉动频率，从而减小了输出滤波电感、电容的参数值，有利于改善电路的动态响应能力，提高了***效率。

附图说明

图1为本发明储能功率调节装置结构示意图；

图2为本发明储能功率调节装置储能逆变器工作模式拓扑结构示意图；

图3为本发明储能功率调节装置储能直流变换器工作模式拓扑结构示意图；

图4为本发明储能功率调节装置储能逆变器工作模式控制结构示意图；

图5为本发明储能功率调节装置储能直流变换器工作模式控制结构示意图。

具体实施方式

本实施例中，一种交直流两用储能功率调节装置，是应用于交直流混合微网中，主要包括功率调节主电路和中央控制器单元；

如图1所示，功率调节主电路包括6个级联H桥单元、6个储能单元、交流输出接口电路和直流输出接口电路；1≤i≤2；

6个级联H桥单元包括2个a相级联H桥单元(H_a1～H_a2)、2个b相级联H桥单元(H_b1～H_b2)和2个c相级联H桥单元(H_c1～H_c2)；其中，第i个a相级联H桥单元包括第i个a相全桥逆变器及第i个a相滤波电容(C_ai)；第i个b相级联H桥单元包括第i个b相全桥逆变器及第i个b相滤波电容(C_bi)；第i个c相级联H桥单元包括第i个c相全桥逆变器及第i个c相滤波电容(C_ci)；

6个储能单元包括2个a相储能单元、2个b相储能单元和2个c相储能单元；其中，第i个a相储能单元包括：第i个a相储能设备(V_ai)及其串联的第i个a相直流断路器(K_DCai)；第i个b相储能单元包括：第i个b相储能设备(V_bi)及其串联的第i个b相直流断路器(K_DCbi)；第i个c相储能单元包括：第i个c相储能设备(V_ci)及其串联的第i个c相直流断路器(K_DCci)；其中储能设备为蓄电池、超级电容、飞轮或超导磁体；

交流输出接口电路包括a相交流输出接口电路、b相交流输出接口电路和c相交流输出接口电路；a相交流输出接口电路包括：a相交流断路器(K_ACa)及其串联的a相工频电感(L_a)；b相交流输出接口电路包括：b相交流断路器(K_ACb)及其串联的b相工频电感(L_b)；c相交流输出接口电路包括：c相交流断路器(K_ACc)及其串联的c相工频电感(L_c)；

直流输出接口电路包括第一直流输出接口电路、第二直流输出接口电路、第三直流输出接口电路、第四直流断路器(K_DC4)以及滤波电容(C_DC)；第一直流输出接口电路包括：第一直流断路器(K_DC1)及其串联的第一高频电感(L₁)；第二直流输出接口电路包括：第二直流断路器(K_DC2)及其串联的第二高频电感(L₂)；第三直流输出接口电路包括：第三直流断路器(K_DC3)及其串联的第三高频电感(L₃)；

整个功率调节主电路按以下方式连接：

第i个a相全桥逆变器的一侧分别与a相滤波电容(C_ai)和第i个a相储能单元并联；第i个a相全桥逆变器的另一侧分别与第i-1个a相全桥逆变器和第i+1个a相全桥逆变器串联，形成a相变换单元后，再分别与第一直流输出接口电路以及a相交流输出接口电路并联；第i个b相全桥逆变器的一侧分别与b相滤波电容(C_bi)和第i个b相储能单元并联；第i个b相全桥逆变器的另一侧分别与第i-1个b相全桥逆变器和第i+1个b相全桥逆变器串联，形成b相变换单元后，再分别与第二直流输出接口电路以及b相交流输出接口电路并联；第i个c相全桥逆变器的一侧分别与c相滤波电容(C_ci)和第i个c相储能单元并联；第i个c相全桥逆变器的另一侧分别与第i-1个c相全桥逆变器和第i+1个c相全桥逆变器串联，形成c相变换单元后，再分别与第三直流输出接口电路以及c相交流输出接口电路并联；

a相交流输出接口电路与交流电网的a相连接；b相交流输出接口电路与交流电网的b相连接；c相交流输出接口电路与交流电网的c相连接；

第一直流输出接口电路、第二直流输出接口电路、第三直流输出接口电路和滤波电容(C_DC)并联后与第四直流断路器(K_DC4)串联，再接入直流电网两侧；

本实施所示拓扑结构，可通过调节交流输出接口电路和直流输出接口电路的断路器开关状态控制储能功率调节装置在储能逆变器DC/AC结构和储能直流变换器DC/DC结构间灵活切换，实现了储能逆变器功能和储能直流变换器功能集中于一套功率调节装置，使得功率调节装置运行方式多样化；同时储能单元实现分布式运行，便于储能单元实现均衡控制，提高了大规模储能***的可靠性；储能单元与级联H桥单元构成独立子模块，***可进行模块化设计，便于储能***扩展增容。

如图1所示，中央控制器单元包括采样调理电路、控制单元和PWM调制单元；

采样调理电路分别采集由交流输出接口电路处的三相电网相电压(V_sa、V_sb、V_sc)和三路工频电感电流(i_a、i_b、i_c)、直流输出接口电路处的直流电压(V_o)和三路高频电感电流(i_L1、i_L2、i_L3)、6个储能单元的直流电压(V_a1、V_a2、V_b1、V_b2、V_c1、V_c2)所构成的采样信号并传递给控制单元；控制单元根据a相交流断路器(K_ACa)、b相交流断路器(K_ACb)、c相交流断路器(K_ACc)和第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)以及第四直流断路器(K_DC4)的开关状态判断储能功率调节装置的工作模式是储能逆变器模式或储能直流变换器模式，从而根据所接收的采样信号，利用储能逆变器模式策略或储能直流变换器模式策略获得PWM控制信号，并传递给PWM调制单元；PWM调制单元根据PWM控制信号控制6个级联H桥单元实现功率转换调节。

在装置工作过程中，控制单元按如下方式判断储能功率调节装置的工作模式是储能逆变器模式或储能直流变换器模式：

当a相交流断路器(K_ACa)、b相交流断路器(K_ACb)和c相交流断路器(K_ACc)闭合，且第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)和第四直流断路器(K_DC4)断开，则表示储能功率调节装置形成储能逆变器DC/AC结构，如图2所示，从而判断储能功率调节装置的工作模式是储能逆变器模式；

当a相交流断路器(K_ACa)、b相交流断路器(K_ACb)和c相交流断路器(K_ACc)断开，且第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)和第四直流断路器(K_DC4)闭合，则表示储能功率调节装置形成储能直流变换器DC/DC结构，如图3所示，从而判断储能功率调节装置的工作模式是储能直流变换器模式。

本实施例中，适用于交直流两用储能功率调节装置的控制方法如图4和图5所示，图4为储能功率调节装置储能逆变器工作模式控制结构示意图，图5为储能功率调节装置储能直流变换器工作模式控制结构示意图，整体控制方法按如下步骤进行：

步骤1、采集a相交流断路器(K_ACa)、b相交流断路器(K_ACb)、c相交流断路器(K_ACc)和第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)以及第四直流断路器(K_DC4)的开关状态并进行判断；

若a相交流断路器(K_ACa)、b相交流断路器(K_ACb)和c相交流断路器(K_ACc)闭合，且第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)和第四直流断路器(K_DC4)断开，则表示储能功率调节装置工作在储能逆变器模式，并执行步骤2；

若a相交流断路器(K_ACa)、b相交流断路器(K_ACb)和c相交流断路器(K_ACc)断开，且第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)和第四直流断路器(K_DC4)闭合，则表示储能功率调节装置工作在储能直流变换器模式，并执行步骤6；

步骤2、采集交流电网的a相相电压V_sa、b相相电压V_sb、c相相电压V_sc和a相电感电流i_a、b相电感电流i_b、c相电感电流i_c；采集2个a相储能单元的电压V_a1、V_a2、2个b相储能单元的电压V_b1、V_b2以及2个c相储能单元的电压V_c1、V_c2；

对a相相电压V_sa、b相相电压V_sb、c相相电压V_sc和a相电感电流i_a、b相电感电流i_b、c相电感电流i_c作abc/dq坐标变换，分别得到电网电压d轴分量V_sd、q轴分量V_sq和电网电流d轴分量i_d、q轴分量i_q；

步骤3、级联H桥储能变换器常用功率控制策略有基于有功无功功率解耦控制与基于零序分量分离法的分相控制。基于功率解耦策略可以实现对储能变换器输出功率的快速精确控制，因此本实施例以功率解耦控制作为储能逆变器的基本控制方法。

采用功率解耦控制方法，给定有功指令P*、无功指令Q*，采用电网电压矢量定向，使得V_sq恒等于零，简化有功无功电流的求解过程。按式(1)计算得到给定有功电流指令id*和无功电流指令iq*：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_d^{*}=P^{*}/V_{sd}\\ i_q^{*}=Q^{*}/V_{sd}\end{array}\right.---\left(1\right)$

步骤4、将有功电流指令i_d ^*和交流电网侧电流d轴分量i_d的差值、无功电流指令i_q ^*和交流电网侧电流q轴分量i_q的差值，经过有功无功电流解耦控制后得到级联H桥单元交流输出电压的dq轴参考分量u_d、u_q；将dq轴参考分量u_d、u_q经反坐标变换得到PWM信号产生环节的调制波信号U_abc ^*；

步骤5、目前级联H桥多电平变换器的PWM调制方式有阶梯脉宽调制、脉冲阶梯调制、多载波SPWM调制、载波相移CPS-SPWM调制、空间矢量SVPWM调制以及错时采样SVPWM调制等多种技术，其中以载波相移CPS-SPWM调制性能优越，控制简单，适用于模块化控制结构，因此本实施例以载波相移CPS-SPWM调制方法作为储能逆变器的脉冲形成方式。

利用载波相移CPS-SPWM调制方法，按式(2)计算得到PWM信号产生环节的调制波信号u_abc：

$u_{abc}=\frac{3U_{abc}^{*}}{V_{a1}+V_{a2}+V_{b1}+V_{b2}+V_{c1}+V_{c2}}---\left(2\right)$

将所得调制波信号u_abc作为n个a相全桥逆变器的正弦调制波，并将所述n个a相全桥逆变器的正弦调制波作为左桥臂的调制波信号，将所述n个a相全桥逆变器的正弦调制波移相180°作为右桥臂的调制波信号；

将所得调制波信号u_abc滞后120°作为n个b相全桥逆变器的正弦调制波，并将所述n个b相全桥逆变器的正弦调制波作为左桥臂的调制波信号，将所述n个b相全桥逆变器的正弦调制波移相180°作为右桥臂的调制波信号；

将所得调制波信号u_abc提前120°作为n个c相全桥逆变器的正弦调制波，并将所述n个c相全桥逆变器的正弦调制波作为左桥臂的调制波信号，将所述n个c相全桥逆变器的正弦调制波移相180°作为右桥臂的调制波信号；

给定一个全桥逆变器的原始三角载波信号，并将原始三角载波信号依次移相π/2个载波周期，从而获得2个全桥逆变器的三角载波信号，并分别作为2个a相全桥逆变器的三角载波信号、2个b相全桥逆变器的三角载波信号和2个c相全桥逆变器的三角载波信号；

将2个a相全桥逆变器的正弦调制波和2个a相全桥逆变器的三角载波信号进行对比，得到2个a相全桥逆变器的PWM驱动信号；

将2个b相全桥逆变器的正弦调制波和2个b相全桥逆变器的三角载波信号进行对比，得到2个b相全桥逆变器的PWM驱动信号；

将2个c相全桥逆变器的正弦调制波和2个c相全桥逆变器的三角载波信号进行对比，得到2个c相全桥逆变器的PWM驱动信号；

根据2个a相全桥逆变器的PWM驱动信号、2个b相全桥逆变器的PWM驱动信号和2个c相全桥逆变器的PWM驱动信号控制储能逆变器功率双向可控流动；

步骤6、采集直流电网电压V_o和第一高频电感电流i_L1、第二高频电感电流i_L2、第三高频电感电流i_L3；采集2个a相储能单元的电压V_a1、V_a2、2个b相储能单元的电压V_b1、V_b2以及2个c相储能单元的电压V_c1、V_c2；

步骤7、控制6个级联H桥单元中全桥逆变器的右桥臂上管始终关断、下管始终导通，从而使得各相2个级联H桥单元输出能串联于直流电网；

步骤8、采用控制储能***充放电功率策略，给定储能***功率指令P_ref，根据采样所得直流母线电压V_o，通过式(3)计算出储能***的充放电电流基准值I_ref：

$I_{ref}=\frac{P_{ref}}{3V_0}---\left(3\right)$

步骤9、将储能***的充放电电流基准值I_ref分别与第一高频电感电流i_L1、第二高频电感电流i_L2、第三高频电感电流i_L3相比较，所获得的差值分别经PI环节得到3路通道的调制波信号；

给定一个原始三角载波，采用三相交错并联控制方式将原始三角载波依次移相2π/3相位，从而获得3路通道的三角载波。相较于三相同步并联控制方式，三相交错并联控制方式可减小输出总电流纹波，提高纹波脉动频率，从而减小输出滤波电感、电容的参数值，有利于改善电路的动态响应能力，提高***效率；

将3路通道的三角载波分别与3路通道的调制波信号进行对比，产生全桥逆变器的PWM驱动信号，以PWM驱动信号控制储能直流变换器功率双向可控流动，可用于平滑可再生能源输出功率波动场合。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求书的保护范围为主。

Claims (4)

1.一种交直流两用储能功率调节装置，是应用于交直流混合微网中，其特征是所述储能功率调节装置包括：功率调节主电路和中央控制器单元；

所述功率调节主电路包括3n个级联H桥单元、3n个储能单元、交流输出接口电路和直流输出接口电路；n≥1；1≤i≤n；

所述3n个级联H桥单元包括n个a相级联H桥单元(H_a1～H_an)、n个b相级联H桥单元(H_b1～H_bn)和n个c相级联H桥单元(H_c1～H_cn)；

第i个a相级联H桥单元包括第i个a相全桥逆变器及第i个a相滤波电容(C_ai)；

第i个b相级联H桥单元包括第i个b相全桥逆变器及第i个b相滤波电容(C_bi)；

第i个c相级联H桥单元包括第i个c相全桥逆变器及第i个c相滤波电容(C_ci)；

所述3n个储能单元包括n个a相储能单元、n个b相储能单元和n个c相储能单元；

第i个a相储能单元包括：第i个a相储能设备(V_ai)及其串联的第i个a相直流断路器(K_DCai)；

第i个b相储能单元包括：第i个b相储能设备(V_bi)及其串联的第i个b相直流断路器(K_DCbi)；

第i个c相储能单元包括：第i个c相储能设备(V_ci)及其串联的第i个c相直流断路器(K_DCci)；

所述交流输出接口电路包括a相交流输出接口电路、b相交流输出接口电路和c相交流输出接口电路；

所述a相交流输出接口电路包括：a相交流断路器(K_ACa)及其串联的a相工频电感(L_a)；

所述b相交流输出接口电路包括：b相交流断路器(K_ACb)及其串联的b相工频电感(L_b)；

所述c相交流输出接口电路包括：c相交流断路器(K_ACc)及其串联的c相工频电感(L_c)；

所述直流输出接口电路包括第一直流输出接口电路、第二直流输出接口电路、第三直流输出接口电路、第四直流断路器(K_DC4)以及滤波电容(C_DC)；

所述第一直流输出接口电路包括：第一直流断路器(K_DC1)及其串联的第一高频电感(L₁)；

所述第二直流输出接口电路包括：第二直流断路器(K_DC2)及其串联的第二高频电感(L₂)；

所述第三直流输出接口电路包括：第三直流断路器(K_DC3)及其串联的第三高频电感(L₃)；

所述第i个a相全桥逆变器的一侧分别与a相滤波电容(C_ai)和第i个a相储能单元并联；

所述第i个a相全桥逆变器的另一侧分别与第i-1个a相全桥逆变器和第i+1个a相全桥逆变器串联，形成a相变换单元后，再分别与所述第一直流输出接口电路以及所述a相交流输出接口电路并联；

所述第i个b相全桥逆变器的一侧分别与b相滤波电容(C_bi)和第i个b相储能单元并联；

所述第i个b相全桥逆变器的另一侧分别与第i-1个b相全桥逆变器和第i+1个b相全桥逆变器串联，形成b相变换单元后，再分别与所述第二直流输出接口电路以及所述b相交流输出接口电路并联；

所述第i个c相全桥逆变器的一侧分别与c相滤波电容(C_ci)和第i个c相储能单元并联；

所述第i个c相全桥逆变器的另一侧分别与第i-1个c相全桥逆变器和第i+1个c相全桥逆变器串联，形成c相变换单元后，再分别与所述第三直流输出接口电路以及所述c相交流输出接口电路并联；

所述a相交流输出接口电路与交流电网的a相连接；

所述b相交流输出接口电路与交流电网的b相连接；

所述c相交流输出接口电路与交流电网的c相连接；

所述第一直流输出接口电路、所述第二直流输出接口电路、所述第三直流输出接口电路和所述滤波电容并联后与所述第四直流断路器(K_DC4)串联，再接入直流电网两侧；

所述中央控制器单元包括采样调理电路、控制单元和PWM调制单元；

所述采样调理电路分别采集由交流输出接口电路处的三相电网相电压和三路工频电感电流、直流输出接口电路处的直流电压和三路高频电感电流、3n个储能单元的直流电压所构成的采样信号并传递给所述控制单元；

所述控制单元根据所述a相交流断路器(K_ACa)、所述b相交流断路器(K_ACb)、所述c相交流断路器(K_ACc)和所述第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)以及第四直流断路器(K_DC4)的开关状态判断所述储能功率调节装置的工作模式是储能逆变器模式或储能直流变换器模式，从而根据所接收的采样信号，利用储能逆变器模式策略或储能直流变换器模式策略获得PWM控制信号，并传递给所述PWM调制单元；

所述PWM调制单元根据所述PWM控制信号控制所述3n个级联H桥单元实现功率转换调节。

2.根据权利要求1所述的交直流两用储能功率调节装置，其特征在于：所述储能设备为蓄电池、超级电容、飞轮或超导磁体。

3.根据权利要求1所述的交直流两用储能功率调节装置，其特征在于：所述控制单元是按如下方式判断储能功率调节装置的工作模式是储能逆变器模式或储能直流变换器模式：

当所述a相交流断路器(K_ACa)、b相交流断路器(K_ACb)和c相交流断路器(K_ACc)闭合，且所述第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)和第四直流断路器(K_DC4)断开，则表示所述储能功率调节装置形成储能逆变器DC/AC结构，从而判断所述储能功率调节装置的工作模式是储能逆变器模式；

当所述a相交流断路器(K_ACa)、b相交流断路器(K_ACb)和c相交流断路器(K_ACc)断开，且所述第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)和第四直流断路器(K_DC4)闭合，则表示所述储能功率调节装置形成储能直流变换器DC/DC结构，从而判断所述储能功率调节装置的工作模式是储能直流变换器模式。

4.一种交直流两用储能功率调节装置的控制方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、采集a相交流断路器(K_ACa)、b相交流断路器(K_ACb)、c相交流断路器(K_ACc)和第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)以及第四直流断路器(K_DC4)的开关状态并进行判断；

若所述a相交流断路器(K_ACa)、b相交流断路器(K_ACb)和c相交流断路器(K_ACc)闭合，且所述第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)和第四直流断路器(K_DC4)断开，则表示所述储能功率调节装置工作在储能逆变器模式，并执行步骤2；

若所述a相交流断路器(K_ACa)、b相交流断路器(K_ACb)和c相交流断路器(K_ACc)断开，且所述第一直流断路器(K_DC1)、第二直流断路器(K_DC2)、第三直流断路器(K_DC3)和第四直流断路器(K_DC4)闭合，则表示储能功率调节装置工作在储能直流变换器模式，并执行步骤6；

步骤2、采集交流电网的a相相电压V_sa、b相相电压V_sb、c相相电压V_sc和a相电感电流i_a、b相电感电流i_b、c相电感电流i_c；采集n个a相储能单元的电压V_a1～V_an、n个b相储能单元的电压V_b1～V_bn以及n个c相储能单元的电压V_c1～V_cn；

对a相相电压V_sa、b相相电压V_sb、c相相电压V_sc和a相电感电流i_a、b相电感电流i_b、c相电感电流i_c作abc/dq坐标变换，分别得到电网电压d轴分量V_sd、q轴分量V_sq和电网电流d轴分量i_d、q轴分量i_q；

步骤3、采用功率解耦控制方法，给定有功指令P^*、无功指令Q^*，按式(1)计算得到给定有功电流指令i_d ^*和无功电流指令i_q ^*：

$\left\{\begin{array}{c}{i}_d^{*}=P^{*}/V_{sd}\\ i_q^{*}=Q^{*}/V_{sd}\end{array}\right.---\left(1\right)$

步骤4、将有功电流指令i_d ^*和交流电网侧电流d轴分量i_d的差值、无功电流指令i_q ^*和交流电网侧电流q轴分量i_q的差值，经过有功无功电流解耦控制后得到级联H桥单元交流输出电压的dq轴参考分量u_d、u_q；将所述dq轴参考分量u_d、u_q经反坐标变换得到PWM信号产生环节的调制波原始电压信号U_abc ^*；

步骤5、利用载波相移CPS-SPWM调制方法，按式(2)计算得到PWM信号产生环节的调制波信号u_abc：

$u_{abc}=\frac{3U_{abc}^{*}}{V_{a1}+...+V_{an}+V_{b1}+...+V_{bn}+V_{c1}+...+V_{cn}}---\left(2\right)$

将所得调制波信号u_abc作为n个a相全桥逆变器的正弦调制波，并将所述n个a相全桥逆变器的正弦调制波作为左桥臂的调制波信号，将所述n个a相全桥逆变器的正弦调制波移相180°作为右桥臂的调制波信号；

将所得调制波信号u_abc滞后120°作为n个b相全桥逆变器的正弦调制波，并将所述n个b相全桥逆变器的正弦调制波作为左桥臂的调制波信号，将所述n个b相全桥逆变器的正弦调制波移相180°作为右桥臂的调制波信号；

将所得调制波信号u_abc提前120°作为n个c相全桥逆变器的正弦调制波，并将所述n个c相全桥逆变器的正弦调制波作为左桥臂的调制波信号，将所述n个c相全桥逆变器的正弦调制波移相180°作为右桥臂的调制波信号；

给定一个全桥逆变器的原始三角载波信号，并将所述原始三角载波信号依次移相π/n个载波周期，从而获得n个全桥逆变器的三角载波信号，并分别作为n个a相全桥逆变器的三角载波信号、n个b相全桥逆变器的三角载波信号和n个c相全桥逆变器的三角载波信号；

将所述n个a相全桥逆变器的正弦调制波和所述n个a相全桥逆变器的三角载波信号进行对比，得到n个a相全桥逆变器的PWM驱动信号；

将所述n个b相全桥逆变器的正弦调制波和所述n个b相全桥逆变器的三角载波信号进行对比，得到n个b相全桥逆变器的PWM驱动信号；

将所述n个c相全桥逆变器的正弦调制波和所述n个c相全桥逆变器的三角载波信号进行对比，得到n个c相全桥逆变器的PWM驱动信号；

根据所述n个a相全桥逆变器的PWM驱动信号、n个b相全桥逆变器的PWM驱动信号和n个c相全桥逆变器的PWM驱动信号控制储能逆变器功率双向可控流动；

步骤6、采集直流电网电压V_o和第一高频电感电流i_L1、第二高频电感电流i_L2、第三高频电感电流i_L3；采集n个a相储能单元的电压V_a1～V_an、n个b相储能单元的电压V_b1～V_bn以及n个c相储能单元的电压V_c1～V_cn；

步骤7、控制3n个级联H桥单元中全桥逆变器的右桥臂上管始终关断、下管始终导通，从而使得各相n个级联H桥单元输出能串联于直流电网；

步骤8、采用控制储能***充放电功率方法，给定储能***功率指令P_ref，根据采样所得直流母线电压V_o，通过式(3)计算出储能***的充放电电流基准值I_ref：

$I_{ref}=\frac{P_{ref}}{3V_0}---\left(3\right)$

步骤9、将储能***的充放电电流基准值I_ref分别与第一高频电感电流i_L1、第二高频电感电流i_L2、第三高频电感电流i_L3相比较，所获得的差值分别经PI环节得到3路通道的调制波信号；

给定一个原始三角载波，采用三相交错并联控制方式将所述原始三角载波依次移相2π/3相位，从而获得3路通道的三角载波；将3路通道的三角载波分别与3路通道的调制波信号进行对比，产生全桥逆变器的PWM驱动信号，以所述PWM驱动信号控制储能直流变换器功率双向可控流动。