一種具有失穩防御、母線諧波抑制和儲能管理功能的模塊拓撲及其控制方法技術

本發明專利技術公開了一種針對直流配電系統的具有失穩防御、母線諧波抑制和儲能管理功能的模塊拓撲，整體由一個超級電容、一個儲能電池組、兩個電感L1、L2，三個開關管S1～S3和一個容值較小的薄膜電容C1構成。該拓撲輸入源有兩個，為超級電容和儲能電池組，輸出則直接并聯到系統直流母線上。本發明專利技術還公開了一種控制方法，分為兩個部分：一個是針對由超級電容、S2、S3、L2、C1構成的Buck/Boost變換器提出的失穩防御和諧波抑制功能；另一個是針對由儲能電池、S1、S2、L1、C1構成的Buck/Boost變換器提出的儲能管理功能。本發明專利技術有助于提升配電網穩定性防御的自動化水平，具有較大的工程應用價值和推廣前景。景。景。

【技術實現步驟摘要】
一種具有失穩防御、母線諧波抑制和儲能管理功能的模塊拓撲及其控制方法


[0001]本專利技術涉及配電網穩定性領域，具體是針對直流配電系統的具有失穩防御、母線諧波抑制和儲能管理功能的模塊拓撲及其控制方法。

技術介紹

[0002]隨著光伏、風能等新能源的利用越來越多，以及汽車、照明等直流負載的日益增多，直流配電網的負載愈發復雜。盡管系統中每個變換器在單獨設計和檢測時是穩定的，但它們實際組成直流配電系統運行時，卻會因為不同變換器之間的不匹配而誘發整個系統的振蕩乃至失穩。而一旦系統中失穩源過多，則需要建立系統級的失穩防御機制。
[0003]目前的系統防御方案分為兩類：一類在系統中專門增加一個失穩防御模塊；另一類利用系統中的儲能裝置來幫助實現系統中的失穩防御。第一類方案需要在系統中增加額外的防御裝置，在一些對體積和成本有要求的新能源直流配電系統中就不太合適。另一類方案由于儲能裝置本身有特定的控制需求，如儲能單元的能量管理、系統的削峰填谷等，這些控制策略不易和系統失穩防御的控制功能兼容。

技術實現思路

[0004]一種具有失穩防御、母線諧波抑制和儲能管理功能的模塊拓撲，由一個用于實現儲能管理功能的雙向Buck/Boost變換器以及一個用于實現失穩防御和諧波抑制功能的雙向Buck/Boost變換器通過開關管S2復用集成，所述用于實現儲能管理功能的雙向Buck/Boost變換器由儲能電池、S1、S2、 L1、C1構成，所述用于實現失穩防御和諧波抑制功能的雙向Buck/Boost 變換器由超級電容、S2、S3、L2、C1構成；C1直接并聯在輸出上，S1、S2、 S3依次串聯，同樣并聯在輸出上，儲能電池和L1串聯，且并聯在S1兩端，超級電容和L2串聯，且并聯在S1和S2的兩端，所述超級電容和儲能電池組為兩個輸入源，輸出則直接并聯到系統直流母線上。
[0005]一種具有失穩防御、母線諧波抑制和儲能管理功能的模塊拓撲的控制方法，其特征在于：
[0006]對于用于實現儲能管理功能的雙向Buck/Boost變換器，通過電池狀態管理、母線電壓調節和系統功率調度功能進行控制；
[0007]對于用于實現失穩防御和諧波抑制功能的雙向Buck/Boost變換器，將其母線端口阻抗控制成兩類不同性質的等效電容C
e
的特征組合，第一類等效電容C
e1
用于實現系統失穩防御功能，控制其容值大小隨系統失穩程度變化，成正比關系。第二類等效電容C
e2
用于母線背景次諧波抑制功能，僅在需要抑制的諧波頻率處表現為一個容值非常大的等效電容；
[0008]在由超級電容、S2、S3、L2、C1構成的Buck/Boost變換器的控制和由儲能電池、S1、S2、L1、C1構成的Buck/Boost變換器的控制，分別控制實現后，使用的器件復用邏輯進行控制融合。
[0009]進一步的，針對由儲能電池、S1、S2、L1、C1構成的Buck/Boost變換器，母線電壓調節功能采樣系統母線電壓調節實現，系統功率調度功能通過采樣電池電壓、電池電流和系統母線電壓根據風能或者光伏的能量波動以及負荷之間的供需關系，進行功率調度削峰填谷。
[0010]可選的，失穩模塊中電感L1和電感L2在各個運行模式下的狀態是不同的，可以添加一個可控因子，用于描述L1和L2在各個運行模式下的狀態。
附圖說明
[0011]圖1為實施例的針對直流配電系統的具有失穩防御、母線諧波抑制和儲能管理功能的模塊拓撲示意圖；
[0012]圖2為實施例的針對直流配電系統的具有失穩防御、母線諧波抑制和儲能管理功能的模塊控制方法示意圖。
具體實施方式
[0013]現在參考附圖介紹本專利技術的示例性實施方式，然而，本專利技術可以用許多不同的形式來實施，并且不局限于此處描述的實施例，提供這些實施例是為了詳盡地且完全地公開本專利技術，并且向所屬
的技術人員充分傳達本專利技術的范圍。對于表示在附圖中的示例性實施方式中的術語并不是對本專利技術的限定。在附圖中，相同的單元/元件使用相同的附圖標記。
[0014]除非另有說明，此處使用的術語(包括科技術語)對所屬
的技術人員具有通常的理解含義。另外，可以理解的是，以通常使用的詞典限定的術語，應當被理解為與其相關領域的語境具有一致的含義，而不應該被理解為理想化的或過于正式的意義。
[0015]實施例1
[0016]一種具有失穩防御、母線諧波抑制和儲能管理功能的模塊拓撲，如圖 1所示，整體由一個超級電容、一個儲能電池組、兩個電感L1、L2，三個開關管S1～S3和一個容值較小的薄膜電容C1構成。該拓撲輸入源有兩個，為超級電容和儲能電池組，輸出則直接并聯到系統直流母線上。
[0017]具體結構為C1直接并聯在輸出上，S1、S2、S3依次串聯，同樣并聯在輸出上，儲能電池和L1串聯，且并聯在S1兩端，超級電容和L2串聯，且并聯在S1和S2的兩端。
[0018]該系統防御模塊的拓撲其實由兩個雙向Buck/Boost變換器通過開關管S2復用集成而來。其中，儲能電池、S1、S2、L1、C1構成一個Buck/Boost 變換器用于實現儲能管理功能；超級電容、S2、S3、L2、C1構成另一個 Buck/Boost變換器用于實現失穩防御和諧波抑制功能。
[0019]實施例2
[0020]一種具有失穩防御、母線諧波抑制和儲能管理功能的控制方法，分為兩個部分：一個是針對由超級電容、S2、S3、L2、C1構成的Buck/Boost 變換器提出的；另一個是針對由儲能電池、S1、S2、L1、C1構成的Buck/Boost 變換器提出的。
[0021]針對由儲能電池、S1、S2、L1、C1構成的Buck/Boost變換器，控制策略主要實現儲能管理功能。儲能管理功能具體分為電池狀態管理、母線電壓調節和系統功率調度功能。電池狀態管理功能通過采樣電池電壓和電池電流調節電池的充放電壓/電流。母線電壓調節功
能采樣系統母線電壓調節實現，系統功率調度功能通過采樣電池電壓、電池電流和系統母線電壓根據風能或者光伏的能量波動以及負荷之間的供需關系，進行功率調度削峰填谷。
[0022]針對由超級電容、S2、S3、L2、C1構成的Buck/Boost變換器，控制策略分為失穩防御和諧波抑制兩個部分的功能。其主要通過將該Buck/Boost 變換器的母線端口阻抗控制成兩類不同性質的等效電容C
e
的特征組合。
[0023]第一類等效電容C
e1
用于實現系統失穩防御功能，控制其容值大小隨系統失穩程度變化，成正比關系。第二類等效電容C
e2
用于母線背景次諧波抑制功能，僅在需要抑制的諧波頻率處表現為一個容值非常大的等效電容。
[0024]在由超級電容、S2、S3、L2、C1構成的Buck/Boost變換器的控制和由儲能電池、S1、S2、L1、C1構成的Buck/Boost變換器的控制，分別控制實現后，使用式1所本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種具有失穩防御、母線諧波抑制和儲能管理功能的模塊拓撲，其特征在于：由一個用于實現儲能管理功能的雙向Buck/Boost變換器以及一個用于實現失穩防御和諧波抑制功能的雙向Buck/Boost變換器通過開關管S2復用集成，所述用于實現儲能管理功能的雙向Buck/Boost變換器由儲能電池、S1、S2、L1、C1構成，所述用于實現失穩防御和諧波抑制功能的雙向Buck/Boost變換器由超級電容、S2、S3、L2、C1構成；C1直接并聯在輸出上，S1、S2、S3依次串聯，同樣并聯在輸出上，儲能電池和L1串聯，且并聯在S1兩端，超級電容和L2串聯，且并聯在S1和S2的兩端，所述超級電容和儲能電池組為兩個輸入源，輸出則直接并聯到系統直流母線上。2.權利要求1所述的一種具有失穩防御、母線諧波抑制和儲能管理功能的模塊拓撲的控制方法，其特征在于：對于用于實現儲能管理功能的雙向Buck/Boost變換器，通過電池狀態管理、母線電壓調節和系統功率調度功能進行控制；對于用于實現失穩防御和諧波抑制功能的雙向Buck/Boost變換器，將其母線端口阻抗控制成兩類不同性質的等效...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張欣，龍海鴻，胡柯昕，高祎韓，馬皓，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：