【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電力電子，尤其涉及一種氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制方法、裝置及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、隨著人類社會(huì)對于可再生能源的需求量越來越高，分布式發(fā)電得到了廣泛應(yīng)用，而大比例分布式電源聯(lián)網(wǎng)可能帶來大系統(tǒng)電網(wǎng)功角、電壓、頻率穩(wěn)定性等問題。因此，必須完善分布式電源并網(wǎng)接口的控制，加強(qiáng)諧波治理，優(yōu)化電能質(zhì)量，輔助提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。
2、并網(wǎng)系統(tǒng)是燃料電池分布式發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分，而燃料電池、太陽能等分布式能源的輸出均為一個(gè)電壓較小、變化較大的直流電源，無法直接提供一個(gè)穩(wěn)定且高額的電壓，也無法穩(wěn)定地供給電網(wǎng)能源。因此，需要使用電力電子技術(shù)將這些直流輸出進(jìn)行逆變以獲得所需要的交流電源，2022年，朱小全博士提出了一種基于準(zhǔn)z源網(wǎng)絡(luò)的高增益模塊化多電平諧振直流升壓變換器，它繼承了mmc(modular?multilevel?converter，模塊化多電平變換器)的優(yōu)勢，通過提高下橋臂功率開關(guān)器件的開關(guān)頻率，下橋臂只需使用一個(gè)子模塊，從而減小變換器的體積和成本。此外，該變換器下橋臂子模塊可實(shí)現(xiàn)zvs(zero-voltage-switching，零電壓開通)，極大地降低變換器開關(guān)損耗。該變換器具有較好的線性特性，無須復(fù)雜的閉環(huán)控制，在開環(huán)狀態(tài)下便能實(shí)現(xiàn)子模塊電容電壓自均衡。然而，面對分布式燃料電池的寬范圍輸出難以穩(wěn)定到高額電壓進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高壓直掛的技術(shù)問題，雖然現(xiàn)有基于準(zhǔn)z源網(wǎng)絡(luò)的高增益模塊化多電平諧振直流升壓變換器的控制方法可在開環(huán)狀態(tài)下穩(wěn)定工作，且子模塊電容電壓能實(shí)現(xiàn)自均衡，但是現(xiàn)有方法中變換器的全部子模
3、因此，亟需一種新的技術(shù)方案，用以解決現(xiàn)有基于準(zhǔn)z源網(wǎng)絡(luò)的高增益模塊化多電平諧振直流升壓變換器的控制方法中全部子模塊長期投入運(yùn)行工作導(dǎo)致變換器故障率升高、降低系統(tǒng)的可靠性的技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供了一種氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制方法、裝置及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有基于準(zhǔn)z源網(wǎng)絡(luò)的高增益模塊化多電平諧振直流升壓變換器的控制方法中全部子模塊長期投入運(yùn)行工作導(dǎo)致變換器故障率升高、降低系統(tǒng)的可靠性的技術(shù)問題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制方法，包括：
3、設(shè)定變換器輸出直流電壓的參考值；測量變換器輸出直流電壓的實(shí)際值；根據(jù)輸出直流電壓的參考值和實(shí)際值通過電壓閉環(huán)控制得到變換器第四子模塊的開關(guān)管占空比。
4、根據(jù)第四子模塊的開關(guān)管占空比得到第一信號以及第四子模塊的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號；第四子模塊的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號包括第二開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號。
5、根據(jù)第一信號進(jìn)行預(yù)設(shè)移相處理分別得到第二信號和第三信號；將第一信號、第二信號和第三信號分別加上第二開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號后通過限幅器得到變換器第一子模塊、第二子模塊和第三子模塊的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號。
6、根據(jù)第一子模塊、第二子模塊、第三子模塊和第四子模塊的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號控制變換器中的開關(guān)管，周期性地從第一子模塊、第二子模塊、第三子模塊和第四子模塊中按預(yù)設(shè)組合條件選擇兩個(gè)或三個(gè)子模塊交替投入運(yùn)行。
7、優(yōu)選的，根據(jù)第四子模塊的開關(guān)管占空比得到第一信號以及第四子模塊的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號包括：
8、將第四子模塊的開關(guān)管占空比與頻率為預(yù)設(shè)開關(guān)頻率fs的三角載波進(jìn)行比較，得到第一信號。
9、將第四子模塊的開關(guān)管占空比與頻率為3倍預(yù)設(shè)開關(guān)頻率fs的三角載波進(jìn)行比較，得到第一開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號；將第一開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號進(jìn)行取反，得到第二開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號。
10、優(yōu)選的，第四子模塊的開關(guān)管占空比可通過如下關(guān)系式計(jì)算得到：
11、
12、其中，d表示第四子模塊的開關(guān)管占空比；kp為比例系數(shù)；ki為積分系數(shù)；s為復(fù)數(shù)變量；uref表示變換器輸出直流電壓的參考值；uo表示變換器輸出直流電壓的實(shí)際值。
13、優(yōu)選的，根據(jù)第一信號進(jìn)行預(yù)設(shè)移相處理分別得到第二信號和第三信號包括：
14、將第一信號的驅(qū)動(dòng)信號移相得到第二信號。
15、將第一信號的驅(qū)動(dòng)信號移相得到第三信號。
16、其中，
17、優(yōu)選的，根據(jù)第一子模塊、第二子模塊、第三子模塊和第四子模塊的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號控制變換器中的開關(guān)管，周期性地從第一子模塊、第二子模塊、第三子模塊和第四子模塊中按預(yù)設(shè)組合條件選擇兩個(gè)或三個(gè)子模塊交替投入運(yùn)行包括：
18、根據(jù)第一子模塊、第二子模塊、第三子模塊和第四子模塊的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號控制變換器中的開關(guān)管時(shí)，變換器在一個(gè)工作周期內(nèi)按預(yù)設(shè)時(shí)間間隔依次形成第一模態(tài)、第二模態(tài)、第一模態(tài)、第三模態(tài)、第一模態(tài)和第四模態(tài)。
19、第一模態(tài)包括三個(gè)投入運(yùn)行的子模塊：第一子模塊、第二子模塊和第三子模塊。
20、第二模態(tài)、第三模態(tài)和第四模態(tài)包括兩個(gè)投入運(yùn)行的子模塊：第四子模塊以及第一子模塊、第二子模塊或第三子模塊其中一個(gè)子模塊。
21、優(yōu)選的，第一模態(tài)包括：
22、在第一模態(tài)中，開關(guān)管s1、s2、s3和s5均導(dǎo)通，開關(guān)管s4關(guān)斷，則電容c1、c2和c3投入運(yùn)行，電容c4處于切除狀態(tài)，即第一子模塊、第二子模塊和第三子模塊投入運(yùn)行；二極管d1承受反向壓降截止，低壓側(cè)電壓源v0和電容c6通過開關(guān)管s5構(gòu)成回路為電感l(wèi)1充電，電容c5通過開關(guān)管s5為電感l(wèi)2充電。
23、優(yōu)選的，第二模態(tài)包括：
24、在第二模態(tài)中，開關(guān)管s1和s4導(dǎo)通，開關(guān)管s2、s3和s5均關(guān)斷，則電容c2和c3處于切除狀態(tài)，電容c1和c4投入運(yùn)行，即第一子模塊和所述第四子模塊投入運(yùn)行；二極管d1承受正向壓降導(dǎo)通，電感l(wèi)1和l2釋放能量。
25、優(yōu)選的，第三模態(tài)包括：
26、在第三模態(tài)中，開關(guān)管s2和s4導(dǎo)通，開關(guān)管s1、s3和s5均關(guān)斷，則電容c1和c3處于切除狀態(tài)，電容c2和c4投入運(yùn)行，即第二子模塊和所述第四子模塊投入運(yùn)行；二極管d1承受正向壓降導(dǎo)通，電感l(wèi)1和l2釋放能量。
27、優(yōu)選的，第四模態(tài)包括：
28、在第四模態(tài)中，開關(guān)管s3和s4導(dǎo)通，開關(guān)管s1、s2和s5均關(guān)斷，則電容c1和c2處于切除狀態(tài)，電容c3和c4投入運(yùn)行，即第三子模塊和所述第四子模塊投入運(yùn)行；二極管d1承受正向壓降導(dǎo)通，電感l(wèi)1和l2釋放能量。
29、本專利技術(shù)還提供了一種氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制裝置，包括控制器，控制器用于與變換器連接；
30、控制器還用于設(shè)定變換器輸出直流電壓的參考值，測量變換器輸出直流電壓的實(shí)際值，根據(jù)輸出直流電壓的參考值和實(shí)際值通過電壓閉環(huán)控制得到變換器第四子模塊的開關(guān)管占空比；
31、控制器還用于根據(jù)第四子模塊的開關(guān)管占空比得到第一信號以及第四子模塊的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號；第四子模塊本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制方法，其特征在于，根據(jù)所述第四子模塊的開關(guān)管占空比得到第一信號以及第四子模塊的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制方法，其特征在于，根據(jù)所述第一信號進(jìn)行預(yù)設(shè)移相處理分別得到第二信號和第三信號包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制方法，其特征在于，根據(jù)所述第一子模塊、第二子模塊、第三子模塊和第四子模塊的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號控制所述變換器中的開關(guān)管，周期性地從所述第一子模塊、第二子模塊、第三子模塊和第四子模塊中按預(yù)設(shè)組合條件選擇兩個(gè)或三個(gè)子模塊交替投入運(yùn)行包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制方法，其特征在于，所述第一模態(tài)包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制方法，其特征在于，所述第二模態(tài)包括：
7
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制方法，其特征在于，所述第四模態(tài)包括：
9.一種氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制裝置，其特征在于，包括控制器，所述控制器用于與所述變換器連接；
10.一種氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括控制裝置和變換器；所述控制裝置包括控制器；所述控制器與所述變換器連接；
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制方法，其特征在于，根據(jù)所述第四子模塊的開關(guān)管占空比得到第一信號以及第四子模塊的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制方法，其特征在于，根據(jù)所述第一信號進(jìn)行預(yù)設(shè)移相處理分別得到第二信號和第三信號包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氫燃料電池用高增益模塊化多電平直流變換器的控制方法，其特征在于，根據(jù)所述第一子模塊、第二子模塊、第三子模塊和第四子模塊的開關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號控制所述變換器中的開關(guān)管，周期性地從所述第一子模塊、第二子模塊、第三子模塊和第四子模塊中按預(yù)設(shè)組合條件選擇兩個(gè)或三個(gè)子模塊交替投入運(yùn)行包括：
5....
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姜飛，湯昊，何桂雄，華東，裴翔羽，賀銳智，
申請(專利權(quán))人：長沙理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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