三電平儲能變流器的中點電壓平衡優(yōu)化控制研究.pdf

1、隨著化石能源的日益減少以及環(huán)境污染問題的愈發(fā)嚴(yán)重，風(fēng)能、太陽能等可再生能源的開發(fā)利用成為全球能源戰(zhàn)略的關(guān)鍵，而目前儲能是制約新能源發(fā)展與廣泛應(yīng)用的瓶頸問題，因此儲能系統(tǒng)的研究刻不容緩。
　　其中，雙向能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)(PCS)作為儲能介質(zhì)與電網(wǎng)/負(fù)載的接口，構(gòu)成了整個儲能系統(tǒng)的核心，其本質(zhì)是一個用于實現(xiàn)雙向功率調(diào)節(jié)的電力電子變換器，目前主要有高壓鏈?zhǔn)絻δ芘c低壓模塊化并聯(lián)兩類拓?fù)?，其中低壓模塊化并聯(lián)方案具備控制成熟且模塊化擴(kuò)容方便等優(yōu)勢

2、，因而成為目前大容量電力儲能的主要選擇形式。當(dāng)前，對于模塊化并聯(lián)PCS而言，效率是其關(guān)注的重點，而三電平拓?fù)湎鄬呻娖娇梢越档蛽p耗，提高等效開關(guān)頻率并減小并網(wǎng)濾波器，從而有利于減小體積與模塊化集成，因此三電平拓?fù)涞腜CS將在儲能市場占據(jù)主導(dǎo)地位。為此，本文圍繞三電平變流器在PCS的應(yīng)用展開研究，重點解決三相三線制與三相四線電容中點式三電平拓?fù)涞碾妷浩胶鈫栴}。
　　首先，以兩電平三相三線制拓?fù)淙胧?，詳?xì)介紹了SVPWM的基本原理，歸

3、納總結(jié)了SVPWM的實現(xiàn)方法與步驟。然后，將該方法拓展到兩電平三相四線電容中點式拓?fù)?，分析了三維SVPWM的實現(xiàn)原理，并指出其與兩電平三相三線矢量調(diào)制的聯(lián)系與區(qū)別，為后續(xù)三電平拓?fù)涫噶空{(diào)制與電壓平衡研究奠定基礎(chǔ)。
　　其次，針對三電平三相三線制拓?fù)涫傅牧空{(diào)制與電壓平衡展開研究，由最近三矢量調(diào)制入手，介紹了基于冗余小矢量作用時間分配的中點電壓平衡算法，并指出該算法在高調(diào)制比以及低功率因數(shù)的情況下存在中點電位低頻振蕩的不足。為了抑制這

4、種現(xiàn)象，并進(jìn)一步提高直流側(cè)電容電壓平衡效果，分析了虛擬空間矢量電壓平衡算法的原理實現(xiàn)，指出虛擬空間矢量的應(yīng)用消除了最近三矢量調(diào)制存在的低頻振蕩問題，但是以增加開關(guān)管動作次數(shù)為代價，并且虛擬空間矢量本質(zhì)上屬于非最近三矢量調(diào)制，會導(dǎo)致變流器輸出側(cè)的諧波特性變差。為了充分利用冗余小矢量作用時間調(diào)整法與虛擬空間矢量法兩者的優(yōu)勢，提出了一種分區(qū)混合調(diào)制策略，在消除了中點電位低頻振蕩的同時，改善了變流器的輸出諧波特性，并通過對變流器在不同工作狀態(tài)下

5、的仿真建模，驗證了該混合調(diào)制策略的有效性。
　　再次，針對三電平三相四線電容中點式拓?fù)涞氖噶空{(diào)制與電壓平衡展開研究，通過發(fā)掘其與兩電平拓?fù)銼VPWM調(diào)制的內(nèi)在聯(lián)系與規(guī)律性，將空間矢量劃分為七個子空間，并為每個子空間定義新的坐標(biāo)原點，進(jìn)行矢量重定位，使各子空間內(nèi)的冗余小矢量在新坐標(biāo)系下的零軸分量等值反向，等效于兩電平中的正負(fù)零軸矢量，從而簡化了算法的實現(xiàn)過程。此外，為了抑制中點電位偏移，提出了矢量中點電位控制級的概念，根據(jù)變流器不同