[发明专利]一种减小储能系统双向变流器直流母线串联电容电压不平衡性的控制系统

说明书

技术领域

本发明属于储能系统技术领域，尤属储能系统双向变流器控制技术领域。

背景技术

当前储能系统双向变流器的直流母线广泛采用电解电容。储能系统主流的两电平双向变流器中采用的电解电容的耐压等级一般为450V，而380V交流电网三相全桥不控整流输出电压至少是540V，故双向变流器的直流母线一般是两组电解电容串联，并通过一定的高精度、高阻值均压电阻保持串联电解电容电压的平衡。

然而双向变流器在长期运行中，由于电解电容容量的差异及电解电容内部等效串联电阻的影响，仅通过并联均压电阻的方式，不可避免的会出现两组串联电解电容电压不平衡，进一步加剧两组串联电解电容容量不同程度的衰减，降低电解电容的使用寿命，并造成双向变流器的输出谐波增大，电压、电流控制性能下降，甚至减小双向变流器的使用年限。传统的储能系统双向变流器，如图3所示，包括直流母线电压控制模块、三相交流电流控制模块、PWM逆变器模块，只能实现并网三相电流幅值和相位的控制。且只在串联电容两端并联均压电阻，对串联电容电压的均衡缺乏有效的控制，电容电压均衡效果不佳，在变流器长期运行时会减小串联电容的寿命。

发明内容

储能系统双向变流器在长期运行中，仅依靠并联均压电阻的方式，并不能有效减小直流母线串联电容电压不均衡。直流母线串联电容电压不平衡问题日趋凸显，造成串联电容容量的不同程度的衰减，影响电容的寿命，降低变流器的控制性能，进而影响变流器的可靠性和免维护性。

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明公开了一种减小储能系统双向变流器直流母线串联电容电压不平衡的控制系统。本发明考虑到储能系统两电平双向变流器的结构特点，将串联电容中点接地，增加两组串联电容电压的硬件电路和检测元件，通过检测上下两组电容两端的电压，进行相应的电压均衡补偿控制，现场应用效果良好。

本发明结合考虑储能系统两电平双向变流器的原有控制模块和本身硬件结构特点，具体采用以下技术方案：

一种减小储能系统双向变流器直流母线串联电容电压不平衡性的控制系统，

所述储能系统双向变流器包括三相半桥整流电路，第一组直流母线电容和第二组直流母线电容串联接入所述三相半桥整流电路的直流母线，所述第一组直流母线电容和第二组直流母线电容分别并联连接第一组直流母线电容均压电阻和第二组直流母线电容均压电阻，其特征在于：

在所述控制系统中增加一电压均衡控制模块，采集第一组直流母线电容和第二组直流母线电容两端的电压输入至所述电压均衡控制模块，所述电压均衡控制模块计算根据输入的第一组直流母线电容两端电压与第二组直流母线电容两端电压，得到电压均衡补偿电流I_comp，在控制系统的三相交流电流的指令中叠加该电压均衡补偿电流I_comp。

本发明优选以下技术方案：

所述储能系统双向变流器第一组直流母线电容与第二组直流母线电容连接点与地相连；

设置第一组直流母线电容电压检测电路、第二组直流母线电容电压检测电路，分别检测第一组直流母线电容、第二组直流母线电容两端电压；

三相半桥全控整流电路的直流母线电压设定值和直流母线电压的反馈值输入至所述直流母线电压控制模块，所述直流母线电压控制模块计算得到需要设定的三相半桥全控整流电路三相电流的瞬时指令并输入至三相交流电流控制模块；

所述第一组直流母线电容两端电压与第二组直流母线电容两端电压分别输入至所述电压均衡控制模块的输入端，所述电压均衡控制模块将检测输入的第一组直流母线电容两端电压与第二组直流母线电容两端电压相减，并乘以设定的正值系数得到电压均衡补偿电流I_comp，输出电压均衡补偿电流I_comp至三相交流电流控制模块的输入端；

所述三相交流电流控制模块将电压均衡补偿电流I_comp与所述三相电流的瞬时指令中每一相电流相加到修正后的各相电流的瞬时指令值，再与三相半桥全控整流电路反馈的三相电网电流瞬时值进行比较，输出三相逆变电路的功率器件的开关信号至PWM逆变器模块的输入，通过PWM逆变器模块实现并网三相电流的控制。