[发明专利]基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置及控制方法

权利要求书

1.一种基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置的控制方法，该储能装置包括n个电池组、n个一对三LLC软开关谐振变换器、H桥级联三相逆变器和三相交流滤波器；每个电池组与一个一对三LLC软开关谐振变换器的输入端相连，每个一对三LLC软开关谐振变换器的三个输出端分别接入一个H桥级联三相逆变器的每相的一个H桥的直流输入端，三相逆变器每相的n个H桥的交流输出端依次串联，经三相交流滤波器连接至公共电网；n为正整数；

一对三LLC软开关谐振变换器，包括高频逆变电路、LLC谐振网络和整流滤波电路依次连接；高频逆变电路为单相全桥电路或半桥电路；LLC谐振网络包括一个谐振电感L_r、两个谐振电容C_r1和C_r2以及一个高频变压器T，高频变压器T的原边绕组与谐振电感L_r和谐振电容C_r1串联，其副边绕组与谐振电容C_r2串联；整流滤波电路为一个单相全桥或半桥电路，与一个直流滤波电容并联；其特征是，其控制方法包括以下步骤：

步骤1、电池能量管理控制，依据上级电网调度的运行功率指令和电池串功率分配策略，结合各组电池状态，采用组串功率分配算法，调节电池组的功率下垂曲线，从而调节各个电池组的放电或充电功率指令值P_refi；i为电池编号；

步骤2、一对三LLC软开关谐振变换器的控制，采用脉冲频率调制PFM方法调节电压增益，通过调节电路中开关管的工作频率，使谐振网络的电压增益达到目标值；并对电池组的直流电压纹波ΔV进行检测，在电压增益目标值的计算中加入与其相反的控制分量，实现消除电池组直流电压纹波；具体步骤如下：

步骤2.1、电池组放电时，整流滤波电路采用同步整流方式，有功功率从电池组流向H桥的直流端；在高频逆变电路控制的电压增益目标值计算中加入与该直流电压纹波反向的控制分量；考虑任意一个电池组所连接的一对三LLC软开关谐振变换器放电时，其三个输出端的直流电压平均值为：

其中V_cha、V_chb、V_chc为装置放电时LLC软开关谐振变换器三个输出端直流电压的指令值；加入纹波反向分量的电压增益目标值为：

其中V_bat为电池端电压的平均值；

步骤2.2、电池组充电时，高频逆变电路工作于同步整流方式，使得有功功率从H桥的直流端流向储能电池组串；与放电时相同，对电池组串两端直流电压纹波进行检测，在整流滤波电路控制的电压增益目标值计算中加入与该直流电压纹波反向的控制分量；充电时，一对三LLC软开关谐振变换器的三个输出端的直流电压平均值为：

其中V_disa、V_disb、V_disc为装置充电时三个输出端直流电压的指令值；加入纹波反向分量的电压增益目标值为：

根据公式(1)、(2)或公式(3)、(4)求得电压增益目标值，再根据公式(5)确定的电压增益M与谐振频率的关系，求得脉冲频率调制PFM的开关频率；一对三LLC软开关谐振变换器的直流增益与开关频率的关系为：

其中，为开关频率f_s与谐振频率f_r的比值，K为高频变压器的匝数比，λ＝L_r/L_m为谐振网络的谐振电感L_r与高频变压器的励磁电感L_m的比值，为品质因素，C_r为两个谐振电容C_r1和C_r2的容值，R为谐振网络的回路电阻；

步骤3、级联型H桥的控制采用两级式结构：

步骤3.1、第一级控制采用并网电流闭环控制结构；首先，根据上级电网调度的运行功率指令，确定电池储能系统的并网电流目标值，计算方法如下：

其中I_dref、I_qref为并网电流目标值的有功分量和无功分量，P、Q为运行功率指令中的有功和无功，U_g为电网电压有效值；

电池储能系统的并网电流目标值与电池储能系统的并网电流采样值一起送入电流环，电流环采用比例积分PI控制、电流预测控制或者重复控制的其中一种控制方法，其输出作为总输出电压指令V_refa、V_refb和V_refc；

步骤3.2、第二级控制先采样各电池组的直流端电压和输出电流，二者相乘得到电池组的实时功率P_dci；然后将实时功率与步骤1所述电池能量管理控制生成的该电池组的功率指令值P_refi之差，除以参考电流I_dref，送入比例积分PI控制器，生成各个H桥的输出电压指令修正值d_i，将修正值与总输出电压指令之和作为各个H桥的输出电压指令；最后，将所有H桥的输出电压指令经过载波移相调制CPS-SPWM生成各H桥的开关控制信号。