經(jīng)濟型儲能變換器及其在微電網(wǎng)中的應用

摘要：提出一種適用于微電網(wǎng)的經(jīng)濟型儲能并網(wǎng)變換器拓撲，功率元件數目和功率等級要求進(jìn)一步降低，且能兼顧儲能電壓較低的特點(diǎn)，并對其工作原理及定功率控制方法進(jìn)行了介紹。建立了包含經(jīng)濟型儲能變換器的微電網(wǎng)模型，并通過(guò)仿真證明了該變換器對微電網(wǎng)電壓和頻率穩定性的支撐作用，通過(guò)實(shí)驗證明了該變換器定功率控制的有效性。
關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；變換器；儲能；定功率控制

1 引言
微電網(wǎng)作為全新的分布式能源組織形式，在智能電網(wǎng)建設中發(fā)揮著(zhù)愈加重要的作用。然而微電網(wǎng)的容量相對較小，存在電能輸出間歇和波動(dòng)大、網(wǎng)絡(luò )潮流復雜和穩定控制困難等問(wèn)題。儲能技術(shù)的發(fā)展為這些問(wèn)題的解決提供了簡(jiǎn)單有效的途徑。在此將探討提出一種新型的經(jīng)濟型儲能變換器拓撲，并對其實(shí)施定功率控制技術(shù)以支撐微電網(wǎng)電壓和頻率穩定。

2 儲能變換器接入微電網(wǎng)拓撲
2．1 經(jīng)濟型儲能變換器拓撲
傳統的儲能變換拓撲中其DC／AC逆變的實(shí)現多建立在傳統三相六開(kāi)關(guān)逆變拓撲基礎上。在此基于隔離型拓撲結構提出了一種經(jīng)濟型儲能變換器，其電路拓撲如圖1所示。該變換器核心是三相四開(kāi)關(guān)逆變器，其控制原理源于常規三相六開(kāi)關(guān)逆變器。當三相六開(kāi)關(guān)逆變器工作于三相三線(xiàn)制電路時(shí)，在任一瞬時(shí)，逆變器輸出的三相相電壓(相電流)之和均為零。只要控制任意兩相變量，則第三相自然受控。因此，若將三相橋臂中的任一相開(kāi)關(guān)器件換成電容，則該相輸出必然受另兩相鉗制而自然受控。

為了獲取優(yōu)良的工作性能，三相四開(kāi)關(guān)逆變拓撲的直流側電壓需高于接入點(diǎn)峰值電壓，開(kāi)關(guān)管承受的電壓高于三相六開(kāi)關(guān)拓撲；因此該拓撲適合工作于中低壓場(chǎng)合，這恰與儲能裝置電壓通常較低的特性吻合。還需保證在工作期間，任一瞬時(shí)逆變器輸出三相相電壓(相電流)耦合為零。綜上要求，將原三相工頻變壓器配置成Y／Y升壓變壓器，可降低功率元件的開(kāi)關(guān)應力，并提供三相電壓(電流)同時(shí)耦合為零的條件。
由于減少了兩個(gè)功率元件，降低了器件的電壓等級，系統成本和開(kāi)關(guān)損耗隨之減小，配套驅動(dòng)和散熱模塊成本也適當降低，因此具有較好的經(jīng)濟性；另外該拓撲還可用作三相六開(kāi)關(guān)逆變器容錯后的重構拓撲。
2．2 經(jīng)濟型儲能變換器工作原理
首先從三相四開(kāi)關(guān)逆變器模型分析其電流調節規律。對應圖1可得三相四開(kāi)關(guān)基本模型為：
Ldik／dt=ek-Rik-(ukN-uNO)，k=a，b，c (1)
式中：L為折算后的電感，L=Lfi+Lf2／n，n為變壓器升壓比；R為線(xiàn)路電阻。
定義開(kāi)關(guān)函數Sa，Sb，當其為1時(shí)表示對應相上橋臂開(kāi)通而下橋臂關(guān)斷；為-1時(shí)表示下橋臂開(kāi)通而上橋臂關(guān)斷。設Udc為儲能電壓，N為直流母線(xiàn)中點(diǎn)，因三相三線(xiàn)制電路中，三相電壓(電流)瞬時(shí)值之和均為零，可得：
uNO=Udc(Sa+Sb)／6 (2)
將其代入式(1)可得：

式中：p為微分算子。
由于逆變器中三相輸出電流只有兩相是獨立的，只需對Sa，Sb進(jìn)行準確調制，即可實(shí)現對三相輸出電流的控制。