高压级联储能功率转换系统控制策略研究

风电、光伏等可再生能源的输出功率是波动的,将大容量的这些间歇性电源接入电网给电网带来严重的挑战。储能系统能够补偿有功功率波动,通过电力电子变流器接入电网的电池储能系统必要时还可以为电网提供无功功率。级联H桥拓扑把隔离的直流电压叠加得到交流高压输出,能够直接接入高压电网,适合用作电池储能功率转换系统。功率转换系统是储能电池与电网的接口,因此在电网平衡和电网不平衡时,级联储能功率转换系统都需要有能力根据调度指令吸收或发出相应的有功功率和无功功率。级联储能功率转换系统各H桥的直流母线是分离和电气绝缘的,因此还需要有均衡接在各H桥直流侧电池组荷电状态的能力。级联储能功率转换系统有多个H桥单元,为提高整个系统的可靠性,在单个H桥故障时需要能够继续运行。本文中,在电网电压平衡和不平衡情况下,选用双电流控制做为级联储能功率转换系统的功率控制策略,并分析了检测电网电压和储能系统电流正、负序分量的方法;推导了级联储能系统各相功率、总功率与电网电压和储能系统电流正负、序之间的关系,并设计了采用零序电压均衡各相功率的方法。分析比较了采用负序电流和零序电压均衡各相之间荷电状态的方法,选用零序电压注入法均衡各相间电池簇的荷电状态;采用在各H桥单元交流侧输出电压叠加一个电压分量均衡各相内电池组的荷电状态。在单个H桥单元故障情况下,采用一种中性点偏移的容错控制策略,保证级联功率转换系统正常工作同时保持余下电池组的荷电状态均衡。搭建了基于MATLAB/Simulink的级联储能功率转换系统的仿真电路,仿真结果验证了文中理论分析和控制方法的有效性。