經(jīng)濟型儲能變換器及其在微電網(wǎng)中的應(yīng)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(shù)目和功率等級要求進一步降低，且能兼顧儲能電壓較低的特點，并對其工作原理及定功率控制方法進行了介紹。建立了包含經(jīng)濟型儲能變換器的微電網(wǎng)模型，并通過仿真證明了該變換器對微電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)定性的支撐作用，通過實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(shè)中發(fā)揮著愈加重要的作用。然而微電網(wǎng)的容量相對較小，存在電能輸出間歇和波動大、網(wǎng)絡(luò)潮流復(fù)雜和穩(wěn)定控制困難等問題。儲能技術(shù)的發(fā)展為這些問題的解決提供了簡單有效的途徑。在此將探討提出一種新型的經(jīng)濟型儲能變換器拓撲，并對其實施定功率控制技術(shù)以支撐微電網(wǎng)電壓和頻率穩(wěn)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(tǒng)的儲能變換拓撲中其DC／AC逆變的實現(xiàn)多建立在傳統(tǒng)三相六開關(guān)逆變拓撲基礎(chǔ)上。在此基于隔離型拓撲結(jié)構(gòu)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關(guān)逆變器，其控制原理源于常規(guī)三相六開關(guān)逆變器。當三相六開關(guān)逆變器工作于三相三線制電路時，在任一瞬時，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，三相四開關(guān)逆變拓撲的直流側(cè)電壓需高于接入點峰值電壓，開關(guān)管承受的電壓高于三相六開關(guān)拓撲；因此該拓撲適合工作于中低壓場合，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關(guān)應(yīng)力，并提供三相電壓(電流)同時耦合為零的條件。
由于減少了兩個功率元件，降低了器件的電壓等級，系統(tǒng)成本和開關(guān)損耗隨之減小，配套驅(qū)動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關(guān)逆變器容錯后的重構(gòu)拓撲。
2．2 經(jīng)濟型儲能變換器工作原理
首先從三相四開關(guān)逆變器模型分析其電流調(diào)節(jié)規(guī)律。對應(yīng)圖1可得三相四開關(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為線路電阻。
定義開關(guān)函數(shù)Sa，Sb，當其為1時表示對應(yīng)相上橋臂開通而下橋臂關(guān)斷；為-1時表示下橋臂開通而上橋臂關(guān)斷。設(shè)Udc為儲能電壓，N為直流母線中點，因三相三線制電路中，三相電壓(電流)瞬時值之和均為零，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進行準確調(diào)制，即可實現(xiàn)對三相輸出電流的控制。