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专利号: 2020107409024
申请人: 南通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种风电功率计划偏差补偿用储能直流变换器控制方法,其特征在于:包括如下步骤:

步骤1,采用双向DC/DC变换器连接在储能设备与AC/DC变换器的直流母线之间,实现能量双向流动,达到可靠功率补偿目的;采用第一开关管S1和第二开关管S2的组合工作状态来实现能量的单向平滑传递;采用第一单向二极管D1和储能放电支路电感L21串联以及第二单向二极管D2和储能放电支路电感L22串联的并联电路,实现能量吞吐需求过程的可靠流动与切换,同时吸收电路中部分谐波环流;

其中,双向DC/DC变换器中包括第一开关管S1、第二开关管S2、电感L1、电容C、储能放电支路电感L21、第一单向二极管D1、储能放电支路电感L22和第二单向二极管D2;第一开关管S1左端点与电池正极连接;S1右端点与电感L1的上端点连接;S1右端点同时与电容C的左端点连接,电容C的右端点与第二开关管S2的上端点连接,且第一单向二极管D1和储能放电支路电感L21串联为第一条支路,第二单向二极管D2和储能放电支路电感L22串联为第二条支路,第一条支路和第二条支路并联;此并联电路的左端点与电容C的右端点连接,并联电路的右端点与直流母线电容Cd的上端点连接;同时,电感L1的下端点、开关管S2的下端点、直流母线电容Cd的下端点一起连接到电池的负极;

其中,第一开关管S1中的开关管S11和开关管S22为互补的反并联结构;

步骤2,功率计划正偏差与负偏差分别对应2个不同的特定5种状态开关组合切换过程,特定模式由偏差正负信号触发;

步骤3,根据实时监控的功率计划偏差正负,同步启动双向DC/DC变换器中开关管多路PWM控制信号,在每个完整能量单向传递过程中灵活嵌入延时时间来实现不同频率信号在同一开关管的错综加载功能,实现电能在不同储能元件间畅通传输,可靠传递;

所述步骤2中包括如下步骤:

步骤2‑1,能量吞吐每个完整周期中的2个相同暂态过程采用LC振荡电路来实现能量的缓冲,依靠LC振荡电路实现电感L1与电容C中的电流与电压反向需求功能;

步骤2‑2,当功率计划偏差大于零时,电路(a1)状态开始,电路(e1)状态结束,电路(e1)状态L1续流释放能量,给C充电;此时一旦功率计划偏差ΔP<0,第一开关管S1和第二开关管S2接通,L1与C组成的谐振电路,电容C释放能量,通过L1流向电容正极端,为自然过渡到功率计划偏差ΔP<0的电路(a1)状态做准备;

电路(a1)中,当S1导通,S2导通时,电池给C充电,同时电感L1存储能量,电感L21向直流母线电容释放能量;电路(b1)中,当S1截止,S2导通时,电感L1存储的电磁能转化为电能转移到电容C暂存,同时电感L21释放原先存储的能量至直流母线电容;电路(c1)中,当S1导通,S2截止时,电感L1存储能量,同时电池通过电容C、电感L21、直流母线超级电容形成回路,电容C释放磁场能量、电感L21储能;电路(d1)中,当S1截止,S2导通时,电感L1存储的电磁能转化为电能转移到电容C暂存,同时电感L21释放原先存储的能量至直流母线电容;电路(e1)中,当S1截止,S2截止时,电感L1继续释放磁场能至电容C中转变为电场能存储,电感L21通过二极管D1继续释放磁场能至直流母线,再回到电路(a1)工作;以上过程,控制S2通断时间即控制了放电电流id,也即控制了放电功率,为使直流母线电压稳定,同时需要相应调节S1占空比;

步骤2‑3,当功率计划偏差小于零时,电路(a2)状态开始,电路(e2)状态结束,电路(e2)状态时L1能量释放结束,直到电流几乎为0,为自然过渡到功率计划偏差ΔP>0时的L1放电的反向电流通路做准备;

电路(a2),S1截止,S2导通时,电容C释放电场能转变为磁场能到L1存储,电感L22储能;

电路(b2)中,S1导通,S2导通时,电感L22继续储能,电容C与电感L1同时向电池释放能量,电池充电,直到电感L1能量释放完毕;电路(c2)中,S1导通,S2截止时,来自电网的能量通过电感L22、电容C向电池充电,电感L22存储磁场能,C存储电场能;电路(d2)中,当S1截止,S2导通时,电容C释放电场能转变为磁场能到L1存储,电感L22续流;电路(e2)中,当S1导通,S2截止时,来自电网的能量通过电感L22、电容C向电池充电,电感L22存储磁场能转变为电场能存储于C中;再回到电路(a2)模式,电感L22存储磁场能,电容C中的电场能通过L1转变为磁场能,调节S1导通关断时间即可控制充电电流ic,即充电功率大小,同时调节相应的S2的PWM占空比,维持储能端电压稳定。