1.一种储能变流器过流抑制方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1、分析变压器工作模态,建立储能变流器的数学模型,得到储能变流器等效电路;
S2、根据等效电路分析第一次浪涌电流产生原因,使用软启动电阻和继电器配合抑制第一次浪涌电流;
S2具体包括以下步骤:
S21加入软启动电阻抑制第一次浪涌电流;
加入软启动电阻,电网电压上电前后,等效为RC一阶系统对阶跃系统的响应,根据动态性能指标的定义,当t=T时,c(t)=0.632,当t分别等于2T、3T和4T时,c(t)的数值将分别等于终值的86.5%,95%和98.2%;由于时间常数T反映系统的惯性,所以一阶系统的惯性越小,其响应越快,反之,惯性越大,响应越慢;因此,软启动电阻加入系统之后相当于增加了系统阻尼,即增加了时间常数T,防止电压突变带来的电流尖峰;
S22在母线电压达到0.865倍的交流侧电压有效值时,将继电器切出,减小软启动电阻损耗;
为了保证软启动电阻损耗较小,电路能多次连续启动,将母线电压达到0.865倍的交流侧电压有效值时,闭合继电器,从而旁路软启动电阻;
S3、软启动电阻在不控整流阶段已经被切出,即此时没有软启动电阻抑制闭环冲击电流,采用加入电网电压前馈补偿抑制闭环控制带来的电流尖峰;
S3具体包括以下步骤:
在没有电网电压前馈时,闭环暂态过程的电感电流参考值和电感电压值分别为式(6)和式(7):由于单相储能变流器是升压型变换器,不控整流阶段输出的电压小于闭环控制阶段直*流母线的输出电压;在初始状态,实际输出电压Udc远远低于母线闭环参考电压Udc;根据式(6),在闭环暂态过程中,电压外环误差值e1初始值为正,电压环PI调节器饱和过快,电感电流参考值iL*为正;由于电感电流无法快速跟踪给定,此时式(7)电流内环误差值e2保持为负,根据式(7)中VL表达式可得,含有内环误差e2部分为正;此时电网电压vg的引入对于电感电压VL而言相当于一个正偏置,直接造成电感电压值较大,从而引起闭环暂态过程中的浪涌电流;
加入电网电压前馈方案抑制第二次浪涌电流;加入电网电压前馈之后对应的闭环暂态过程中的电感电压如式(8)所示:通过式(8)看出,电气模型中的电网电压被前馈的电网电压所抵消,此时电网电压不再对储能变流器软启动中不控整流切闭环这一过程造成影响,从根本上抑制电网电压对闭环暂态过程的影响,此时储能变流器闭环暂态过程中的电感电压只与电感电流误差有关;
S4、当母线电压再次稳定后,启动LLC为动力电池充电;
所述储能变流器过流抑制方法采用的拓扑结构为单相电压型储能变流器,后级带非线性负载,该负载包括LLC变换器和动力电池,储能变流器的拓扑结构包括网侧输入电压的有效值为220V~240V电压源vg,经由并联的网侧电容C、串联的网侧电感L、启动电阻R软启和与启动电阻R软启并联的继电器;随后经过由四个核心器件IGBT即开关管S1、S2、S3、S4及反并联二极管D1、D2、D3、D4构成的全桥整流电路,将交流电压转换成直流电压作为系统输出的高压母线电压,最后与820μF的母线电容Cbus及可控等效负载并联;
可控等效负载为一个LLC谐振电路,四个低压MOSFET S9、S10、S11、S12连接中间级变压器、谐振电感和谐振电容,与四个高压MOSFET S5、S6、S7、S8连接,最后为连接的锂电池充电。
2.根据权利要求1所述的储能变流器过流抑制方法,其特征在于:
S1具体包括以下步骤:
S11分析变换器工作模态:
电网电压在正半周期,网侧电流大于零,开关管S1、S4反并联的二极管D1、D4导通续流,电网和电网侧滤波电感释放能量,直流母线电容和负载吸收能量,桥臂电压vb为直流母线电压vdc;
电网电压在负半周期,网侧电流小于零,开关管S1、S4正向导通,电网和直流母线电容释放能量,电网侧滤波电感和负载吸收能量,桥臂电压vb为vdc;
电网电压在正半周期,网侧电流大于零,开关管S2、S3正向导通,电网和直流母线电容释放能量,电网侧滤波电感和负载吸收能量,桥臂电压vb为‑vdc;
电网电压在负半周期,网侧电流小于零,开关管S2、S3反并联的二极管D2、D3导通续流,电网和电网侧滤波电感释放能量,直流母线电容和负载吸收能量,桥臂电压vb为‑vdc;
电网电压在负半周期,网侧电流小于零,开关管S2和S4反并联的二极管D4导通续流,电网和网侧滤波电感构成回路,由电网向滤波电感充电;直流母线电容和负载构成回路,由直流母线电容向负载进行充电,桥臂电压vb为0;
电网电压在正半周期,网侧电流大于零,开关管S1和S3反并联的二极管D3导通续流,电网和网侧滤波电感构成回路,由电网向滤波电感充电;直流母线电容和负载构成回路,由直流母线电容向负载进行充电,桥臂电压vb为0;
S12、建立储能变流器的数学模型:
根据开关管导通状态不同,储能变流器开关函数为:
根据开关函数得到桥臂电压vb与直流母线电压vdc、直流侧电流idc与电感电流iL的关系式为:分别针对网侧滤波电感和直流母线电容列写KVL和KCL,得到:
其中Cbus为直流母线电容;r为网侧滤波电感等效串联电阻;L为网侧滤波电感;iL为电感电流;因为r的值一般比较小,所以忽略该项,因此式(3)可简化为:将式(4)进行拉普拉斯变换,将其转换到s域,再结合式(1)得到储能变流器并网整流模式下s域的数学模型如式(5)所示:单极性调制通过调节开关管的开关状态使变换器的桥臂处得到vdc、‑vdc、0三种电压,实现对直流母线电容和网侧滤波电感的充放电,将电网中的能量传递到负载端,完成交流量到直流量的转换;
S13、得到储能变流器等效电路:
从开关管处将储能变流器分为交流侧和直流侧,由式(5)得到储能变流器等效电路图,从开关管处将其分为交流测和直流侧,电网vg为输入的交流电压,经过电感L和电感的寄生电阻r,将电网输入的能量以电感电流iL的方式经由开关管传递到后面的直流侧,而输出侧电压将借助与母线并联的电容Cbus进行稳压输出,保证输出的稳定以及等效输出负载Rload的正常运行;
使用的控制方案为直流电压外环PI控制器和交流电流内环PR控制器,在网侧串联软启动电阻,该电阻的阻值和切除时间人为控制。