本發(fā)明涉及電力電子，尤其涉及一種功率變換器、其控制方法及儲能系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在傳統(tǒng)的雙級儲能系統(tǒng)中，連接在直流源和電網(wǎng)之間的功率變換器通常在直流母線的前級采用雙向升壓(boost)電路進行直流源的直流電壓升壓變換到母線電壓的工作，在直流母線的后級采用逆變器(dc/ac)進行母線電壓到交流電的轉(zhuǎn)換工作。當發(fā)生低電壓穿越(low?voltage?ride?through，lvrt)時，在一定時間范圍內(nèi)，發(fā)電設(shè)備需要保證不脫離電網(wǎng)運行。同時依據(jù)相關(guān)標準，發(fā)電設(shè)備中的功率變換器需要在低電壓穿越期間提供一定無功電流對電網(wǎng)進行支撐。在這種情況下，boost電路的輸出電流過高，可能造成逆變器部分的器件損耗過大而過溫。因此，如何降低在低電壓穿越期間逆變器的器件損耗，提升低電壓穿越能力，是本領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供的一種功率變換器、其控制方法及儲能系統(tǒng)，用以實現(xiàn)降低在低電壓穿越期間逆變器的器件損耗，提升低電壓穿越能力。

2、第一方面，本技術(shù)提供了一種功率變換器，包括：直流轉(zhuǎn)直流變換電路、直流母線、直流轉(zhuǎn)交流變換電路和控制器。其中，直流轉(zhuǎn)直流變換電路用于將來自光伏組件或儲能電池的第一直流電進行電壓變換，并通過直流母線向直流轉(zhuǎn)交流變換電路輸出第二直流電vbus，直流母線的直流電壓即為第二直流電的電壓值；直流轉(zhuǎn)交流變換電路用于將第二直流電轉(zhuǎn)換成交流電并輸出至電網(wǎng)。當功率變換器處于低電壓穿越過程中，控制器用于控制第二直流電的電壓值至直流母線電壓閾值，該直流母線電壓閾值不低于直流轉(zhuǎn)交流變換電路輸出的交流電的線電壓的幅值。例如，可以設(shè)定直流母線電壓閾值為低電壓穿越期間直流轉(zhuǎn)交流變換電路并網(wǎng)所需的最低并網(wǎng)直流母線電壓，即：其中，vg為直流轉(zhuǎn)交流變換電路實際運行時并網(wǎng)線電壓有效值，δv為預(yù)設(shè)偏置電壓，且δv>0，預(yù)設(shè)偏置電壓通常取值為10v-50v之間。當功率變換器處于低電壓穿越過程中，控制器還用于控制直流轉(zhuǎn)交流變換電路向電網(wǎng)輸出無功電流，對電網(wǎng)進行支撐。

3、在本技術(shù)中，在發(fā)生低電壓穿越時，通過控制功率變換器中前級的直流轉(zhuǎn)直流變換電路運行至輸出固定的直流母線電壓閾值的方式，可以降低后級的直流轉(zhuǎn)交流變換電路輸入端的母線電壓，從而降低低電壓穿越期間直流轉(zhuǎn)交流變換電路的器件需要承受的電壓和電流應(yīng)力，以降低直流轉(zhuǎn)交流變換電路的器件損耗，提升低電壓穿越過載能力。

4、在本技術(shù)實施例中，直流轉(zhuǎn)直流變換電路和直流轉(zhuǎn)交流變換電路可以設(shè)置于同一設(shè)備內(nèi)，也可以設(shè)置于不同設(shè)備內(nèi)，例如直流轉(zhuǎn)直流變換電路設(shè)置于光伏設(shè)備的優(yōu)化器或儲能設(shè)備的直流變換器內(nèi)，直流轉(zhuǎn)交流變換電路設(shè)置于逆變器內(nèi)，本技術(shù)對此不做限定。

5、在本技術(shù)實施例中，當發(fā)生低電壓穿越時，即電網(wǎng)電壓的有效值下降至設(shè)定值時，可以根據(jù)直流源的第一直流電的電壓值和直流母線電壓閾值之間的關(guān)系，控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路(dc/dc)的工作模式。具體地，在第一直流電的電壓值大于直流母線電壓閾值時，可以控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于降壓模式，具體可以控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路輸出第二直流電的電壓值降低至直流母線電壓閾值。在第一直流電的電壓值小于直流母線電壓閾值時，可以控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于升壓模式，具體可以控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路輸出第二直流電的電壓值升高至直流母線電壓閾值。在第一直流電的電壓值等于直流母線電壓閾值時，可以控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于直通模式，具體可以控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路輸出第二直流電的電壓值為第一直流電的電壓值。

6、在本技術(shù)一些實施例中，直流轉(zhuǎn)直流變換電路可以具體包括：第一橋臂、第二橋臂和電感。其中，第一橋臂和第二橋臂均包括上橋臂和下橋臂，第一橋臂的兩端用于分別與光伏組件或儲能電池的正負極連接，第二橋臂的兩端分別與直流母線的正負極連接，第一橋臂的下橋臂和第二橋臂的下橋臂連接，以使直流源的負極和直流母線的負極連接。第一橋臂中上橋臂和下橋臂的連接點為第一橋臂的中點，第二橋臂中上橋臂和下橋臂的連接點為第二橋臂的中點，第一橋臂的中點與電感的一端連接，第二橋臂的中點與電感的另一端連接。在第一直流電的電壓值小于直流母線電壓閾值時，具體采用如下控制方式實現(xiàn)直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于升壓模式：第一橋臂的上橋臂處于導通狀態(tài)，第一橋臂的下橋臂處于關(guān)斷狀態(tài)，第二橋臂中上橋臂和下橋臂處于互補導通狀態(tài)，實現(xiàn)升壓功能。其中，兩個橋臂處于互補導通狀態(tài)是指一個橋臂處于導通狀態(tài)時另一個橋臂處于關(guān)斷狀態(tài)。在第一直流電的電壓值大于直流母線電壓閾值時，具體采用如下控制方式實現(xiàn)直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于降壓模式：第二橋臂的上橋臂處于導通狀態(tài)，第二橋臂的下橋臂處于關(guān)斷狀態(tài)，第一橋臂中上橋臂和下橋臂處于互補導通狀態(tài)，實現(xiàn)降壓功能。在第一直流電的電壓值等于直流母線電壓閾值時，具體采用如下控制方式實現(xiàn)直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于直通模式：第一橋臂的上橋臂和第二橋臂的上橋臂均處于導通狀態(tài)，第一橋臂的下橋臂和第二橋臂的下橋臂均處于關(guān)斷狀態(tài)，直流源直接和直流母線導通。

7、在本技術(shù)一些實施例中，第一橋臂和第二橋臂的上橋臂和下橋臂可以均包括一個開關(guān)管。例如，第一橋臂的上橋臂包括第一開關(guān)管，第一橋臂的下橋臂包括第二開關(guān)管，第二橋臂的下橋臂包括第三開關(guān)管，第二橋臂的上橋臂包括第四開關(guān)管。第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的連接點與電感的一端連接，第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的連接點與電感的另一端連接。在第一直流電的電壓值小于直流母線電壓閾值時，具體采用如下控制方式實現(xiàn)直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于升壓模式：第一開關(guān)管處于導通狀態(tài)，第二開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，第三開關(guān)管和第四開關(guān)管處于互補導通狀態(tài)，實現(xiàn)升壓功能。其中，兩個開關(guān)管處于互補導通狀態(tài)是指一個開關(guān)管處于導通狀態(tài)時另一個開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)。在第一直流電的電壓值大于直流母線電壓閾值時，具體采用如下控制方式實現(xiàn)直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于降壓模式：第三開關(guān)管處于導通狀態(tài)，第四開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，第一開關(guān)管和第二開關(guān)管處于互補導通狀態(tài)，實現(xiàn)降壓功能。在第一直流電的電壓值等于直流母線電壓閾值時，具體采用如下控制方式實現(xiàn)直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于直通模式：第一開關(guān)管和第三開關(guān)管均處于導通狀態(tài)，第二開關(guān)管和第四開關(guān)管均處于關(guān)斷狀態(tài)，直流源直接和直流母線導通。

8、在本技術(shù)另一些實施例中，上橋臂和下橋臂均可以包括串聯(lián)的兩個開關(guān)管。具體地，第一橋臂的上橋臂可以包括串聯(lián)的第一開關(guān)管和第二開關(guān)管，第一橋臂的下橋臂包括串聯(lián)的第三開關(guān)管和第四開關(guān)管，第二橋臂的上橋臂包括串聯(lián)的第五開關(guān)管和第六開關(guān)管，第二橋臂的下橋臂包括串聯(lián)的第七開關(guān)管和第八開關(guān)管。在第一橋臂中，上橋臂的兩個開關(guān)管即第一開關(guān)管和第二開關(guān)管的連接點與下橋臂的兩個開關(guān)管即第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的連接點之間具有第一電容。在第二橋臂中，上橋臂的兩個開關(guān)管即第五開關(guān)管和第六開關(guān)管的連接點與下橋臂的兩個開關(guān)管即第七開關(guān)管和第八開關(guān)管的連接點之間具有第二電容。在第一直流電的電壓值大于直流母線電壓閾值，直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于降壓模式時，第一橋臂中上橋臂和下橋臂處于互補導通狀態(tài)具體指的是：在流經(jīng)電感的電流從第一橋臂指向第二橋臂時即電流從第二開關(guān)管指向第五開關(guān)管時，第一橋臂中上橋臂的兩個開關(guān)管即第一開關(guān)管和第二開關(guān)管處于互補導通狀態(tài)，第一橋臂中下橋臂的兩個開關(guān)管即第三開關(guān)管和第四開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)。在流經(jīng)電感的電流從第二橋臂指向第一橋臂時即電流從第五開關(guān)管指向第二開關(guān)管時，第一橋臂中下橋臂的兩個開關(guān)管即第三開關(guān)管和第四開關(guān)管處于互補導通狀態(tài)，第一橋臂中上橋臂的兩個開關(guān)管即第一開關(guān)管和第二開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)。第二橋臂的上橋臂即第五開關(guān)管和第六開關(guān)管處于導通狀態(tài)，第二橋臂的下橋臂即第七開關(guān)管和第八開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)。在第一直流電的電壓值小于直流母線電壓閾值，直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于升壓模式時，第二橋臂中上橋臂和下橋臂處于互補導通狀態(tài)具體指的是：在流經(jīng)電感的電流從第一橋臂指向第二橋臂時即電流從第二開關(guān)管指向第五開關(guān)管時，第二橋臂中上橋臂的兩個開關(guān)管即第五開關(guān)管和第六開關(guān)管處于互補導通狀態(tài)，第二橋臂中下橋臂的兩個開關(guān)管即第七開關(guān)管和第八開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)。在流經(jīng)電感的電流從第二橋臂指向第一橋臂時即電流從第五開關(guān)管指向第二開關(guān)管時，第二橋臂中下橋臂的兩個開關(guān)管即第七開關(guān)管和第八開關(guān)管處于互補導通狀態(tài)，第二橋臂中上橋臂的兩個開關(guān)管即第五開關(guān)管和第六開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)。第一橋臂的上橋臂即第一開關(guān)管和第二開關(guān)管處于導通狀態(tài)，第一橋臂的下橋臂即第三開關(guān)管和第四開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)。在第一直流電的電壓值等于直流母線電壓閾值，直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于直通模式時，第一橋臂的上橋臂即第一開關(guān)管和第二開關(guān)管以及第二橋臂的上橋臂即第五開關(guān)管和第六開關(guān)管均處于導通狀態(tài)，第一橋臂的下橋臂即第三開關(guān)管和第四開關(guān)管以及第二橋臂的下橋臂即第七開關(guān)管和第八開關(guān)管均處于關(guān)斷狀態(tài)，直流源直接和直流母線導通。

9、在本技術(shù)一些實施例中，直流轉(zhuǎn)直流變換電路還可以包括：與第一橋臂的上橋臂并聯(lián)的第一繼電器。在第一直流電的電壓值小于或等于直流母線電壓閾值，直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于升壓模式或直通模式時，控制第一繼電器閉合，電流流過阻抗更低的第一繼電器而不是第一橋臂的上橋臂，可以降低直流轉(zhuǎn)直流變換電路的損耗。在第一直流電的電壓值大于直流母線電壓閾值，直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于降壓模式時，控制第一繼電器斷開，保證第一橋臂中上橋臂和下橋臂處于互補導通狀態(tài)，實現(xiàn)降壓功能。

10、在本技術(shù)另一些實施例中，直流轉(zhuǎn)直流變換電路還可以包括：與第二橋臂的上橋臂并聯(lián)的第二繼電器。在第一直流電的電壓值大于或等于直流母線電壓閾值，直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于降壓模式或直通模式時，控制第二繼電器閉合，電流流過阻抗更低的第二繼電器而不是第二橋臂的上橋臂，可以降低直流轉(zhuǎn)直流變換電路的損耗。在第一直流電的電壓值小于直流母線電壓閾值，直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于升壓模式時，控制第二繼電器斷開，保證第二橋臂中上橋臂和下橋臂處于互補導通狀態(tài)，實現(xiàn)升壓功能。

11、在本技術(shù)另一些實施例中，直流轉(zhuǎn)直流變換電路還可以同時包括：與第一橋臂的上橋臂并聯(lián)的第一繼電器，以及與第二橋臂的上橋臂并聯(lián)的第二繼電器。在第一直流電的電壓值小于直流母線電壓閾值，直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于升壓模式時，控制第一繼電器閉合，第二繼電器斷開，電流流過阻抗更低的第一繼電器而不是第一橋臂的上橋臂，可以降低直流轉(zhuǎn)直流變換電路的損耗。在第一直流電的電壓值大于直流母線電壓閾值，直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于降壓模式時，控制第一繼電器斷開，第二繼電器閉合，電流流過阻抗更低的第二繼電器而不是第二橋臂的上橋臂，可以降低直流轉(zhuǎn)直流變換電路的損耗。在第一直流電的電壓值等于直流母線電壓閾值，直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于直通模式時，控制第一繼電器和第二繼電器均閉合，電流流過阻抗更低的第一繼電器且經(jīng)過電感后流過阻抗更低的第二繼電器，電流不會流過第一橋臂的上橋臂和第二橋臂的上橋臂，可以降低直流轉(zhuǎn)直流變換電路的損耗。

12、在本技術(shù)另一些實施例中，直流轉(zhuǎn)直流變換電路也可以包括：第三繼電器，第三繼電器連接于直流轉(zhuǎn)直流變換電路的輸入端正極與直流轉(zhuǎn)直流變換電路的輸出端正極之間。在第一直流電的電壓值小于或大于直流母線電壓閾值，直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于升壓模式或降壓模式時，控制第三繼電器斷開。在第一直流電的電壓值等于直流母線電壓閾值，直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于直通模式時，控制第三繼電器閉合，電流流過阻抗更低的第三繼電器而不是第一橋臂的上橋臂和第二橋臂的上橋臂，可以降低直流轉(zhuǎn)直流變換電路的損耗。

13、第二方面，本技術(shù)提供一種功率變換器的控制方法，包括以下步驟：

14、控制功率變換器中的直流轉(zhuǎn)直流變換電路將來自光伏組件或儲能電池的第一直流電進行電壓變換，并通過直流母線向功率變換器中的直流轉(zhuǎn)交流變換電路輸出第二直流電；控制直流轉(zhuǎn)交流變換電路將第二直流電轉(zhuǎn)換成交流電并輸出至電網(wǎng)。

15、當功率變換器處于低電壓穿越過程中，控制第二直流電的電壓值至直流母線電壓閾值，控制直流轉(zhuǎn)交流變換電路向電網(wǎng)輸出無功電流；直流母線電壓閾值不低于直流轉(zhuǎn)交流變換電路輸出的交流電的線電壓的幅值。

16、在本技術(shù)中，在發(fā)生低電壓穿越時，通過控制功率變換器中前級的直流轉(zhuǎn)直流變換電路運行至輸出固定的直流母線電壓閾值的方式，可以降低后級的直流轉(zhuǎn)交流變換電路輸入端的母線電壓，從而降低低電壓穿越期間直流轉(zhuǎn)交流變換電路的器件需要承受的電壓和電流應(yīng)力，以降低直流轉(zhuǎn)交流變換電路的器件損耗，提升低電壓穿越過載能力。

17、在本技術(shù)實施例中，當發(fā)生低電壓穿越時，即電網(wǎng)電壓的有效值下降至設(shè)定值時，可以根據(jù)直流源的第一直流電的電壓值和直流母線電壓閾值之間的關(guān)系，控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路的工作模式。具體地，在第一直流電大于直流母線電壓閾值時，可以控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于降壓模式，具體可以控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路輸出的第二直流電的電壓值降低至直流母線電壓閾值。在第一直流電的電壓值小于直流母線電壓閾值時，可以控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于升壓模式，具體可以控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路輸出的第二直流電的電壓值升高至直流母線電壓閾值。在第一直流電的電壓值等于直流母線電壓閾值時，可以控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于直通模式，具體可以控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路輸出第二直流電的電壓值為第一直流電的電壓值。

18、在本技術(shù)一些實施例中，直流轉(zhuǎn)直流變換電路可以具體包括：第一橋臂、第二橋臂和電感?？刂品椒ㄖ校诘谝恢绷麟姷碾妷褐敌∮谥绷髂妇€電壓閾值時，具體采用如下控制方式實現(xiàn)控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于升壓模式：控制第一橋臂的上橋臂處于導通狀態(tài)，控制第一橋臂的下橋臂處于關(guān)斷狀態(tài)，控制第二橋臂中上橋臂和下橋臂處于互補導通狀態(tài)，實現(xiàn)升壓功能。其中，兩個橋臂處于互補導通狀態(tài)是指一個橋臂處于導通狀態(tài)時另一個橋臂處于關(guān)斷狀態(tài)。在第一直流電的電壓值大于直流母線電壓閾值時，具體采用如下控制方式實現(xiàn)控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于降壓模式：控制第二橋臂的上橋臂處于導通狀態(tài)，控制第二橋臂的下橋臂處于關(guān)斷狀態(tài)，控制第一橋臂中上橋臂和下橋臂處于互補導通狀態(tài)，實現(xiàn)降壓功能。在第一直流電的電壓值等于直流母線電壓閾值時，具體采用如下控制方式實現(xiàn)控制直流轉(zhuǎn)直流變換電路工作于直通模式：控制第一橋臂的上橋臂和第二橋臂的上橋臂均處于導通狀態(tài)，控制第一橋臂的下橋臂和第二橋臂的下橋臂均處于關(guān)斷狀態(tài)，使直流源直接和直流母線導通。

19、第三方面，本技術(shù)實施例提供了儲能系統(tǒng)，包括：儲能電池和第一方面提供的功率變換器，該功率變換器與儲能電池連接，功率變換器用于將儲能電池提供的第一直流電轉(zhuǎn)換為交流電輸出至電網(wǎng)或負載。

20、第二方面和第三方面中的任一可能設(shè)計可以達到的技術(shù)效果，請參照上述第一方面中的任一可能設(shè)計可以達到的技術(shù)效果，這里不再重復贅述。本技術(shù)的這些方面或其它方面在以下實施例的描述中會更加簡明易懂。