隨著雙向儲能變流器(PCS)朝著高電壓、高效率的趨勢發展,SiC器件在雙向PCS中開始應用。SiC的PCS主電路拓撲采用可以有效降低并網電流諧波的T型三電平逆變電路。針對SiC器件開關頻率高,基于相電壓采樣的鎖相控制比較容易受干擾,以及電網不平衡時容易影響系統穩定性,提出基于線電壓采樣的鎖相環以及相應的并網電流正負序分離控制策略。

隨著國家經濟的不斷發展,用戶對電能質量的要求以及用電需求日益增加,電網用電負荷也隨之增長。同時,新能源發電如風力發電和光伏發電快速發展,但由于其發電具有隨機波動性等缺點,容易引起電網不穩定。儲能技術可以平滑新能源發電波動,能夠為新能源發電友好并網提供解決方案,其正逐漸成為越來越多國家實現碳中和目標的主要技術之一。

目前,儲能技術在電力系統、新能源等領域的運用越來越廣泛,儲能行業也在國家政策以及市場發展的雙重驅動下快速發展[6]。儲能變流器(PCS)是儲能系統的關鍵設備單元,作為儲能系統與電網的接口,承擔著外界與儲能系統交換能量的重要任務。PCS可以提高電網的可靠性、效率和靈活性,對于推廣清潔能源、建設智能電網、保障能源安全等方面具有重要意義,這對PCS的性能以及容量提出更高的要求[7]。PCS運用較為廣泛的是多電平電路,其中T型三電平逆變電路因相同頻率下效率高、并網電流諧波含量低等優勢,在儲能領域成為研究和應用的熱點[8-9]。

市場的發展需求往往推動電力電子器件的發展。近年來,PCS也逐漸朝著高壓、高效、高頻化趨勢發展。隨著電壓等級以及開關頻率的提高,硅(Si)半導體器件受到材料自身的限制,不能很好適應這一發展趨勢。用新型寬禁帶半導體材料制造的電力電子器件比Si半導體器件具有更好的性能,其中寬禁帶半導體器件中的碳化硅(SiC)器件具有更高的禁帶寬度、可承受更高的電壓等級、較低的導通電阻和更快的開關速度,快速獲得工業應用。目前,市場上已經有商業化的成熟可靠SiC器件,而且在電路中應用SiC器件可以提升系統效率,減小體積和提高功率密度,在儲能領域也獲得應用

本文研究采用寬禁帶SiC的雙向PCS,主電路拓撲為T型三電平逆變電路。本文給出基于SiC的雙向PCS樣機系統結構,并以A相為例簡要分析其工作原理。介紹了雙向PCS調制方法,針對目前采用相電壓鎖相控制的不足以及不平衡電網電壓下并網穩定性問題,提出基于線電壓采樣的鎖相環設計和并網電流正負序分離控制設計。最后,進行了實驗驗證。

采用SiC器件的雙向PCS,主電路采用效率高、并網電流諧波含量低的T型三電平逆變電路。針對SiC器件的開關頻率高、開關速度快,采用相電壓鎖相控制容易受干擾以及不平衡電網電壓下容易影響系統穩定性問題,提出了基于線電壓采樣的鎖相環和并網電流正負序分離控制策略,分析了線電壓的3 s/2 s變換以及并網電流正負序分離的方法。最后搭建了1臺基于SiC的10 kW雙向PCS實驗樣機,樣機性能良好,運行穩定可靠,實驗驗證了所設計方案和控制策略正確有效。

審核編輯 黃宇