隨著雙向儲(chǔ)能變流器(PCS)朝著高電壓、高效率的趨勢(shì)發(fā)展,SiC器件在雙向PCS中開(kāi)始應(yīng)用。SiC的PCS主電路拓?fù)洳捎每梢杂行Ы档筒⒕W(wǎng)電流諧波的T型三電平逆變電路。針對(duì)SiC器件開(kāi)關(guān)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(wǎng)不平衡時(shí)容易影響系統(tǒng)穩(wěn)定性,提出基于線電壓采樣的鎖相環(huán)以及相應(yīng)的并網(wǎng)電流正負(fù)序分離控制策略。

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求以及用電需求日益增加,電網(wǎng)用電負(fù)荷也隨之增長(zhǎng)。同時(shí),新能源發(fā)電如風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電快速發(fā)展,但由于其發(fā)電具有隨機(jī)波動(dòng)性等缺點(diǎn),容易引起電網(wǎng)不穩(wěn)定。儲(chǔ)能技術(shù)可以平滑新能源發(fā)電波動(dòng),能夠?yàn)樾履茉窗l(fā)電友好并網(wǎng)提供解決方案,其正逐漸成為越來(lái)越多國(guó)家實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的主要技術(shù)之一。

目前,儲(chǔ)能技術(shù)在電力系統(tǒng)、新能源等領(lǐng)域的運(yùn)用越來(lái)越廣泛,儲(chǔ)能行業(yè)也在國(guó)家政策以及市場(chǎng)發(fā)展的雙重驅(qū)動(dòng)下快速發(fā)展[6]。儲(chǔ)能變流器(PCS)是儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備單元,作為儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)的接口,承擔(dān)著外界與儲(chǔ)能系統(tǒng)交換能量的重要任務(wù)。PCS可以提高電網(wǎng)的可靠性、效率和靈活性,對(duì)于推廣清潔能源、建設(shè)智能電網(wǎng)、保障能源安全等方面具有重要意義,這對(duì)PCS的性能以及容量提出更高的要求[7]。PCS運(yùn)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(wǎng)電流諧波含量低等優(yōu)勢(shì),在儲(chǔ)能領(lǐng)域成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)[8-9]。

市場(chǎng)的發(fā)展需求往往推動(dòng)電力電子器件的發(fā)展。近年來(lái),PCS也逐漸朝著高壓、高效、高頻化趨勢(shì)發(fā)展。隨著電壓等級(jí)以及開(kāi)關(guān)頻率的提高,硅(Si)半導(dǎo)體器件受到材料自身的限制,不能很好適應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)。用新型寬禁帶半導(dǎo)體材料制造的電力電子器件比Si半導(dǎo)體器件具有更好的性能,其中寬禁帶半導(dǎo)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(jí)、較低的導(dǎo)通電阻和更快的開(kāi)關(guān)速度,快速獲得工業(yè)應(yīng)用。目前,市場(chǎng)上已經(jīng)有商業(yè)化的成熟可靠SiC器件,而且在電路中應(yīng)用SiC器件可以提升系統(tǒng)效率,減小體積和提高功率密度,在儲(chǔ)能領(lǐng)域也獲得應(yīng)用

本文研究采用寬禁帶SiC的雙向PCS,主電路拓?fù)錇門型三電平逆變電路。本文給出基于SiC的雙向PCS樣機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并以A相為例簡(jiǎn)要分析其工作原理。介紹了雙向PCS調(diào)制方法,針對(duì)目前采用相電壓鎖相控制的不足以及不平衡電網(wǎng)電壓下并網(wǎng)穩(wěn)定性問(wèn)題,提出基于線電壓采樣的鎖相環(huán)設(shè)計(jì)和并網(wǎng)電流正負(fù)序分離控制設(shè)計(jì)。最后,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

采用SiC器件的雙向PCS,主電路采用效率高、并網(wǎng)電流諧波含量低的T型三電平逆變電路。針對(duì)SiC器件的開(kāi)關(guān)頻率高、開(kāi)關(guān)速度快,采用相電壓鎖相控制容易受干擾以及不平衡電網(wǎng)電壓下容易影響系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題,提出了基于線電壓采樣的鎖相環(huán)和并網(wǎng)電流正負(fù)序分離控制策略,分析了線電壓的3 s/2 s變換以及并網(wǎng)電流正負(fù)序分離的方法。最后搭建了1臺(tái)基于SiC的10 kW雙向PCS實(shí)驗(yàn)樣機(jī),樣機(jī)性能良好,運(yùn)行穩(wěn)定可靠,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)方案和控制策略正確有效。

審核編輯 黃宇