级联H桥储能变流器直流侧纹波电流协同抑制方法

胡顺全; 陈阿莲; 刘通; 卢家璇; 申钰齐; 李强

doi:10.7500/AEPS20240329003

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级联H桥储能变流器直流侧纹波电流协同抑制方法

研制与开发 | 更新时间：2025-06-16

- 级联H桥储能变流器直流侧纹波电流协同抑制方法
- Cooperative Suppression Method for DC-side Ripple Current in Cascaded H-bridge Energy Storage Converter
- 电力系统自动化 2024年48卷第24期页码：136-144
- 作者机构：
  
  1.山东大学控制科学与工程学院，山东省济南市 250061
  2.山东大学电气工程学院，山东省济南市 250061
  3.新风光电子科技股份有限公司，山东省济宁市 272500
- 作者简介：
  
  胡顺全(1976—)，男，博士研究生，主要研究方向：储能变流器技术、电能治理。E-mail：hsqlou_1088@163.com
  陈阿莲(1976—)，女，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：可再生能源发电技术、高压大功率多电平变换技术。E-mail：chenalian@sdu.edu.cn
  刘通(1991—)，男，博士后，主要研究方向：新能源利用与分布式发电技术、预测控制。E-mail：tong@sdu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金联合基金资助项目(U2006222);国家资助博士后研究人员计划项目(GZC20231432);中国博士后科学基金面上项目(2024M751808)
- DOI：10.7500/AEPS20240329003
  中图分类号：
- 收稿：2024-03-29，
  
  修回：2024-08-12，
  
  纸质出版：2024-12-25
- 稿件说明：
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胡顺全,陈阿莲,刘通等.级联H桥储能变流器直流侧纹波电流协同抑制方法[J].电力系统自动化,2024,48(24):136-144.

HU Shunquan,CHEN Alian,LIU Tong,et al.Cooperative Suppression Method for DC-side Ripple Current in Cascaded H-bridge Energy Storage Converter[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(24):136-144.
胡顺全,陈阿莲,刘通等.级联H桥储能变流器直流侧纹波电流协同抑制方法[J].电力系统自动化,2024,48(24):136-144. DOI： 10.7500/AEPS20240329003.

HU Shunquan,CHEN Alian,LIU Tong,et al.Cooperative Suppression Method for DC-side Ripple Current in Cascaded H-bridge Energy Storage Converter[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(24):136-144. DOI： 10.7500/AEPS20240329003.

摘要

H桥模块（单相变流器）作为级联储能变流器的基本单元，其固有功率变换特性会导致直流侧产生大量纹波电流，严重威胁交流侧电能质量和储能电池寿命。文中在全面分析纹波电流产生机理的基础上，提出一种基于串-并联滤波器的级联H桥变流器协同抑制方案，有效提高直流侧电流质量。通过分析无源参数的阻抗特点，给出了双LC滤波器参数配置方案，使所提滤波器既能吸收二倍频纹波电流，又能吸收高频纹波电流。同时，提出一种改进的三次谐波注入法，进一步减小直流侧纹波电流。最后，仿真和实验结果验证了所提方案的有效性。

Abstract

As the basic unit of the cascaded energy storage converter

the H-bridge module (single-phase converter) has inherent power conversion characteristics

causing a large amount of ripple current on the DC side

which in turn seriously threatens the power quality on the AC side and the lifetime of the energy storage battery. Based on a comprehensive analysis of the ripple current generation mechanism

this paper proposes a cooperative suppression scheme for the cascaded H-bridge converter based on series-parallel filters to significantly improve the current quality on the DC side. By analyzing the impedance characteristics of the passive parameters

the parameter configuration scheme of the dual LC filter is given

so that the proposed filter can absorb both the double-power-frequency ripple current and the high-frequency ripple current. Simultaneously

an improved third harmonic injection method is proposed to reduce the DC-side ripple current. Finally

simulation and experimental results validate the effectiveness of the proposed scheme.

关键词

Keywords

references

胡江溢，杨高峰，宋兆欧，等 . 支持新型储能发展的国际政策与中国发展模式探讨［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 2 ）： 469 - 480 .

HU Jiangyi ， YANG Gaofeng ， SONG Zhaoou ， et al . Preliminary discussion on the supporting policies and the China’s development model of the new energy storage ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 2 ）： 469 - 480 .

唐西胜，李伟，沈晓东 . 面向新型电力系统的储能规划方法研究进展及展望［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 9 ）： 178 - 191 .

TANG Xisheng ， LI Wei ， SHEN Xiaodong . Research progress and prospect of energy storage planning method for new power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 9 ）： 178 - 191 .

丁涛，孙嘉玮，黄雨涵，等 . 储能参与容量市场的国内外现状及机制思考［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 6 ）： 226 - 239 .

DING Tao ， SUN Jiawei ， HUANG Yuhan ， et al . Domestic and foreign present situation of capacity market with energy storage and reflection on its mechanism ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 6 ）： 226 - 239 .

吴传平，周天念，周特军，等 . 高压大容量储能功率转换系统的拓扑结构比较［J］. 电力自动化设备， 2024 ， 44 （ 2 ）： 26 - 33 .

WU Chuanping ， ZHOU Tiannian ， ZHOU Tejun ， et al . Comparison of topological structure of high voltage and large capacity energy storage power conversion system ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2024 ， 44 （ 2 ）： 26 - 33 .

MAHARJAN L ， YAMAGISHI T ， AKAGI H ， et al . Fault-tolerant operation of a battery-energy-storage system based on a multilevel cascade PWM converter with star configuration ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2010 ， 25 （ 9 ）： 2386 - 2396 .

LIU Q X ， RODRIGUEZ E ， ZENG Y ， et al . Minimum voltage operation of cascaded H-bridge StatComs using discontinuous modulation ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2024 ， 39 （ 5 ）： 5014 - 5019 .

YANG K H ， LAN X F ， ZHANG Q ， et al . Unified selective harmonic elimination for cascaded H-bridge asymmetric multilevel inverter ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2018 ， 6 （ 4 ）： 2138 - 2146 .

POBLETE P ， GAJARDO J ， CUZMAR R H ， et al . Predictive optimal variable-angle PS-PWM strategy for cascaded H-bridge converters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2024 ， 71 （ 11 ）： 13556 - 13566 .

朱瑛，饶军，郭旭滨 . 风电场无功补偿工况下级联H桥STATCOM电压平衡控制［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 21 ）： 97 - 105 .

ZHU Ying ， RAO Jun ， GUO Xubin . Voltage balance control of cascaded H-bridge STATCOM for wind farm under reactive power compensation condition ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 21 ）： 97 - 105 .

刘畅，吴西奇，姜新宇，等 . 高压直挂大容量储能系统的电池堆分割方法［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 19 ）： 7483 - 7497 .

LIU Chang ， WU Xiqi ， JIANG Xinyu ， et al . Battery stack segmentation method of the large-capacity high-voltage transformerless battery energy storage system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 19 ）： 7483 - 7497 .

黄欣科，王环，周宇，等 . 兆瓦级光伏中压直流并网变换器研制及实证应用［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 14 ）： 150 - 157 .

HUANG Xinke ， WANG Huan ， ZHOU Yu ， et al . Development and empirical application of megawatt-level medium-voltage DC photovoltaic grid-connected converter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 14 ）： 150 - 157 .

夏向阳，陈贵全，刘俊翔，等 . 储能系统直流侧纹波电流对锂离子电池寿命影响分析及优化控制策略［J］. 电工技术学报， 2023 ， 38 （ 22 ）： 6218 - 6229 .

XIA Xiangyang ， CHEN Guiquan ， LIU Junxiang ， et al . Analysis of the impact of DC-side ripple current on lithium-ion battery life in energy storage systems and optimal control strategies ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2023 ， 38 （ 22 ）： 6218 - 6229 .

TARASCON J M ， GOZDZ A S ， SCHMUTZ C ， et al . Performance of Bellcore’s plastic rechargeable Li-ion batteries ［J］. Solid State Ionics ， 1996 ， 86 ： 49 - 54 .

刘畅，吴胜兵，吴西奇，等 . 35 kV高压直挂大容量电池储能系统［J］. 高电压技术， 2024 ， 50 （ 2 ）： 881 - 892 .

LIU Chang ， WU Shengbing ， WU Xiqi ， et al . High-voltage large-capacity battery energy storage system connecting to 35 kV grid without transformer ［J］. High Voltage Engineering ， 2024 ， 50 （ 2 ）： 881 - 892 .

MA Z ， JIA M ， KOLTERMANN L ， et al . Review on grid-tied modular battery energy storage systems： configuration classifications， control advances， and performance evaluations ［J］. Journal of Energy Storage ， 2023 ， 74 ： 109272 .

SHI X Q ， LIU C ， ZHANG C ， et al . Low-frequency current ripple minimization of single-star bridge cells-based battery energy storage system using optimal third harmonic voltage injection ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2023 ， 38 （ 4 ）： 2525 - 2538 .

SCHENCK M E ， LAI J S ， STANTON K . Fuel cell and power conditioning system interactions ［C］// 20th Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition ， March 6-10 ， 2005 ， Austin， USA .

SUN Y ， LIU Y ， SU M ， et al . Review of active power decoupling topologies in single-phase system ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2016 ， 31 （ 7 ）： 4778 - 4794 .

曹阳 . 2 MW/10 kV高压级联H桥电池储能系统设计与实现［D］. 上海：上海交通大学， 2015 .

CAO Yang . Design and implementation of 2 MW/10 kV high-voltage cascaded H-bridge battery energy storage system ［D］. Shanghai ： Shanghai Jiao Tong University ， 2015 .

BARUSCHKA L ， MERTENS A . Comparison of cascaded H-bridge and modular multilevel converters for BESS application ［C］// 2011 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition ， September 17-22 ， 2011 ， Phoenix， USA .

LIU X H ， LI H ， WANG Z . A fuel cell power conditioning system with low-frequency ripple-free input current using a control-oriented power pulsation decoupling strategy ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2014 ， 29 （ 1 ）： 159 - 169 .

TRINTIS I ， MUNK-NIELSEN S ， TEODORESCU R . Cascaded H-bridge with bidirectional boost converters for energy storage ［C］// Proceedings of the 2011 14th European Conference on Power Electronics and Applications ， August 30-September 1 ， 2011 ， Birmingham， UK .

史尤杰 . 级联多电平逆变器的低频纹波抑制与分相瞬时控制策略研究［D］. 武汉：华中科技大学， 2017 .

SHI Youjie . Research on low-frequency current ripple reduction and individual phase current control of a cascaded multilevel converter ［D］. Wuhan ： Huazhong University of Science and Technology ， 2017 .

SHI Y J ， LIU B Y ， DUAN S X . Modelling， control and performance analysis of a single-stage single-phase inverter with reduced low-frequency input current ripple ［J］. IET Power Electronics ， 2018 ， 11 （ 6 ）： 1074 - 1082 .

孟庆海，田媛 . 本质安全电路模拟储能元件潜在危险性分析及其本质安全判据［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 3 ）： 676 - 685 .

MENG Qinghai ， TIAN Yuan . Analysis of potential hazards of analog energy storage components in the intrinsic safety circuits and their intrinsic safety criteria ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 3 ）： 676 - 685 .

WANG Y J ， CHAI Y S ， TANG J ， et al . DC voltage control strategy of chain star STATCOM with second-order harmonic suppression ［J］. IET Power Electronics ， 2016 ， 9 （ 14 ）： 2645 - 2653 .

原亚雷，钊翔坤，徐高祥，等 . 兼顾电压波动抑制的级联H桥STATCOM相间电压平衡控制策略［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 4 ）： 1494 - 1502 .

YUAN Yalei ， ZHAO Xiangkun ， XU Gaoxiang ， et al . Clustered voltage balance control strategy of cascaded H-bridge STATCOM with suppressing DC voltage fluctuation ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 4 ）： 1494 - 1502 .

徐海亮 . 双馈风电变流器的谐振控制技术研究［D］. 杭州：浙江大学， 2014 .

XU Hailiang . Investigation on resonant control DFIG-based wind power converters ［D］. Hangzhou ： Zhejiang University ， 2014 .

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