双级三相储能变流器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种双级三相储能变流器，变流器包括AC/DC变换模块、DC/DC变换模块和储能体，三相交流连接AC/DC变换模块的输入端，AC/DC变换模块的输出端连接DC/DC变换模块的输入端，DC/DC变换模块的输出端连接储能体，储能体包括串接的第一储能体和第二储能体，第一储能体的负极端连接第二储能体的正极端。本实用新型专利技术针对三相三线或三相四线交流提出一种双级三相储能变流器，其DC/DC变换部分采用独创的可以实现电池模组冗余和串联的拓扑结构，降低了系统对直流电压波动的限制。并且DC/DC变换模块的功率开关不需要全时工作在高频状态，较大的提高了系统的效率，降低了功率损耗。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电路
，具体是一种双级三相储能变流器。
技术介绍
随着经济的发展、人口的增加，以及化石类能源的极少，各国开始注重可再生能源的发展。但是风能、太阳能等新能源的发展，无不受到了地理位置、气候等条件的影响，导致风能和太阳能具有很强的间歇性，为了最大利用风能和太阳能，储能成为了一种非常合理的解决方案，目前虽然各种储能技术各有优势和不足，但是随着技术的发展储能预计也会成为解决能源产生与负荷间冲突的有效措施。现有的储能技术方案中，包含两个比较关键的部分：储能电池部分和储能变流器部分。电池的功能就是把能量存储起来，变流器是用来连接电池和电网之间的设备，该设备可以实现电流、电压和功率的调节设备。在光伏发电系统和储能系统中，双向的直流-直流变换器都是不可或缺的一部分，双向直流-直流变换器的各项功能指标直接影响到整体系统的性能，例如变换效率、变换电压范围、是否具有冗余功能等，这些指标和功能在实际应用中具有较大的需求。在新能源的快速发展下，双向直流-直流变换器的性能也在不断的改善，随着应用场景的不同也提出了更有竞争力的设计方案。从上个世纪以来，美国学者首先提出了降压式的双向直流-直流变换器，并将其应用于卫星太阳能电源系统中。香港大学的教授和澳大利亚的学者也相继提出了多种双向直流-直流变换器的拓扑结构。后来美国弗吉尼亚的学者开始研究将双向直流-直流变换器应用于电池储能系统中。电池储能系统根据实际需求和控制系统控制命令，可以进行功率调节和能量调节，还可以快速响应，具有短时供电、平抑功率波动、改善微网内部的电能质量、提高系统稳定性等作用，因此得到了广泛的应用。分布式电池储能在增强微网系统的运行稳定性和提高电能质量方面具有更大的优势，可以得到更好的控制效果，目前电池储能系统的研究越来越得到了重视。电池储能系统包括电池及其管理系统和能量转换系统两个部分。能量转换系统作为电池与电网的接口，按照实际情况存储和释放能量，实现能量在电网和电池之间的交换，其本质就是大功率的储能变流器。电池储能熊的结构由电池及电池管理系统(BBMS，BatteryandBatteryManagementSystem)和能量转换及控制系统(PCS，PowerConversionSystem)两个部分组成，电池通过PCS与电网进行能量交换，PCS即为储能变流器，作为蓄电池与电网之间的接口设备，控制电池储能或者释放能量。储能变流器实现了直流和交流之间的双向能量交换和传递，其实质上是电压变换器，通过改变储能变换器交流侧电压幅值和电压相角来达到向电网注入或吸收有功和无功功率的目的。当控制储能系统的电压相角超前于接入点的电压相角时，有功功率变有储能系统流入到接入点；反之亦然。但需要向系统注入无功功率时，就控制储能变流器的电压幅值大于接入点的电压幅值，无功功率就由电池储能系统流入到接入点，反之亦然。可见，适当的改变变流器的控制量既可以控制储能系统与电网之间的有功和无功。在储能系统工作过程中，储能变流器作为电池与电网之间的接口设备，其拓扑结构决定着整个系统的效率和成本，是影响系统经济可靠运行的关键因素。由于储能逆变器的拓扑结构种类繁多、性能各异，其原理分析和性能比较，对于结构的合理选择、提高系统效率和降低生产成本等有着极其重要的意义。储能变流器按照有无DC/DC环节可以分为单级式和双级式两种，拓扑结构上的差异导致两者在工作特性上的差异。单级式储能变流器直接利用DC/AC变流器将电池输出能量传递到电网，只需要一级的电能变换就可以实现。工作在放电状态下电池储能的电能通过DC/AC变流器逆变为交流回馈到电网，反之在充电状态下电网电压经过整流变为直流后存储在电池中。DC/AC模块可以工作在整流状态也可以工作逆变状态，从而实现能量的双向流动。单级式储能变流器拓扑有很多优点，如电路简单、元器件少、控制方法简单、可靠性高和高效率、功耗低等优点，但是在使用过程中，单级式储能变流器存在一定的不足：1、需要根据变流器的容量配置电池的容量，每个变流器容量固定后配置的电池容量基本不能改变。2、一个变流器只能连接一路电池，存在多路电池时就必须配置相同数目的储能变流器，增加成本的同时也会给控制系统增加难度。3、变流器直流侧电压要限制在一个较高的范围内，因此电池的电压不能太低，限制了电池电压的工作范围。4、当变流器接入大容量的电池时，无法进行电压和电流的均衡，也无法实现充放电的单独控制。5、变流器出现故障后，所接入电池都会停止工作，电路可靠性较低。6、电网侧发生故障时，有可能在PCS直流侧产生较大电流，对电池系统有较大冲击，造成电池组的损坏并缩短其寿命。为了更为灵活的能量控制，采用两级能量变换系统，成为双级变流器。前级是DC/DC变换器，用于实现电压大小调节和充/放电电流控制。后级是DC/AC变换器，用于实现输出电流的正弦化并且进行并网控制。根据控制方式的不同，也可以实现控制充电/放电电流，孤岛效应检测的功能。这种结构简化了每一级的控制难度，可以将系统控制解耦，使直流变换环节和直流/交流环节的控制目标和手段分开设计。控制系统比较容易设计和实现，但是相比单级变流器相比，功率开关器件较多，导致的损耗增大，降低了系统的效率。双极式变换器的直流变换结构可以分为：隔离式和非隔离式两种结构。带有隔离变压器的拓扑结构中直流变换器通过变压器与逆变器连接。变压器可以起到升压和隔离的作用，由于隔离变压器的引入增加了系统的成本和体积，也降低了能量转化效率。非隔离型直流变换器一般包含三种主要拓扑结构：半桥型、全桥型和Buck-Boost级联型，在一些文献中也提到了一些非主流的电路结构。非隔离型直流变换器的不足之处是电压变化不能太大，但是从提高能量转换效率的角度来看，更适合用于单纯或配合新能源接入电池储能系统。从储能变流器的结构上可以分为单相结构和三相结构，单相结构主要应用于小容量的储能变流器，用于户用或一些特殊场合的储能。三相结构的储能变流器一般的容量集中在50-500kw，应用于中大容量的电站级储能场合。对于三相结构，由于变流容量较大，对于效率的要求就比较高。并且由于采用两级变流方案可以取消变压器，在成本上有较大优势，但是传统的控制方法都是采用较高的开关频率，这就造成了较大的功率损耗，整体系统的效率较低。
技术实现思路
本专利针对
技术介绍
中存在的问题，利用两级变流器结构，通过优化的控制算法，降低开关频率，提高系统效率，实现可以冗余的结构。本技术的目的在于提供一种，以克服现有技术中存在的缺陷。本技术的目的通过以下技术方案实现：一种双级三相储能变流器，它包括AC/DC变换模块、DC/DC变换模块和储能体，三相交流连接AC/DC变换模块的输入端，AC/DC变换模块的输出端连接DC/DC变换模块的输入端，DC/DC变换模块的输出端连接储能体，储能体包括串接的第一储能体和第二储能体，第一储能体的负极端连接第二储能体的正极端，其中：AC/DC变换模块包括三相桥式整流电路，所述三相桥式整流电路包括第一功率开关管、第二功率开关管、第三功率开关管、第四功率开关管、第九功率开关管和第十功率开关管：A相分别连接第一功率开关管和第二功率开关管，B相分别连接第三功率开关管和第四本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双级三相储能变流器，其特征在于它包括AC/DC变换模块、DC/DC变换模块和储能体，三相交流连接AC/DC变换模块的输入端，AC/DC变换模块的输出端连接DC/DC变换模块的输入端，DC/DC变换模块的输出端连接储能体，储能体包括串接的第一储能体(111)和第二储能体(112)，第一储能体(111)的负极端连接第二储能体(112)的正极端，其中：AC/DC变换模块包括三相桥式整流电路，所述三相桥式整流电路包括第一功率开关管(101)、第二功率开关管(102)、第三功率开关管(103)、第四功率开关管(104)、第九功率开关管(115)和第十功率开关管(114)：A相分别连接第一功率开关管(101)和第二功率开关管(102)，B相分别连接第三功率开关管(103)和第四功率开关管(104)，C相分别连接第九功率开关管(115)和第十功率开关管(114)；DC/DC变换模块包括第五功率开关管(105)、第六功率开关管(106)、第七功率开关管(107)、第八功率开关管(108)，AC/DC变换模块的正电压输出端分别连接第五功率开关管(105)、第六功率开关管(106)的一端；第五功率开关管(105)的另一端：一方面通过第七功率开关管(107)接回AC/DC变换模块的低电压输出端，另一方面连接第一储能体(111)的正极端；第六功率开关管(106)的另一端：一方面通过第八功率开关管(108)接回AC/DC变换模块的低电压输出端，另一方面接于第一储能体(111)和第二储能体(112)之间；第二储能体(112)的负极端接回AC/DC变换模块的低电压输出端。...

【技术特征摘要】
1.一种双级三相储能变流器，其特征在于它包括AC/DC变换模块、DC/DC变换模块和储能体，三相交流连接AC/DC变换模块的输入端，AC/DC变换模块的输出端连接DC/DC变换模块的输入端，DC/DC变换模块的输出端连接储能体，储能体包括串接的第一储能体(111)和第二储能体(112)，第一储能体(111)的负极端连接第二储能体(112)的正极端，其中：AC/DC变换模块包括三相桥式整流电路，所述三相桥式整流电路包括第一功率开关管(101)、第二功率开关管(102)、第三功率开关管(103)、第四功率开关管(104)、第九功率开关管(115)和第十功率开关管(114)：A相分别连接第一功率开关管(101)和第二功率开关管(102)，B相分别连接第三功率开关管(103)和第四功率开关管(104)，C相分别连接第九功率开关管(115)和第十功率开关管(114)；DC/DC变换模块包括第五功率开关管(105)、第六功率开关管(106)、第七功率开关管(107)、第八功率开关管(108)，AC/DC变换模块的正电压输出端分别连接第五功率开关管(105)、第六功率开关管(106)的一端；第五功率开关管(105)的另一端：一方面通过第七功率开关管(107)接回AC/DC变换模块的低电压输出端，另一方面连接第一储能体(111)的正极端；第六功率开关管(106)的另一端：一方面通过第八功率开关管(108)接回AC/DC变换模块的低电压输出端，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾繁鹏，叶曙光，方壮志，
申请(专利权)人：江苏林洋能源股份有限公司，江苏林洋微网科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32