【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高压级联储能系统，特别是涉及一种基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统及其控制方法。
技术介绍
1、高压级联储能系统是一种先进的储能技术，广泛应用于电力系统中，以提高电网的稳定性和可靠性。这种系统通过将多个电池模块或储能单元串联起来，形成一个高电压输出的整体系统。
2、传统的大容量储能电站一般是将多台储能pcs在低压交流侧并联运行，并通过升压变压器逐级升压再接入中高压电网，但是，储能pcs并联台数过多会导致多种稳定性问题以及环流和功率不均分的问题。同时，此方案所述的电池储能系统占地面积大、控制系统复杂、协调控制困难，变压器损耗大，系统效率低。在此之上，基于级联h桥变换器的高压级联储能系统通过在各相h桥直流侧引入分散的电池模组，容易实现各种高压级联和容量扩展。同时，该方案减小了电池环流省去工频变压器，从而可实现电池储能功率变换的高效率、高可靠性、大容量化与安全性需求。但现有的高压级联储能系统也存在各种问题，具体分析如下：
3、1)如中国专利cn215267793u所述的一体式高压级联储能系统，包括级联的pcs功率单元，所述的pcs功率单元是基于单组电池包与h桥并联后再级联，同时在电池包与h桥之间接入lc滤波器，从而抑制电池包的2倍频纹波电流。同时，h桥端口采用机械开关并联，用于pcs功率单元旁路设计；该技术无法实现对电池包实现精细化均衡管理，同时，单个电池包故障时，整个pcs功率单元需要退出，系统可靠性较低；
4、2)如中国专利cn115513935a所述的一种高压级联储能系统的模块
5、3)如中国专利cn111049273a所述的一种高压级联储能装置，所述高压级级联方案是：h桥与电池包并联后再级联构成高压储能系统；当任意一个电池包故障后，该技术方案不具备电池包故障退出(或旁路)功能，高压级联储能系统可靠性偏低等问题。
6、综上，如何实现高压级联储能系统的均衡控制，提高高压级联储能系统运行可靠性成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统及其控制方法，通过嵌入式功率模块实现电池包荷电状态均衡控制，并且可以实现任意电池包故障后被旁路，避免局部故障导致的停机，大大降低了高压级联储能系统的故障率，从而提高了高压级联储能系统运行可靠性。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统，包括与电网的三相线分别连接的三相链式储能桥臂，每相链式储能桥臂包括多个级联的嵌套式功率模块，每个嵌套式功率模块包括若干直流链式储能单元和h桥电路，若干直流链式储能单元并联后与所述h桥电路的直流侧连接，所述h桥电路的交流侧连接交流开关；
4、所述直流链式储能单元包括多个储能模块、直流电抗器、直流开关，多个储能模块级联后依次与直流电抗器、直流开关连接，所述储能模块包括电池包以及与电池包连接的半桥电路，所述半桥电路用于电池包的荷电状态均衡控制。
5、进一步地，所述半桥电路包括两个全控型半导体器件，两个全控型半导体器件串接，两个全控型半导体器件之间形成半桥中点。
6、进一步地，每个所述直流链式储能单元中，第一个储能模块的半桥中点依次与直流电抗器、直流开关连接，直流开关连接到直流正端(dc+)，第一个储能模块的负极与第二个储能模块的半桥中点连接，第二个储能模块的负极与第三个储能模块的半桥中点连接，以此类推，最后一个储能模块的负极连接到直流负端(dc-)，所述直流正端(dc+)、直流负端(dc-)分别与所述h桥电路的直流侧连接。
7、进一步地，两个全控型半导体器件分别为全控型半导体器件q1和全控型半导体器件q2，全控型半导体器件q1和全控型半导体器件q2均采用mosfet，全控型半导体器件q1的d极(漏极)与电池包正极连接，全控型半导体器件q2的s极(源极)与电池包负极连接。
8、进一步地，所述电池包的两端还并联有电容器c0，所述电容器c0位于电池包与半桥电路之间。
9、进一步地，所述h桥电路包括四个功率半导体开关组件，每两个功率半导体开关组件同向串联构成一个桥臂，两个桥臂并联连接，且两个桥臂中点分别连接交流正端和交流负端，交流正端和交流负端之间并联所述交流开关；每个功率半导体开关组件包括并联设置的全控型半导体器件和单向不可控半导体器件。
10、进一步地，四个所述全控型半导体器件均采用igbt，四个所述单向不可控半导体器件均采用二极管。
11、进一步地，若干直流链式储能单元并联后还并联一个电容器c1，所述电容器c1位于若干并联的直流链式储能单元与所述h桥电路之间。
12、进一步地，三相链式储能桥臂的交流正端依次通过桥臂电抗器l、桥臂等效电阻r、网侧电抗器ls连接到电网的三相线，三相链式储能桥臂的交流负端均连接到公共点n。
13、本专利技术还提供一种基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统的控制方法，应用于上述的基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统，所述控制方法包括以下故障切除模式：
14、当某一电池包发生故障，通过与该电池包对应的半桥电路，将该电池包短接，直流链式储能单元中其他电池包正常运行；
15、当某一直流链式储能单元发生故障，通过打开该直流链式储能单元的直流开关，将该直流链式储能单元切出，嵌套式功率模块中其他直流链式储能单元正常运行；
16、当某一嵌套式功率模块发生故障，通过闭合该嵌套式功率模块中的交流开关，将该嵌套式功率模块短接，每相链式储能桥臂中其他嵌套式功率模块正常运行。
17、综上，本专利技术提供的是一种高性价比的基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统及其控制方法，每相链式储能桥臂包括多个级联的嵌套式功率模块，每个嵌套式功率模块包括若干直流链式储能单元和h桥电路，所述直流链式储能单元包括多个储能模块、直流电抗器、直流开关，储能模块包括电池包以及与电池包连接的半桥电路。本专利技术中所述嵌套式功率模块包含多个半桥电路和一个h桥电路，每一个半桥电路与电池包连接，每一个半桥电路可用于通过控制全控型半导体器件开通或关断时间来实现电池充放电电量、荷电控制；将所述嵌套式功率模块的多个半桥电路、直流电抗器、直流开关串接后得到一组直流链式储能单元，每一组直流链式储能单元可实现内部荷电状态均衡控制；所述嵌套式功率模块可包括多组并联的直流链式储能单元和h桥电路，可通过控制h桥电路中功率半导体开关组件的开通或关断时间来实现多组直流链式储能单元实现荷电状态均衡控制。
18、本专利技术提供的嵌套式功率模块，不仅具备以上电池包荷电状态均衡控制的效果，还具备如下优势：
19、1)半桥电路具备任意1组电池包故障后被旁路，不会造成直流链式储能单元故障停机；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统，包括与电网的三相线分别连接的三相链式储能桥臂，其特征在于，每相链式储能桥臂包括多个级联的嵌套式功率模块，每个嵌套式功率模块包括若干直流链式储能单元和H桥电路，若干直流链式储能单元并联后与所述H桥电路的直流侧连接，所述H桥电路的交流侧连接交流开关；
2.根据权利要求1所述的基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统，其特征在于，所述半桥电路包括两个全控型半导体器件，两个全控型半导体器件串接，两个全控型半导体器件之间形成半桥中点。
3.根据权利要求2所述的基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统，其特征在于，每个所述直流链式储能单元中，第一个储能模块的半桥中点依次与直流电抗器、直流开关连接，直流开关连接到直流正端，第一个储能模块的负极与第二个储能模块的半桥中点连接，第二个储能模块的负极与第三个储能模块的半桥中点连接，以此类推，最后一个储能模块的负极连接到直流负端，所述直流正端、直流负端分别与所述H桥电路的直流侧连接。
4.根据权利要求2所述的基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统，其特征在于，两个全控型半导体器件分
5.根据权利要求1所述的基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统，其特征在于，所述电池包的两端还并联有电容器C0，所述电容器C0位于电池包与半桥电路之间。
6.根据权利要求1所述的基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统，其特征在于，所述H桥电路包括四个功率半导体开关组件，每两个功率半导体开关组件同向串联构成一个桥臂，两个桥臂并联连接，且两个桥臂中点分别连接交流正端和交流负端，交流正端和交流负端之间并联所述交流开关；每个功率半导体开关组件包括并联设置的全控型半导体器件和单向不可控半导体器件。
7.根据权利要求6所述的基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统，其特征在于，四个所述全控型半导体器件均采用IGBT，四个所述单向不可控半导体器件均采用二极管。
8.根据权利要求1所述的基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统，其特征在于，若干直流链式储能单元并联后还并联一个电容器C1，所述电容器C1位于若干并联的直流链式储能单元与所述H桥电路之间。
9.根据权利要求1所述的基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统，其特征在于，三相链式储能桥臂的交流正端依次通过桥臂电抗器、桥臂等效电阻、网侧电抗器连接到电网的三相线，三相链式储能桥臂的交流负端均连接到公共点。
10.一种基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统的控制方法，应用于权利要求1-9任一项所述的基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统，其特征在于，所述控制方法包括以下故障切除模式：
...【技术特征摘要】
1.一种基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统，包括与电网的三相线分别连接的三相链式储能桥臂，其特征在于，每相链式储能桥臂包括多个级联的嵌套式功率模块，每个嵌套式功率模块包括若干直流链式储能单元和h桥电路，若干直流链式储能单元并联后与所述h桥电路的直流侧连接，所述h桥电路的交流侧连接交流开关；
2.根据权利要求1所述的基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统，其特征在于，所述半桥电路包括两个全控型半导体器件，两个全控型半导体器件串接，两个全控型半导体器件之间形成半桥中点。
3.根据权利要求2所述的基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统，其特征在于，每个所述直流链式储能单元中，第一个储能模块的半桥中点依次与直流电抗器、直流开关连接，直流开关连接到直流正端，第一个储能模块的负极与第二个储能模块的半桥中点连接，第二个储能模块的负极与第三个储能模块的半桥中点连接，以此类推，最后一个储能模块的负极连接到直流负端，所述直流正端、直流负端分别与所述h桥电路的直流侧连接。
4.根据权利要求2所述的基于嵌套式功率模块的高压级联储能系统，其特征在于，两个全控型半导体器件分别为全控型半导体器件q1和全控型半导体器件q2，全控型半导体器件q1和全控型半导体器件q2均采用mosfet，全控型半导体器件q1的漏极与电池包正极连接，全控型半导体器件q2的源极与电池包负极连接。
5.根据权利要求1所述的基于嵌套式功...
【专利技术属性】
技术研发人员：张红波，林卫星，左文平，张明露，
申请(专利权)人：厦门和储能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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