CN102969736A

CN102969736A - 一种电磁储能的链式变流器拓扑结构

Info

Publication number: CN102969736A
Application number: CN2012104622387A
Authority: CN
Inventors: 李睿; 陈强; 蔡旭
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2013-03-13

Abstract

本发明提供了一种电磁储能的链式变流器拓扑结构，属电气自动化设备技术领域。本发明在链式变流器的各H桥中间直流侧电容增加一个H桥用以连接电磁储能系统中的储能电感线圈，通过控制所增加的H桥，能够保证储能电感线圈工作于充电、放电和储能的各种状态，同时保持H桥直流侧电容的电压；而链式储能变流器用做电磁储能与电网的接口，既可实现高压直接并网，完成电网的功率调度，又可以减少储能系统接入电网的谐波，减少滤波元件的体积。本发明所提出的拓扑结构简单，易于模块化生产，适合于大规模高电压并网的电磁储能系统。

Description

一种电磁储能的链式变流器拓扑结构

技术领域

本发明涉及电气自动化设备技术领域，具体地，涉及一种电磁储能变流器的电路拓扑结构。

背景技术

电磁储能是以电磁能直接存储，因此转换效率高、动态响应快，可以平滑功率波动，增强系统可调度性，改善电网静、动态特性。

链式拓扑广泛应用在高压电机驱动变频器、高压无功补偿等领域；该拓扑也可作为储能变流器，直接接入高压电网。作为储能的功率转换系统，链式变流器如图1，一般只适用于连接电池组或超级电容储能，而通过电感线圈储能的电磁储能，必须增加相应的结构才能应用于链式拓扑结构中。

中国专利公开号为201774270U的实用新型专利，该专利涉及一种无变压器电感储能拓扑结构,该拓扑结构包括三相，每相由多个H桥功率模块与电感储能模块构成的子单元串联在一起,经缓冲电感接入电网；H桥功率模块由四个IGBT开关器件组成，每个IGBT开关器件反并联一个二极管，每两个IGBT开关器件相串联后，再与直流电容C并联;电感储能模块由超导线圈Lc、开关器件IGBT5、开关器件IGBT6、二极管D1、二极管D2组成，超导线圈Lc与二极管D1、开关器件IGBT5构成存储能量回路，超导线圈Lc还与二极管D2、开关器件IGBT6构成存储能量回路，该电感储能模块与电容C相并联。

但是上述专利与本发明相比，本发明所使用的器件均是可控器件，因此对于电感线圈来说，其上面的电流可以是双向的，从而有助于元件的磁复位。另外，新增H桥的两个桥臂可以轮换使用，从而增加整个系统的工作寿命。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于电磁储能的链式变流器拓扑结构，在链式变流器的各H桥中间直流侧电容C增加一个H桥，用以连接电磁储能系统中的储能电感线圈L_coil，增加系统的稳定性与可靠性；链式储能变流器用做电磁储能与电网的接口，既可实现高压直接并网，完成电网的功率调度，又可以减少储能系统接入电网的谐波，减少滤波元件的体积。

为实现上述目的，本发明提供一种电磁储能的链式变流器拓扑结构，包括电磁储能系统中的储能电感线圈L_coil、用于连接电磁储能系统的H桥、中间直流侧电容C、链式变流器H桥以及并网电抗器L_s。所述链式变流器的每一相由H桥串联组成，三相接成星形，通过所述并网电抗器L_s直接并入高压电网，所述链式变流器各H桥中间直流侧电容C与所述电磁储能线圈L_coil之间设有一个用于连接电磁储能系统的H桥。所述用于连接电磁储能系统的H桥与所述中间直流侧电容C并联。

优选地，所述用于连接电磁储能系统的H桥，由四个开关S1_、S₂、S₃、S₄组成，其中：两个开关S₁、S₂串联构成一个桥臂，另外两个开关S₃、S₄串联构成另一个桥臂，所述电磁储能线圈L_coil连接在这两个桥臂中间，并且所述四个开关S₁、S₂、S₃、S₄分别并联一个反向二极管。所述链式变流器通过控制用于连接电磁储能系统的H桥，能够保证储能电感线圈L_coil工作于充电、放电和储能的各种状态，同时可以保持H桥直流侧电容C的电压稳定。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明的链式变流器接入电磁储能系统，同时接入多个电磁储能线圈，在维持电磁储能容量的前提下，分散储能的分布，从而增加系统的稳定性与可靠性；链式储能变流器用做电磁储能与电网的接口，既可实现高压直接并网，完成电网的功率调度，又可以减少储能系统接入电网的谐波，减少滤波元件的体积。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为现有的链式储能变流器电路拓扑；

图2为本发明提出的一种电磁储能的链式变流器拓扑；

图3为电感线圈储能充电状态示意图；

图4为电感线圈储能放电状态示意图；

图5~图10为电感线圈储能状态示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

参照图2，本发明提供的一种电磁储能的链式变流器拓扑结构，包括电磁储能系统中的储能电感线圈L_coil、用于连接电磁储能系统的H桥、中间直流侧电容C、链式变流器H桥以及并网电抗器L_s。在链式变流器的各H桥直流侧增加一个用于连接电磁储能系统的H桥，用以连接电磁储能系统中的储能电感线圈L_coil。所述用于连接电磁储能系统的H桥与所述中间直流侧电容C并联。

通过控制所增加的用于连接电磁储能系统的H桥，能够保证储能电感线圈L_coil工作于充电、放电和储能的各种状态，同时保持所述中间直流侧电容C的电压稳定。

所述用于连接电磁储能系统的H桥，由四个开关S₁、S₂、S₃、S₄组成，其中：两个开关S₁、S₂串联构成一个桥臂，另外两个开关S₃、S₄串联构成另一个桥臂，所述电磁储能线圈L_coil连接在这两个桥臂中间，并且所述四个开关S₁、S₂、S₃、S₄分别并联一个反向二极管。

参照图3，所增加的用于连接电磁储能系统的H桥中的开关S₁、S₄开通，中间直流侧电容C对储能电感线圈L_coil进行充电。

参照图4，所增加的用于连接电磁储能系统的H桥中的开关S₁、S₂、S₃、S₄全部关断，储能电感线圈L_coil中的电流由开关S₂、S₃的反并联二极管续流，此时中间直流侧电容C对储能电感线圈L_coil进行放电。

参照图5，所增加的用于连接电磁储能系统的H桥中的开关S₁开通，同时开关S₃的反并联二极管续流，中间直流侧电容C与储能电感线圈L_coil未连接，此时储能电感线圈L_coil处于续流状态。

参照图6，所增加的用于连接电磁储能系统的H桥中的开关S₄开通，同时开关S₂的反并联二极管续流，中间直流侧电容C与储能电感线圈L_coil未连接，此时储能电感线圈L_coil处于续流状态。

参照图7，所增加的用于连接电磁储能系统的H桥中的开关S₂、S₃开通，中间直流侧电容C对储能电感线圈L_coil进行反向充电。

参照图8，所增加的用于连接电磁储能系统的H桥中的开关S₁、S₂、S₃、S₄全部关断，储能电感线圈L_coil中的电流由开关S₁、S₄的反并联二极管续流，此时中间直流侧电容C对储能电感线圈L_coil进行反向放电。

参照图9，所增加的用于连接电磁储能系统的H桥中的开关S₂开通，同时开关S₄的反并联二极管续流，中间直流侧电容C与储能电感线圈L_coil未连接，此时储能电感线圈L_coil处于续流状态。

参照图10，所增加的用于连接电磁储能系统的H桥中的开关S₃开通，同时开关S₁的反并联二极管续流，中间直流侧电容C与储能电感线圈L_coil未连接，此时储能电感线圈L_coil处于续流状态。

综上，本发明在链式变流器的各H桥直流侧增加一个H桥，用以连接电磁储能系统中的储能电感线圈。通过控制所增加的H桥，能够保证储能电感线圈工作于充电、放电和储能的各种状态，同时可以保持H桥直流侧电容C的电压；而链式储能变流器用做电磁储能与电网的接口，既可实现高压直接并网，完成电网的功率调度，又可以减少储能系统接入电网的谐波，减少滤波元件的体积。本发明所提出的拓扑结构简单，易于模块化生产，适合于大规模高电压并网的电磁储能系统。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种电磁储能的链式变流器拓扑结构，包括电磁储能系统中的储能电感线圈（L_coil）、用于连接电磁储能系统的H桥、中间直流侧电容（C）、链式变流器H桥以及并网电抗器（L_s），其特征在于，所述链式变流器的每一相由H桥串联组成，三相接成星形，通过所述电抗器（L_s）直接并入高压电网，所述链式变流器各H桥中间直流侧电容（C）与所述电磁储能线圈（L_coil）之间设有一个用于连接电磁储能系统的H桥，所述用于连接电磁储能系统的H桥与所述中间直流侧电容C并联。

2.根据权利要求1所述的一种用于电磁储能的链式变流器拓扑结构，其特征在于，所述用于连接电磁储能系统的H桥，由四个开关，即第一开关~第四开关（S₁、S₂、S₃、S₄），其中：第一、第二开关（S₁、S₂）串联构成一个桥臂，第三、第四开关（S₃、S₄）串联构成另一个桥臂，所述电磁储能线圈L_coil连接在这两个桥臂中间，并且所述四个开关（S₁、S₂、S₃、S₄）分别并联一个反向二极管；所述链式变流器通过控制用于连接电磁储能系统的H桥，能够保证储能电感线圈L_coil工作于充电、放电和储能的各种状态，同时保持H桥直流侧电容C的电压稳定。

3.根据权利要求2所述的一种用于电磁储能的链式变流器拓扑结构，其特征在于，控制所述用于连接电磁储能系统的H桥中的第一、第四开关(S₁、S₄)开通，中间直流侧电容（C）对储能电感线圈（L_coil）进行充电。

4.根据权利要求2所述的一种用于电磁储能的链式变流器拓扑结构，其特征在于，控制所述用于连接电磁储能系统的H桥中的四个开关（S₁、S₂、S₃、S₄）全部关断，储能电感线圈（L_coil）中的电流由第二、第三开关(S₂、S₃)的反并联二极管续流，此时中间直流侧电容（C）对储能电感线圈（L_coil）进行放电。

5.根据权利要求2所述的一种用于电磁储能的链式变流器拓扑结构，其特征在于，控制所述用于连接电磁储能系统的H桥中的第一开关(S₁)开通，同时第三开关(S₃)的反并联二极管续流，中间直流侧电容（C）与储能电感线圈（L_coil）未连接，此时储能电感线圈（L_coil）处于续流状态。

6.根据权利要求2所述的一种用于电磁储能的链式变流器拓扑结构，其特征在于，控制所述用于连接电磁储能系统的H桥中的第四开关(S₄)开通，同时第二开关(S₂)的反并联二极管续流，中间直流侧电容（C）与储能电感线圈（L_coil）未连接，此时储能电感线圈（L_coil）处于续流状态。

7.根据权利要求2所述的一种用于电磁储能的链式变流器拓扑结构，其特征在于，控制所述用于连接电磁储能系统的H桥中的第二、第三开关（S₂、S₃）开通，中间直流侧电容（C）对储能电感线圈（L_coil）进行反向充电。

8.根据权利要求2所述的一种用于电磁储能的链式变流器拓扑结构，其特征在于，控制所述用于连接电磁储能系统的H桥中的四个开关（S₁、S₂、S₃、S₄）全部关断，储能电感线圈（L_coil）中的电流由第一和第四开关（S₁、S₄）的反并联二极管续流，此时中间直流侧电容（C）对储能电感线圈（L_coil）进行反向放电。

9.根据权利要求2所述的一种用于电磁储能的链式变流器拓扑结构，其特征在于，控制所述用于连接电磁储能系统的H桥中的第二开关（S₂）开通，同时第四开关（S₄）的反并联二极管续流，中间直流侧电容（C）与储能电感线圈（L_coil）未连接，此时储能电感线圈（L_coil）处于续流状态。

10.根据权利要求2所述的一种用于电磁储能的链式变流器拓扑结构，其特征在于，控制所述用于连接电磁储能系统的H桥中的第三开关（S₃）开通，同时第一开关（S₁）的反并联二极管续流，中间直流侧电容（C）与储能电感线圈（L_coil）未连接，此时储能电感线圈（L_coil）处于续流状态。