CN103280829B - 一种应用于大容量电池储能的隔离双级链式变流器 - Google Patents

一种应用于大容量电池储能的隔离双级链式变流器 Download PDF

Info

Publication number
CN103280829B
CN103280829B CN201310150781.8A CN201310150781A CN103280829B CN 103280829 B CN103280829 B CN 103280829B CN 201310150781 A CN201310150781 A CN 201310150781A CN 103280829 B CN103280829 B CN 103280829B
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
bridge
current transformer
chain type
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310150781.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103280829A (zh
Inventor
蔡旭
陈强
李睿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Jiaotong University
Original Assignee
Shanghai Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Jiaotong University filed Critical Shanghai Jiaotong University
Priority to CN201310150781.8A priority Critical patent/CN103280829B/zh
Publication of CN103280829A publication Critical patent/CN103280829A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103280829B publication Critical patent/CN103280829B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/10Flexible AC transmission systems [FACTS]

Abstract

本发明提供了一种应用于大容量电池储能的隔离双级链式变流器,在传统链式变流器的各H桥模块与电池间增加一个带高频隔离变压器的双向隔离全桥变流器,使得电池侧与高压电网绝缘。通过控制双向隔离全桥变流器,能保持中间直流侧的电压,同时能缓冲链式变流器电池侧的二次脉动功率;而链式储能变流器用做电池储能与电网的接口,既可实现高压直接并网,完成电网的功率调度,又可减少储能系统接入电网的谐波、滤波元件的体积。本发明能降低对电池模块的绝缘等级的要求,减小了电池侧的二次脉动功率,保证了电池的安全可靠;同时可接入不同电压等级不同种类的电池,且易于模块化生产,适合于大容量高电压并网的电池储能系统。

Description

一种应用于大容量电池储能的隔离双级链式变流器
技术领域
[0001]本发明涉及电气自动化设备技术领域,具体地,涉及一种应用于大容量电池储能的隔离双级链式变流器拓扑。
背景技术
[0002]电池储能系统因其响应速度快、能量密度高、环境条件好、技术成熟等优势,已经广泛应用于电力系统中的各个方面,尤其是在负荷平衡、用户侧电能质量、无功补偿以及容纳可再生能源等重要问题中凸显优势。
[0003]链式拓扑广泛应用在高压电机的驱动变频器、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,由于没有隔离变压器,因此每相中不同的电池模块都与电网侧有较大的共模电压,较高的电压不利于电池模块的制作,并极大地影响了工作人员对电池的维修等,降低了电池储能系统的安全与可靠性。
[0004]双向隔离全桥变流器是未来大功率DC/DC变流器的发展方向,其结构及控制简单,且可实现软开关,降低损耗,提高效率。而高频工作下,隔离变压器的体积可以非常小,容易实现高压隔离绝缘,从而降低了电池的制作工艺要求。
发明内容
[0005]针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种应用于大容量电池储能的隔离双级链式变流器拓扑结构,在链式变流器的各H桥中间直流侧电容与电池间增加一个双向隔离全桥变流器,用以完全隔离电池模块与电网,增加电池储能系统的安全与可靠性;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。
[0006]为实现上述目的,本发明提供一种应用于大容量电池储能的隔离双级链式变流器,包括电池储能系统中的电池模块E、单元以及并网电抗器Ls。所述变流器的拓扑每一相由N个单元串联而成,三相接成星形,通过所述电抗器Ls直接接入高压电网。
[0007]优选地,所述的每相的主要模块单元,由电池模块E、电池侧电容Cl、三个H桥模块H^HdPH3、高频隔离变压器T和中间直流侧电容(:2组成。其中两个H桥模块H1、H2和高频隔离变压器T组成双向隔离全桥变流器;第三个H桥模块H3则与单元所在相的其他单元的H桥模块一起构成链式变流器。
[0008]优选地,所述的双向隔离全桥变流器控制中间直流侧电容C2的电压,缓冲单元的二次脉动功率;电池侧电容CJlj滤除电池侧的高频电流纹波;链式变流器则根据电网调度来完成有功无功功率的控制。
[0009]优选地,所述的构成每个单元的主要元件H桥模块,由四个开关组成,其中:第一、第三开关S^S3串联构成一个桥臂,第二、第四开关S2、S4串联构成另一个桥臂。而H桥单元的接口有四个,即“+”、“一”、“A”和“B”,其中“+”和“一”接入直流侧,“A”和“B”接入交流侧。
[0010]优选地,所述的高频隔离变压器,其工作频率一般在l-ΙΟΚΗζ,而其绝缘等级与所接入的电网电压等级相同,从而使得电池与电网完全绝缘。
[0011]与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
[0012]本发明的应用于大容量电池储能的隔离双级链式变流器拓扑,能够降低对电池模块的绝缘等级的要求,减小了电池侧的二次脉动功率,保证了电池的安全可靠;且可接入不同电压等级不同种类的电池,且易于模块化生产,适合于大容量高电压并网的电池储能系统;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
[0013]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:
[0014]图1现有的链式储能变流器电路拓扑;
[0015]图2本发明提出的一种应用于大容量电池储能的隔离双级链式变流器拓扑结构;
[0016]图3双向隔离全桥变流器拓扑;
[0017]图4双向隔离全桥变流器的工作波形;
[0018]图5双向隔离全桥变流器的控制框图。
具体实施方式
[0019]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。
[0020]参照图2,本实施例提供的一种应用于大容量电池储能的隔离双级链式变流器拓扑结构,包括电池储能系统中的电池模块E、单元以及并网电抗器Ls ο该拓扑的每一相由N个单元串联而成,三相接成星形,通过所述电抗器Ls直接接入高压电网。而所述的单元,由电池模块E、电池侧电容C1、H桥模块H1、出和出、高频隔离变压器T和中间直流侧电容C2组成。其中H桥模块H^H2和高频隔离变压器T组成双向隔离全桥变流器;H桥模块H3则与单元所在相的其他单元的H桥模块一起构成链式变流器。
[0021]参照图2,本实施例中每个单元的主要元件H桥模块,由四个开关组成,其中:第一、第三开关S^S3串联构成一个桥臂,第二、第四开关S2、S4串联构成另一个桥臂。而H桥单元的接口有四个,即“+”、“一”、“A”和“B”,其中“+”和“一”接入直流侧,“A”和“B”接入交流侧。
[0022]参照图3,本实施例中的双向隔离全桥变流器,由H桥模块H1、H2和高频隔离变压器T组成,其中Lst为高频隔离变压器的漏感。高频隔离变压器的工作频率一般在1-1OKHz,而其绝缘等级与所接入的电网电压等级相同,从而使得电池与电网完全绝缘。
[0023]参照图4,本实施例中的双向隔离全桥变流器的调制波形。当双向隔离全桥变流器工作时,其原副边仅有功率输入侧的H桥需要调制信号,而输出侧的H桥当作整流桥用。此时输入侧的H桥中四个开关管的调制信号如图所示,每个桥臂的上下对管有死区时间,而滞后桥臂与超前桥臂间的相位差即移相相角,与直流侧电压有唯一对应关系。通过控制改变移相相角,即可以达到控制直流侧电压稳定的目的。
[0024]参照图5,本实施例中的双向隔离全桥变流器的控制框图。中间直流侧电容C2的电压为控制目标,反馈信号经平均值处理后,能够使移相相角中没有二次脉动分量,从而抑制电池侧的二次脉动功率。而在电池充放电不同情况下,根据指令将双向隔离全桥变流器的调制信号给不同的H桥模块。
[0025]综上,本发明在链式变流器的各H桥中间直流侧电容与电池间增加一个双向隔离全桥变流器,用以完全隔离电池模块与电网,增加电池储能系统的安全与可靠性。通过控制所增加的双向隔离全桥变流器,能够保证电池储能系统工作于充放电状态,同时可以保持中间直流侧电容(:2的电压,保证链式变流器的正常工作,并抑制电池侧的二次脉动功率;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能够降低对电池模块的绝缘等级的要求,减小了电池侧的二次脉动功率,保证了电池的安全可靠;同时可接入不同电压等级不同种类的电池,且易于模块化生产,适合于大容量高电压并网的电池储能系统。
[0026]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)

1.一种应用于大容量电池储能的隔离双级链式变流器,其特征在于,所述变流器的拓扑每一相由N个单元串联而成,三相接成星形,通过电抗器Ls直接接入高压电网;每个单元均由电池模块E、电池侧电容C1、三个H桥模块H1、HdPH3、高频隔离变压器T和中间直流侧电容&组成,其中两个H桥模块H1、H2和高频隔离变压器T组成双向隔离全桥变流器;第三个H桥模块H3则与单元所在相的其他单元的H桥模块H3—起构成链式变流器的一相; 每个H桥模块由四个开关管组成,即第一开关管〜第四开关管组成,其中:第一、第二开关管串联构成一个桥臂,第三、第四开关管串联构成另一个桥臂,而H桥模块的接口有四个,即V’、“一”、“A”和“B”,其中V’和“一”接入直流侧,“A”和“B”接入交流侧; 所述高频隔离变压器T的工作频率在1-1OKHz,其绝缘等级与所接入的电网电压等级相同,从而使得电池与电网完全绝缘; 所述双向隔离全桥变流器控制中间直流侧电容C2的电压,缓冲单元的二次脉动功率;电池侧电容&则滤除电池侧的高频电流纹波;链式变流器则根据电网调度来完成有功无功功率的控制; 中间直流侧电容&的电压为控制目标,反馈信号经平均值处理后,能够使移相相角中没有二次脉动分量,从而抑制电池侧的二次脉动功率;而在电池充放电不同情况下,根据指令将双向隔离全桥变流器的调制信号给不同的H桥模块; 当双向隔离全桥变流器工作时,其原副边仅有功率输入侧的H桥模块需要调制信号,而输出侧的H桥模块当作整流桥用;此时输入侧的H桥模块中,每个桥臂的上下对管的调制信号间有死区时间,而滞后桥臂与超前桥臂调制信号间的相位差即移相相角,该移相相角与中间直流侧电容(:2的电压有唯一对应关系,通过控制改变移相相角,即能够达到控制中间直流侧电容C2稳定的目的。
CN201310150781.8A 2013-04-26 2013-04-26 一种应用于大容量电池储能的隔离双级链式变流器 Active CN103280829B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310150781.8A CN103280829B (zh) 2013-04-26 2013-04-26 一种应用于大容量电池储能的隔离双级链式变流器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310150781.8A CN103280829B (zh) 2013-04-26 2013-04-26 一种应用于大容量电池储能的隔离双级链式变流器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103280829A CN103280829A (zh) 2013-09-04
CN103280829B true CN103280829B (zh) 2016-06-01

Family

ID=49063305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310150781.8A Active CN103280829B (zh) 2013-04-26 2013-04-26 一种应用于大容量电池储能的隔离双级链式变流器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103280829B (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103368196B (zh) * 2013-07-31 2015-01-14 上海电气集团股份有限公司 链式可变直流模拟源与高压储能变换器一体机及控制系统
CN103560536A (zh) * 2013-09-22 2014-02-05 东方日立(成都)电控设备有限公司 一种用于中压电力系统混合功率调节的电能装置
JP2015204639A (ja) * 2014-04-10 2015-11-16 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置及びその制御方法
CN104113067A (zh) * 2014-06-27 2014-10-22 许继电气股份有限公司 一种可满足两单相高压电网之间能量交换的换流装置
CN105762942B (zh) * 2014-12-18 2019-06-21 神华集团有限责任公司 一种电池电子模块及储能系统
CN105162135B (zh) * 2015-08-28 2019-10-08 武汉工程大学 级联型静止无功发生器及控制方法
CN105610325A (zh) * 2016-01-28 2016-05-25 中国电力科学研究院 大功率钠硫电池中高压直流并网的模块化多电平变换器
CN105610338A (zh) * 2016-03-05 2016-05-25 东北电力大学 大容量并联储能电池能量转换系统
CN105871238A (zh) * 2016-04-19 2016-08-17 北京交通大学 含全桥dc/dc 的组合级联式储能变流器结构
CN107994801A (zh) * 2017-12-08 2018-05-04 浙江大学 一种级联型单级双向dc-ac变流器拓扑结构
CN109327130B (zh) * 2018-10-26 2020-04-03 南方电网科学研究院有限责任公司 单级链式储能变流器控制方法、装置、设备与存储介质

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102969736A (zh) * 2012-11-16 2013-03-13 上海交通大学 一种电磁储能的链式变流器拓扑结构
CN102969730A (zh) * 2012-11-16 2013-03-13 上海交通大学 一种双级链式储能变流器控制方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006074947A (ja) * 2004-09-03 2006-03-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電源装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102969736A (zh) * 2012-11-16 2013-03-13 上海交通大学 一种电磁储能的链式变流器拓扑结构
CN102969730A (zh) * 2012-11-16 2013-03-13 上海交通大学 一种双级链式储能变流器控制方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
用于电池储能系统并网的双向可拓展变流器及其分布式控制策略;赵彪等;《中国电机工程学报》;20111231;第31卷;第244页-第250页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103280829A (zh) 2013-09-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103280829B (zh) 一种应用于大容量电池储能的隔离双级链式变流器
CN103441691B (zh) 一种谐振型电力电子变流器及变流器装置
CN102281014B (zh) 一种具有处理直流故障功能的多电平换流器
CN103051236B (zh) 基于三相多分裂变压器的chb级联型光伏逆变电路
CN101860228A (zh) 高压配电用电力电子变压器
CN102013685A (zh) 一种基于mmc的无变压器statcom拓扑结构
CN205377273U (zh) 一种混合背靠背直流输电系统
CN103973121A (zh) 单相电力电子变压器
CN104269875A (zh) 一种基于mmc模块化多电平变换器的混合储能拓扑结构
CN101795080A (zh) 一种配电用三相电力电子变压器
CN203399000U (zh) 基于mmc的电子电力变压器
CN104702114A (zh) 一种开关电容接入的高频链双向直流变压器及其控制方法
CN102624258B (zh) 一种非隔离对称型自耦式18脉波整流电源系统
CN101834451A (zh) 高压背靠背变流器
CN103762879B (zh) 无直流偏置的双输出单相三开关组mmc逆变器及其控制方法
CN204145305U (zh) 一种应用于高压直流输电的新型dc-ac-dc换流器
CN107171270B (zh) 集约型融冰装置恒流、恒压模块化动态无功补偿部件
CN103762881B (zh) 双输出单相三开关组mmc逆变器及其控制方法
CN203444031U (zh) 一种模块化多电平变流器试验装置
CN102496932A (zh) 一种并联型电压暂降补偿装置
CN103427658A (zh) 一种基于多绕组变压器的高压直流-直流变换装置
CN203827195U (zh) 单相电力电子变压器
CN201774259U (zh) 一种基于mmc的无变压器statcom拓扑结构
CN203722506U (zh) 双输出单相三开关组mmc逆变器
CN103066877A (zh) 一种抗三相负载不平衡的高频隔离型逆变器

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant