CN203607860U - 一种双向储能变流器主功率电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种双向储能变流器主功率电路，包括依次连接的交流滤波器、隔离变压器、交流侧滤波电路、PEBB(Power Electronic Building Block)模块1、PEBB模块2和直流侧滤波电路；交流滤波器与电网端连接，直流侧滤波电路与储能电池端连接。本实用新型提供的一种双向储能变流器主功率电路，采用两个PEBB模块作为变流器功率器件，两个PEBB模块均采用Semikron公司生产的PEBB模块Skiip(Semikron integrated intelligent Power)613GD123-3DUL，采用SKiiP模块作为变流器主功率电路的功率器件可以大大简化变流器设计过程，其标准化的驱动接口更节省了控制系统设计周期，另外，该模块的高性能和高抗干扰能力在一定程度上增加了变流器工作的稳定性和可靠性，并且该PEBB模块中还包括电流及温度传感器、保护电路等，可以实现稳定可靠运行。
Description
技术领域
本实用新型涉及储能领域，具体涉及一种双向储能变流器主功率电路。
背景技术
能源是人类赖以生存和社会发展进步的基础，当今经济的飞速发展使得对能源的需求日益增长；但是煤炭、石油和天然气等化石能源逐渐枯竭，而且其在使用过程中对环境造成了非常严重的污染和破坏，使得能源和环境问题成为了21世纪人类迫切需要解决的两大问题。近年来，随着世界各国的努力开发和研究，人类在可再生能源的应用领域取得了巨大的进步。它与化石能源相比，最大的特点是可以永续利用，且廉价、清洁无污染等。另一方面，新能源发电也存在一定的弊端，例如风能、太阳能等再生能源存在不连续，不稳定，易受时间、季节和气候等因素影响的特点。随着这些新能源发电设备逐步实现并网，电力系统也受到了比较严重的影响。现今以电池储能为代表的储能技术的飞速进步为上述问题提供了良好的解决途径。通过配合有效的控制策略，电池储能系统可以实现对风能、太阳能等新能源发电的输出功率平滑，调节电网电压、频率及相位的变化，提高供电质量，并增强可再生能源发电系统的运行稳定性。电池储能系统的关键核心为储能变流器，它是实现电网与储能电池能量交互的基础，决定了电池储能技术是否能在电力系统中被广泛应用。
实用新型内容
为了满足上述应用需求，变流器必须具有良好的变流及滤波性能，本实用新型提供一种双向储能变流器主功率电路，可以满足不同类型、不同充放电电压储能电池的要求，并满足储能变流器并网运行的基本要求，该双向储能变流器主功率电路包括依次连接的交流滤波器、隔离变压器、交流侧滤波电路、PEBB模块1、PEBB模块2和直流侧滤波电路；
所述交流滤波器与电网端连接，所述直流侧滤波电路与储能电池端连接
本实用新型提供的第一优选实施例中：所述PEBB模块1为交流侧AC/DC模块的电压型三相桥式有源整流PEBB模块，所述PEBB模块2直流侧DC/DC模块为三相交错式直直变换PEBB模块；
所述PEBB模块1和PEBB模块2均采用Semikron公司生产的PEBB模块Skiip613GD123-3DUL；
所述PEBB模块包括六个IGBT管、电流及温度传感器和保护电路，所述六个IGBT管构成三相半桥结构。
本实用新型提供的第二优选实施例中：所述交流滤波器选用夏弗纳公司生产的FN3359型高性能三相滤波器。
本实用新型提供的第三优选实施例中：所述隔离变压器采用Y/△绕组结构，原副端变比1:1，额定容量150KVA；
所述隔离变压器一次侧为三角形连接，接380V电网，二次侧为星形联结，接变流器电感输出端。
本实用新型提供的第四优选实施例中：所述交流侧滤波电路为LCL拓扑结构。
本实用新型提供的第五优选实施例中：所述直流侧滤波电路包括一个电感和三个电容；
所述三个电感分别串接在所述PEBB模块2的三相半桥结构的上桥E下桥C点与储能电池的一端的连接线中；所述电容与所述储能电池并联。
本实用新型提供的一种双向储能变流器主功率电路的有益效果包括：
1、本实用新型提供的一种双向储能变流器主功率电路，采用两个PEBB模块作为变流器功率器件，其中交流侧AC/DC模块为三相电压源整流器，实现双向有源整流功能，直流侧DC/DC模块为直直变换器，实现升压和降压功能，两个PEBB模块均采用Semikron公司生产的PEBB模块Skiip613GD123-3DUL，该PEBB模块集成了六个IGBT，构成三相半桥结构，耐压值1200V，最大工作电流600A，另外，每个IGBT有一个反并联寄生二极管，实现续流功能。采用SKiiP模块作为变流器主功率电路的功率器件可以大大简化变流器设计过程，其标准化的驱动接口更节省了控制系统设计周期，另外，该模块的高性能和高抗干扰能力在一定程度上增加了变流器工作的稳定性和可靠性。该模块中的六个IGBT管可以通过6路幅值为15V的PWM波来进行控制导通与关断，从而实现该模块的整流和逆变运行。并且该模块中还包括电流及温度传感器、保护电路等，可以实现稳定可靠运行。
2、交流滤波器选用夏弗纳公司生产的FN3359型高性能三相滤波器，该交流滤波器的实施例满足大功率应用需求，可以实现对变流器交流侧谐波电流的抑制，从而减小变流器对电网的谐波污染。
3、变流器系统中引入Y/△绕组隔离变压器，既起到变流器和电网的隔离作用又滤除了三次谐波，作用明显。
4、交流侧滤波电路为LCL拓扑结构，在滤除高次谐波方面效果很好，并且滤波电路的总电感值也比较小，适合在高功率变流器中应用。并且该滤波电路还可以隔离电网电动势与有源整流器交流电压，使得变流器AC/DC模块获得一定的阻尼特性，利于系统稳定运行。
5、直流侧滤波电路包括电感和电容元件，电感可以保证直流侧输出电流的连续性，并使得电流满足纹波要求。电容与可以缓冲变流器交流侧与直流侧之间的能量交换，并且稳定变流器直流侧电压并对其谐波电压进行抑制。
附图说明
如图1所示为本实用新型提供的一种双向储能变流器主功率电路的结构图；
如图2所示为本实用新型提供的一种交流滤波器的实施例的结构示意图；
如图3所示为本实用新型提供的一种双向储能变流器主功率电路中隔离变压器的连接方式的示意图。
具体实施方式
下面根据附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。
如图1所示为本实用新型提供的一种双向储能变流器主功率电路的结构图，由图1可知，该双向储能变流器主功率电路包括依次连接的交流滤波器、隔离变压器、交流侧滤波电路、PEBB模块1、PEBB模块2和直流侧滤波电路，交流滤波器与电网端连接，直流侧滤波电路与储能电池端连接。采用两个PEBB模块作为变流器功率器件，其中交流侧AC/DC模块为三相电压源整流器，实现双向有源整流功能，直流侧DC/DC模块为直直变换器，实现升压和降压功能。
进一步的，本实用新型提供一种双向储能变流器主功率电路采用的两个PEBB模块，包括交流侧AC/DC模块的电压型三相桥式有源整流PEBB模块1和直流侧DC/DC模块的三相交错式直直变换PEBB模块2，两个PEBB模块均采用Semikron公司生产的PEBB模块Skiip613GD123-3DUL，该PEBB模块集成了六个IGBT，构成三相半桥结构，耐压值1200V，最大工作电流600A，另外，每个IGBT有一个反并联寄生二极管，实现续流功能。采用SKiiP模块作为变流器主功率电路的功率器件可以大大简化变流器设计过程，其标准化的驱动接口更节省了控制系统设计周期，另外，该模块的高性能和高抗干扰能力在一定程度上增加了变流器工作的稳定性和可靠性。该模块中的六个IGBT管可以通过6路幅值为15V的PWM波来进行控制导通与关断，从而实现该模块的整流和逆变运行。并且该模块中还包括电流及温度传感器、保护电路等，可以实现稳定可靠运行。
其中交流侧AC/DC模块的电压型三相桥式有源整流PEBB模块1，实现双向有源整流功能，直流侧DC/DC模块的三相交错式直直变换PEBB模块2，实现升压和降压功能。当电网负荷较小且储能电池电量小时，电网通过变流器向电池充电，AC/DC模块工作在整流模式，直流输出电压700V，DC/DC模块工作在降压模式，输出电压为储能电池所需的充电电压；当电网负荷较大且储能电池电量充足时，储能电池通过变流器向电网进行放电，DC/DC模块工作在升压模式，将储能电池的电压升至700V，AC/DC模块工作在逆变模式输出380V交流电能。
本实用新型提供的一种双向储能变流器主功率电路中的交流滤波器可以选用夏弗纳公司 生产的FN3359型高性能三相滤波器，如图2所示为本实用新型提供的一种交流滤波器的实施例的拓扑结构图，该交流滤波器的实施例满足大功率应用需求，额定电流最高为2500A，额定电压为300V到520V，其工作温度范围为-25到100摄氏度，泄漏电流小于6mA，该滤波器可以实现对变流器交流侧谐波电流的抑制，从而减小变流器对电网的谐波污染。
本实用新型提供的一种双向储能变流器主功率电路中的隔离变压器的实施例采用Y/△绕组结构，原副端变比1:1，额定容量150KVA。如图3所示为本实用新型提供的一种双向储能变流器主功率电路中隔离变压器的连接方式的示意图，隔离变压器一次侧为三角形连接，接380V电网，二次侧为星形联结，接变流器电感输出端。当储能电池放电时，变流器相当于电源向电网供电，由于变流器侧为Y形连接结构，三次谐波电流不能流通，因而主磁通和原副边相电压都有三次谐波分量出现，但三角形侧所产生的三次谐波电流将在闭合的三角形绕组中形成环流而不会流入电网，从而保证了变流器并网电流质量；当储能电池充电，变流器相当于负载，由于电网侧为三角形联结，激磁电流中的三次谐波分量可以在三角形内部流通，不会流入变流器系统。因此变流器系统中隔离变压器的引入既起到变流器和电网的隔离作用又滤除了三次谐波，作用明显。
本实用新型提供的一种双向储能变流器主功率电路中的交流侧滤波电路为LCL拓扑结构，该滤波电路在滤除高次谐波方面效果很好，并且滤波电路的总电感值也比较小，适合在高功率变流器中应用。并且该滤波电路还可以隔离电网电动势与有源整流器交流电压，使得变流器AC/DC模块获得一定的阻尼特性，利于系统稳定运行。该滤波电路中电感和电容元件参数的选取方法为：首先利用电流的纹波要求，得出滤波器的等效电感，然后利用谐振频率作为中间参数，推导出了关于电流谐波的衰减比例为变量的二次方程，通过对方程的求解，可以很方便地求出滤波器的其他参数。
本实用新型提供的变流器主功率电路中的直流侧滤波电路的实施例包括电感和电容元件。三个电感分别串接在三相半桥结构的上桥E下桥C点与储能电池的一端连接线中，可以保证直流侧输出电流的连续性，并使得电流满足纹波要求。该电容与储能电池并联，可以缓冲变流器交流侧与直流侧之间的能量交换，并且稳定变流器直流侧电压并对其谐波电压进行抑制。电感参数选择时考虑直流电流的纹波要求，电容参数选择时需要综合考虑电容对直流侧电压的快速跟踪性和稳定性的影响。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种双向储能变流器主功率电路，其特征在于，所述双向储能变流器主功率电路包括依次连接的交流滤波器、隔离变压器、交流侧滤波电路、PEBB模块1、PEBB模块2和直流侧滤波电路；
所述交流滤波器与电网端连接，所述直流侧滤波电路与储能电池端连接。
2.如权利要求1所述的双向储能变流器主功率电路，其特征在于，所述PEBB模块1为交流侧AC/DC模块的电压型三相桥式有源整流PEBB模块，所述PEBB模块2直流侧DC/DC模块为三相交错式直直变换PEBB模块；
所述PEBB模块1和PEBB模块2均采用Semikron公司生产的PEBB模块Skiip613GD123-3DUL；
所述PEBB模块包括六个IGBT管、电流及温度传感器和保护电路，所述六个IGBT管构成三相半桥结构。
3.如权利要求1所述的双向储能变流器主功率电路，其特征在于，所述交流滤波器选用夏弗纳公司生产的FN3359型高性能三相滤波器。
4.如权利要求1所述的双向储能变流器主功率电路，其特征在于，所述隔离变压器采用Y/△绕组结构，原副端变比1:1，额定容量150KVA；
所述隔离变压器一次侧为三角形连接，接380V电网，二次侧为星形联结，接变流器电感输出端。
5.如权利要求1所述的双向储能变流器主功率电路，其特征在于，所述交流侧滤波电路为LCL拓扑结构。
6.如权利要求2所述的双向储能变流器主功率电路，其特征在于，所述直流侧滤波电路包括一个电感和三个电容；
所述三个电感分别串接在所述PEBB模块2的三相半桥结构的上桥E下桥C点与储能电池的一端的连接线中；所述电容与所述储能电池并联。
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