CN203859551U - 一种z源储能变流控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种Z源储能变流控制装置，包含储能电源、Z源网络、直流变换电路和双向DC/AC变流器，Z源网络包含第一正端、第一负端、第二正端和第二负端，直流变换电路包括第一电感、第一开关管和第二开关管，第一开关管的集电极经第一电感连接储能电源的正极，第一开关管的发射极分别连接储能电源的负极和Z源网络的第一负端，第二开关管的发射极连接第一开关管的集电极，第二开关管的集电极连接Z源网络的第一正端，Z源网络的第二正端和第二负端均与双向DC/AC变流器连接。本实用新型采用电感与开关器件组成直流变换电路，降低启动冲击，且拓扑结构简单，系统可靠性较高。
Description
技术领域
本实用新型属于电力电子技术领域，特别涉及了一种Z源储能变流控制装置。
背景技术
随着光伏、风电等间歇性能源发电容量的大幅增加，其输出功率的波动性和随机性给电力系统的稳定运行和电能质量造成很大的影响。储能系统在新能源发电中可以发挥多重作用，不仅可以平抑功率波动，满足新能源发电并网要求，提高新能源发电的电能质量，增强新能源发电运行的可靠性，还可以提高新能源发电的可控和可调性，使其可以提供稳定的电力输出，这些都对电网的调度控制和安全经济运行有重要的意义。
储能变流控制装置是储能系统中的核心装置，通过四象限灵活控制可以实现对电池及超级电容等不同储能介质的充放电管理，提高储能系统的功率输出稳定性。为匹配目前低压配电网中的电压等级，单级式储能变流装置要求直流侧电压平稳且处于较高的电压等级，对电池成组技术提出了要求，且超级电容这类电压波动较大的储能介质在应用中也有一定的局限性。
目前储能变流控制装置中有采用直流变换装置提高直流侧电压的方式，但其双级式拓扑结构成本较高，且两个控制系统间的协调控制也降低了系统的可靠性。加入Z源网络的拓扑结构可以弥补升压能力不足的问题，但其较大的直通占空比影响着输出电能质量，拓扑中的并联电容也会产生启动冲击问题。
实用新型内容
为了解决上述背景技术存在的问题，本实用新型旨在提供一种Z源储能变流控制装置，采用电感与开关器件组成直流变换电路，降低启动冲击，且拓扑结构简单，系统可靠性较高。
为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案为：
一种Z源储能变流控制装置，包含储能电源、Z源网络和双向DC/AC变流器，所述Z源网络包含第一正端、第一负端、第二正端和第二负端，还包含直流变换电路，所述直流变换电路包括第一电感、第一开关管和第二开关管，第一开关管的集电极经第一电感连接储能电源的正极，第一开关管的发射极分别连接储能电源的负极和Z源网络的第一负端，第二开关管的发射极连接第一开关管的集电极，第二开关管的集电极连接Z源网络的第一正端，Z源网络的第二正端和第二负端均与双向DC/AC变流器连接；所述第一、第二开关管均反向并联了二极管。
其中，该Z源储能变流控制装置还包含直流支撑电容，直流支撑电容的两端分别连接Z源网络的第二正端和第二负端。
其中，上述Z源网络包含第二电感、第三电感、第一电容和第二电容，第一电容和第二电容呈X形放置，第一电容与第二电容之间不连接，第一电容的两端分别作为Z源网络的第一正端和第二负端，第二电容的两端分别作为Z源网络的第二正端和第一负端，Z源网络的第一正端经第二电感连接Z源网络的第二正端，Z源网络的第一负端经第三电感连接Z源网络的第二负端，第二电感与第三电感的电感值相等，第一电容与第二电容的电容值相等。
其中，上述双向DC/AC变流器包含依次连接的三相桥式电路、滤波电感和滤波电容。三相桥式电路包含第三～第八开关管，第三～第八开关管均反向并联了二极管，滤波电感包含第一～第三滤波电感，第三、第五、第七开关管的集电极相连，第四、第六、第八开关管的发射极相连，第三开关管的发射极分别连接第四开关管的集电极和第一滤波电感，第五开关管的发射极连接第六开关管的集电极和第二滤波电感，第七开关管的发射极连接第八开关管的集电极和第三滤波电感，第三开关管的集电极连接Z源网络的第二正端，第四开关管的发射极连接Z源网络的第二负端。
其中，上述第一～第八开关管均为IGBT管。
采用上述技术方案带来的有益效果是：
（1）本实用新型采用由电感和2个开关管构成的直流变换电路，由于第一电感的作用，流过的电感电流不能突变，所以启动电流非常小，而且Z源网络中的电容的冲击电流明显减小。
（2）本实用新型采用X形放置的Z源网络，进一步提高直流电压，避免整流桥电路的直通状态，保护电路中的开关器件。
附图说明
图1是本实用新型的一种Z源储能变流控制装置的结构图；
图2是本实用新型启动时的等效电路图；
图3是本实用新型放电时逆变状态下的等效电路图；
图4是本实用新型充电时整流状态下的等效电路图；
图5是本实用新型放电时直通状态下的等效电路图；
图6是本实用新型充电时直通状态下的等效电路图。
上述附图中主要标号说明：L1：第一电感，L2：第二电感，L3：第三电感，L4：第一滤波电感，L5：第二滤波电感，L6：第三滤波电感，C1：第一电容，C2：第二电容，C3：直流支撑电容，C4：第一滤波电容，C5：第二滤波电容，C6：第三滤波电容，T7：第一开关管，T8：第二开关管，T1：第三开关管，T2：第四开关管，T3：第五开关管，T4：第六开关管，T5：第七开关管，T6：第八开关管，Ein：储能电源的输入电压。
具体实施方式
以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。
如图1所示本实用新型的结构图，包含储能电源、Z源网络和双向DC/AC变流器，所述Z源网络包含第一正端、第一负端、第二正端和第二负端，还包含直流变换电路，直流变换电路包括第一电感L1、第一开关管T7和第二开关管T8，第一开关管T7的集电极经第一电感L1连接储能电源的正极，第一开关管T7的发射极分别连接储能电源的负极和Z源网络的第一负端，第二开关管T8的发射极连接第一开关管T7的集电极，第二开关管T8的集电极连接Z源网络的第一正端，Z源网络的第二正端和第二负端均与双向DC/AC变流器连接。所述第一、第二开关管均反向并联了二极管。
在本实施例中，Z源储能变流控制装置还包含直流支撑电容C3，直流支撑电容C3的两端分别连接Z源网络的第二正端和第二负端。
在本实施例中，Z源网络包含第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1和第二电容C2，第一电容C1和第二电容C2呈X形放置，第一电容C1与第二电容C2之间不连接，第一电容C1的两端分别作为Z源网络的第一正端和第二负端，第二电容C2的两端分别作为Z源网络的第二正端和第一负端，Z源网络的第一正端经第二电感L2连接Z源网络的第二正端，Z源网络的第一负端经第三电感L3连接Z源网络的第二负端，第二电感L2与第三电感L3的电感值相等，第一电容C1与第二电容C2的电容值相等。
在本实施例中，双向DC/AC变流器包含依次连接的三相桥式电路、滤波电感和滤波电容。三相桥式电路包含第三～第八开关管，第三～第八开关管均反向并联了二极管，滤波电感包含第一～第三滤波电感，滤波电容包含第一～第三滤波电容。第三、第五、第七开关管的集电极相连，第四、第六、第八开关管的发射极相连，第三开关管T1的发射极分别连接第四开关管T2的集电极，第五开关管T3的发射极连接第六开关管T4的集电极，第七开关管T5的发射极连接第八开关管T6的集电极，第三开关管T1的集电极连接Z源网络的第二正端，第四开关管T2的发射极连接Z源网络的第二负端。第一滤波电感L1的两端分别连接第三开关管T1的集电极和交流负载，第二滤波电感L2的两端分别连接第五开关管T3的集电极和交流负载，第三滤波电感L3的两端分别连接第七开关管T5的集电极和交流负载。第一、第二、第三滤波电容的一端相连，另一端分别连接交流负载。
在本实施例中，第一～第八开关管均为IGBT管。
本实施例具有两种工作状态：逆变/整流状态（此时同一桥臂上的两个开关管不能同时导通）和直通状态（此时同一桥臂上的两个开关管同时导通）。
如图2所示本实用新型启动时的等效电路图，由于第一电感L1的作用，流过的电感电流不能突变，启动电流非常小，且也不会使得第一电容C1、第二电容C2的电流立即充到输入电压Ein。
因为第二电感L2、第三电感L3有相同的电感值，第一电容C1、第二电容C2有相同的电容值，记：
UC1＝UC2＝UC；UL2＝UL3＝UL （1）
如图3所示本实用新型放电时逆变状态的等效电路图和图4所示本实用新型充电时整流状态的等效电路图，第一开关管T7关断，第二开关管T8导通，其中直流支撑电容C3两端的电压为UC3，第二电感L2、第三电感L3上的电压为：
UL＝UC-UC3 （2）
第一电感L1上的电压为：UL1＝Ein-UC-UL （3）
由（1）（2）（3）式联立可得：
UL1＝Ein-2UC+UC3 （4）
图5和图6分别为本实用新型放、充电时直通状态下的等效电路图，此时第一开关管T7导通，第二开关管T8关断，此时第一电感L1及Z源电路中第二电感L2、第三电感L3上的电压为：
UL＝UC；UL1＝Ein （5）
在一个开关周期Ts中，Ta为逆变/整流时间，Tb为直通时间，Ts＝Ta+Tb，在开关周期Ts内，电感两端的平均电压在稳态下必然为0，由式(1)-(5)可得双向DC/AC变流器与电池输入电压的关系为：
其中根据上式，将D0控制在很小的值即可保证一定的升压效果。
本实施例利用变换器的逆变/整流状态和直通状态来关联第一开关管和第二开关管的通断，降低了控制系统的复杂程度，在提高升压能力的同时未增加系统的直通时间，具有良好的输出电能质量。
以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。
Claims (6)
1.一种Z源储能变流控制装置，包含储能电源、Z源网络和双向DC/AC变流器，所述Z源网络包含第一正端、第一负端、第二正端和第二负端，其特征在于：还包含直流变换电路，所述直流变换电路包括第一电感、第一开关管和第二开关管，第一开关管的集电极经第一电感连接储能电源的正极，第一开关管的发射极分别连接储能电源的负极和Z源网络的第一负端，第二开关管的发射极连接第一开关管的集电极，第二开关管的集电极连接Z源网络的第一正端，Z源网络的第二正端和第二负端均与双向DC/AC变流器连接；所述第一、第二开关管均反向并联了二极管。
2. 根据权利要求1所述一种Z源储能变流控制装置，其特征在于：还包含直流支撑电容，所述直流支撑电容的两端分别连接Z源网络的第二正端和第二负端。
3.根据权利要求1所述一种Z源储能变流控制装置，其特征在于：所述Z源网络包含第二电感、第三电感、第一电容和第二电容，第一电容和第二电容呈X形放置，第一电容与第二电容之间不连接，第一电容的两端分别作为Z源网络的第一正端和第二负端，第二电容的两端分别作为Z源网络的第二正端和第一负端，Z源网络的第一正端经第二电感连接Z源网络的第二正端，Z源网络的第一负端经第三电感连接Z源网络的第二负端，第二电感与第三电感的电感值相等，第一电容与第二电容的电容值相等。
4.根据权利要求1所述一种Z源储能变流控制装置，其特征在于：所述双向DC/AC变流器包含依次连接的三相桥式电路、滤波电感和滤波电容。
5.根据权利要求4所述一种Z源储能变流控制装置，其特征在于：所述三相桥式电路包含第三～第八开关管，第三～第八开关管均反向并联了二极管，滤波电感包含第一～第三滤波电感，第三、第五、第七开关管的集电极相连，第四、第六、第八开关管的发射极相连，第三开关管的发射极分别连接第四开关管的集电极和第一滤波电感，第五开关管的发射极连接第六开关管的集电极和第二滤波电感，第七开关管的发射极连接第八开关管的集电极和第三滤波电感，第三开关管的集电极连接Z源网络的第二正端，第四开关管的发射极连接Z源网络的第二负端。
6.根据权利要求5所述一种Z源储能变流控制装置，其特征在于：所述第一～第八开关管均为IGBT管。
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| CN201420175082.9U CN203859551U (zh) | 2014-04-11 | 2014-04-11 | 一种z源储能变流控制装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104617806A (zh) * | 2015-01-26 | 2015-05-13 | 闫朝阳 | 双向能量流动z源三相变换器 |
| CN107612325A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-01-19 | 天津大学 | 一种开关准z源宽增益双向直流变换器 |
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2014
- 2014-04-11 CN CN201420175082.9U patent/CN203859551U/zh not_active Expired - Lifetime
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| CN107612325A (zh) * | 2017-08-29 | 2018-01-19 | 天津大学 | 一种开关准z源宽增益双向直流变换器 |
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