CN207705800U - 一种具有电池功率波动平抑能力的链式储能系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种具有电池功率波动平抑能力的链式储能系统，包括一个H桥级联型多电平变换器、多个分散式储能电池和多个三端口隔离DC/DC变换器，H桥级联型多电平变换器的每个基本单元的直流输入端分别接入一个分散式储能电池的正负极，每个三端口隔离DC/DC变换器包括一个共铁芯的三绕组变压器和三个全桥变换器，每个全桥变换器的交流端子接共铁芯的三绕组变压器的一个绕组，直流端子接上述H桥级联型多电平变换器的三相基本单元i(i＝1,2,……n)的储能电池正负极，本实用新型提供采用一个小容量的功率波动平抑电路来降低每个储能电池的充放电功率的低频波动，提高储能电池的效率和寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子储能变换器领域，尤其涉及一种具有电池功率波动平抑能力的链式储能系统。
背景技术
随着分布式发电和微网的广泛应用，为了平抑新能源发电功率波动，保证电网供电稳定性和可靠性，储能在电力系统中发挥了越来越重要的作用。常用的储能电池单体电压比较低，在常规大规模储能系统中都需要大量的电池单体直接串并联，对于电池一致性要求高，不仅存在串联均压和并联均流的问题，而且一般用于380V电压等级，无法直接并入较高电压等级的电网。
为了能够直接并入中高压电网，基于H桥级联多电平变换器的模块化储能系统得到了广泛的重视，其基本结构如图1所示。其优点是避免了大量电池的直接串并联，所有电池的充放电可以独立控制，可以通过控制算法实现电池之间的SOC均衡，可以使用不同规格不同新旧程度的电池，实现废旧电池的梯次利用，且不需要额外配置电池能量管理系统；其主要缺点是每个功率单元输出电压和电流均为单相交流，因此输出功率存在二倍频波动，造成电池充放电电流必然存在二倍频波动，影响电池的效率和寿命，且制造成本较高，有待于做进一步改进。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能有效抑制储能电池的低频功率波动，提高储能电池的效率和寿命，且制造成本较低的具有功率波动抑制能力的链式储能系统。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种具有功率波动抑制能力的链式储能系统，包括一个H桥级联型多电平变换器、多个分散式储能电池和多个三端口隔离DC/DC变换器，其特征在于：所述H桥级联型多电平变换器包括三个多电平桥臂和三个并网电抗器，所述每个多电平桥臂由基本单元1至n(n为正整数)的交流输出端依次串联构成；所述三个多电平桥臂的一端分别与三个并网电抗器相连后又分别接入三相高压交流电网中的线路A、线路B和线路C，所述三个多电平桥臂的另一端均并联连接到一个公共联结点。
优选地，所述H桥级联型多电平变换器的功率单元采用全桥变换器，所述每个功率单元采用全控型功率开关器件。
优选地，所述H桥级联型多电平变换器的每个基本单元的直流输入端X3和X4分别接入有一个分散式储能电池的正负极，所述分散式储能电池的数量为3n个。
优选地，所述三端口隔离DC/DC变换器包括一个共铁芯的三绕组变压器和三个全桥变换器，所述每个全桥变换器的交流端子接共铁芯的三绕组变压器的一个绕组，所述三个全桥变换器的直流端子分别接H桥级联型多电平变换器的三相基本单元i(i＝1,2,……n)的储能电池正负极。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型将三相储能电池分别通过三端口隔离型DC/DC变换器连接起来，使得三相储能电池之间可以通过所述三端口隔离型DC/DC变换器进行功率交换，由于三相储能电池之间的功率波动相位上互差120度，因此其低频功率波动可以相互抵消，有效抑制储能电池的低频功率波动；本实用新型中的每个储能电池都可以独立控制其充放电电流，通过控制算法可实现储能电池之间的SOC均衡，可以使用不同规格不同新旧程度的电池，实现废旧电池的梯次利用，且不需要配置额外的电池能量管理系统；本实用新型的三端口隔离型DC/DC变换器只需要对三相储能电池的低频波动功率进行交换和抑制，流经DC/DC变换器的电流较小，因此和主电路相比容量较小，制造成本较低。
附图说明
图1为本实用新型的结构原理图；
图2为以往传统的基于H桥级联多电平变换器的链式储能系统的结构原理图；
图3为本实用新型中基本单元的结构原理图；
图4为本实用新型中三端口隔离型DC/DC变换器的结构原理图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
如图1所示，一种具有功率波动抑制能力的链式储能系统，包括一个H桥级联型多电平变换器、多个分散式储能电池和多个三端口隔离DC/DC变换器，H桥级联型多电平变换器包括三个多电平桥臂和三个并网电抗器，每个多电平桥臂由基本单元1至n(n为正整数)的交流输出端依次串联构成；三个多电平桥臂的一端分别与三个并网电抗器相连后又分别接入三相高压交流电网中的线路A、线路B和线路C，三个多电平桥臂的另一端均并联连接到一个公共联结点。
H桥级联型多电平变换器的功率单元采用图3所示的全桥变换器，其中X1、X2为全桥变换器的交流输出端子，X3、X4为全桥变换器的直流输入端子。每个功率单元采用全控型功率开关器件，根据输出电压等级的不同选用相应等级的功率半导体开关元件,如IGBT或MOSFET等。
H桥级联型多电平变换器的每个基本单元的直流输入端X3和X4分别接入有一个分散式储能电池的正负极，共需3n个储能电池。
三端口隔离DC/DC变换器的结构如图4所示，三端口隔离DC/DC变换器包括一个共铁芯的三绕组变压器和三个全桥变换器，每个全桥变换器的交流端子接共铁芯的三绕组变压器的一个绕组，三个全桥变换器的直流端子分别接上述H桥级联型多电平变换器的三相基本单元i(i＝1,2,……n)的储能电池正负极。
三端口隔离DC/DC变换器的控制原理为：首先采样三个储能电池的端电压和输出电流，得到每个储能电池的输出功率，再将三个储能电池的输出功率进行低通滤波，并减去直流分量后得到三相低频波动功率。三个电池的输出功率直流分量为三者之和除以三得到。因此三个电池的三相低频波动功率之和为零，最后控制三个端口的H桥输出相应的低频波动功率用于补偿电池的低频输出功率。
随着分布式发电和微网的广泛应用，为了平抑新能源发电功率波动，保证电网供电稳定性和可靠性，储能在电力系统中发挥了越来越重要的作用。常用的储能电池单体电压比较低，在常规大规模储能系统中都需要大量的电池单体直接串并联，对于电池一致性要求高，不仅存在串联均压和并联均流的问题，而且一般用于380V电压等级，无法直接并入较高电压等级的电网。为了能够直接并入中高压电网，基于H桥级联多电平变换器的模块化储能系统得到了广泛的重视，其基本结构如图2所示。其优点是避免了大量电池的直接串并联，所有电池的充放电可以独立控制，可以通过控制算法实现电池之间的SOC均衡，可以使用不同规格不同新旧程度的电池，实现废旧电池的梯次利用，且不需要额外配置电池能量管理系统；其主要缺点是每个功率单元输出电压和电流均为单相交流，因此输出功率存在二倍频波动，造成电池充放电电流必然存在二倍频波动，影响电池的效率和寿命，且制造成本较高；本实用新型提供采用一个小容量的功率波动平抑电路来降低每个储能电池的充放电功率的低频波动，提高储能电池的效率和寿命；本实用新型将三相储能电池分别通过三端口隔离型DC/DC变换器连接起来，使得三相储能电池之间可以通过所述三端口隔离型DC/DC变换器进行功率交换，由于三相储能电池之间的功率波动相位上互差120度，因此其低频功率波动可以相互抵消，有效抑制储能电池的低频功率波动；本实用新型中的每个储能电池都可以独立控制其充放电电流，通过控制算法可实现储能电池之间的SOC均衡，可以使用不同规格不同新旧程度的电池，实现废旧电池的梯次利用，且不需要配置额外的电池能量管理系统；本实用新型的三端口隔离型DC/DC变换器只需要对三相储能电池的低频波动功率进行交换和抑制，流经DC/DC变换器的电流较小，因此和主电路相比容量较小，制造成本较低。
最后应说明的是：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；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神与范围。
Claims (4)
1.一种具有电池功率波动平抑能力的链式储能系统，包括一个H桥级联型多电平变换器、多个分散式储能电池和多个三端口隔离DC/DC变换器，其特征在于：所述H桥级联型多电平变换器包括三个多电平桥臂和三个并网电抗器，所述每个多电平桥臂由基本单元1至n的交流输出端依次串联构成，n为正整数；所述三个多电平桥臂的一端分别与三个并网电抗器相连后又分别接入三相高压交流电网中的线路A、线路B和线路C，所述三个多电平桥臂的另一端均并联连接到一个公共联结点。
2.根据权利要求1所述的一种具有电池功率波动平抑能力的链式储能系统，其特征在于：所述H桥级联型多电平变换器的功率单元采用全桥变换器，所述每个功率单元采用全控型功率开关器件。
3.根据权利要求1所述的一种具有电池功率波动平抑能力的链式储能系统，其特征在于：所述H桥级联型多电平变换器的每个基本单元的直流输入端X3和X4分别接入有一个分散式储能电池的正负极，所述分散式储能电池的数量为3n个。
4.根据权利要求1所述的一种具有电池功率波动平抑能力的链式储能系统，其特征在于：所述三端口隔离DC/DC变换器包括一个共铁芯的三绕组变压器和三个全桥变换器，所述每个全桥变换器的交流端子接共铁芯的三绕组变压器的一个绕组，所述三个全桥变换器的直流端子分别接H桥级联型多电平变换器的三相基本单元i的储能电池正负极，i＝1,2,……n。
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