CN208401748U - 一种用于混合储能的双向功率变换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电力系统中的储能技术，特别是一种用于混合储能的双向功率变换器，其结构要点在于，还包括有K1开关、K2开关、K3开关和K4开关，功能型储能元件与K2开关串接成功能型元件回路，能量型储能元件与K4开关串接成能量型元件回路；功能型元件回路与能量型元件回路并联，并联后的输出端通过K1开关与功率转换电路连接；K3开关一端与功能型储能元件与K2开关的连接端连接，另一端与能量型储能元件与K4开关的连接端连接，此时K2开关与能量型元件、K4开关与功率型元件呈并联式构造。优点在于：有效提高储能系统的可靠性；满足了系统对储能需求的多样性，可以提高储能系统的性能，降低内部损耗，延长蓄电池充放电周期，降低储能系统的成本。

Description

一种用于混合储能的双向功率变换器

技术领域

本实用新型涉及一种电力系统中的储能技术，特别是一种用于混合储能的双向功率变换器。

背景技术

在电力系统中，储能系统具备实时吸收和释放能量的特点，提高电能质量，通常可分为能量型储能技术和功率型储能技术两类。能量型储能技术具有能量密度大、储能时间长的优点，但功率密度小、循环寿命短，不适合补偿短时脉冲功率波动，如蓄电池。以超级电容、飞轮储能、超导磁储能等为代表的功率型储能技术，具有功率密度大、响应速度快、循环周期寿命长的优点，但能量密度小、自放电率高。二者可因为各自的优势而满足不同应用模式的需求。

单一的储能技术无法同时具备两种储能技术的优势，其不足之处还在于：1、无法满足不同的应用需求；2、如果发生储能元件的毁坏则会导致储能系统直接瘫痪，不利于系统运行的可靠性。

发明内容

本实用新型的目的在于根据现有技术的不足之处而提供一种能够满足不同层次需求、发挥单一储能技术功效、确保系统稳定运行的用于混合储能的双向功率变换器。

本实用新型的目的是通过以下途径来实现的：

一种用于混合储能的双向功率变换器，包括有功率型储能元件、能量型储能元件和功率转换电路，其结构要点在于，还包括有K1开关、K2开关、K3开关和K4开关，功率型储能元件与K2开关串接成功能型元件回路，能量型储能元件与K4开关串接成能量型元件回路；功率型元件回路与能量型元件回路并联，并联后的输出端通过K1开关与功率转换电路连接；K3开关一端与功率型储能元件与K2开关的连接端连接，另一端与能量型储能元件与K4开关的连接端连接，此时K2开关与能量型元件、K4开关与功率型元件呈并联式构造。

所述并联式构造是指在电路原理图上两个元件因连接关系呈并联连接状态，但不一定按照并联电路的方式运行。这样，针对不同应用场合的功能需求，控制K1-K4开关的断开和闭合，可以实现以下三种运行模式：

1、能量型运行模式：断开K2和K3开关，闭合K1和K4开关，此时只有能量型元件回路连接输出功率转换电路，双向功率变换器工作在能量型储能模式，能量型储能其存储容量较大，而充放电速度较慢，主要适用于在稳态运行层面进行削峰填谷、负荷调节或用作备用电源。比如光伏、风电等新能源本身存在的随机性、波动性特点，新能源并网系统往往会出现用电高峰时出力不足，而用电低谷时出力过剩的现象，用大容量储能系统来存储能量。在用电低谷时将过剩的能量存储在储能装置中，在用电高峰时供电，可大大减轻电网调度负担，提高电网的稳定性，大幅度改善电能质量。

2、功率型运行模式：断开K3和K4开关，闭合K1和K2开关，此时只有功率型元件回路连接输出功率转换电路，双向功率变换器工作在功率型储能模式，功率型储能其具有短时间内大功率充放电的能力，可以充放电的次数较多，循环使用寿命较长，适用于在暂态运行层面进行调节，功率型储能能够在短期内较为快速地提供功率上的支持。在发电侧、电网侧短时大功率出力，补偿无功、支撑电压、还可以起到调频作用。在新能源侧，小容量、大功率储能可以平滑出力曲线。由于影响光伏能源的因素较多，因此光伏能源基本上是在动态变化的。这样导致光伏发电系统内部之问的能量也是在动态变化的，输入与输出经常是处于不太匹配情况下的，功率型储能装置作为中间环节，在短时间内可以提供相互之间能量的过渡单元。

3、混合型运行模式：断开K2和K4开关，闭合K1和K3开关，此时功率型元件和能量型元件通过K3开关串联，双向功率变换器工作在能量型与功率型组合储能模式，根据具体的需求选择匹配的储能方式，可以扬长避短，发挥各自的优势，实现能量和功率等方面的多重要求，并且可以显著增加储能元件的循环寿命。

本实用新型可以进一步具体为：

所述K1开关、K2开关、K3开关和K4开关均为双向可控硅开关。

双向可控硅是一对反并联连接的普通可控硅的集成，门极加正、负触发脉冲都能使管子触发导通，因此有四种触发方式，控制方式简单，操作方便。

综上所述，本实用新型用于混合储能的双向功率变换器，其技术效果包括：1、混合储能可单一工作，也可混合运行，任一储能元件的毁坏，不会导致整个储能系统的瘫痪，有效提高储能系统的可靠性；2、可以提供三种运行模式，满足了系统对储能需求的多样性，弥补了单一储能元件应用的不足；3、能量型与功率型两种类型的储能元件的组合使用可以提高储能系统的性能，降低内部损耗，延长蓄电池充放电周期，降低储能系统的成本。

附图说明

图1为本实用新型所述用于混合储能的双向功率变换器的电路结构示意图。

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。

具体实施方式

最佳实施例：

参照附图1，用于混合储能的双向功率变换器，包括有功率型储能元件、能量型储能元件和功率转换电路，还包括有K1开关、K2开关、K3开关和K4开关四个双向可控硅开关，功率型储能元件与K2开关串接成功能型元件回路，能量型储能元件与K4开关串接成能量型元件回路；功率型元件回路与能量型元件回路并联，并联后的输出端通过K1开关与功率转换电路连接；K3开关一端与功能型储能元件与K2开关的连接端连接，另一端与能量型储能元件与K4开关的连接端连接，此时K2开关与能量型元件位于K3开关的一同侧、K4开关与功率型元件位于K3开关的另一同侧，K2开关与能量型元件、K4开关与功率型元件呈并联式构造。

本实用新型的运行原理如下：

1、能量型运行模式：断开K2和K3开关，闭合K1和K4开关，此时只有能量型元件回路连接输出功率转换电路，双向功率变换器工作在能量型储能模式。

2、功率型运行模式：断开K3和K4开关，闭合K1和K2开关，此时只有功率型元件回路连接输出功率转换电路，双向功率变换器工作在功率型储能模式。

3、混合型运行模式：断开K2和K4开关，闭合K1和K3开关，此时功率型元件和能量型元件通过K3开关串联，双向功率变换器工作在能量型与功率型组合储能模式。

另外，本实用新型采用的功率转换电路可以实现整流升压与逆变两种工作模式，参见附图中由D1-D4、S1-S4和Cd组成的电路，相比于多级型功率转换电路，整个系统的能量转换效率更高，电路与相应的控制策略也更加简单。本电路工作在整流电路时等同于Boost电路，具有升压功能；无需开关管体二极管进行续流，弥补了开关管体二极管反向恢复时间长、开关损耗大的缺陷。

本实用新型未述部分与现有技术相同。

Claims (2)

1.一种用于混合储能的双向功率变换器，包括有功率型储能元件、能量型储能元件和功率转换电路，其特征在于，还包括有K1开关、K2开关、K3开关和K4开关，功能型储能元件与K2开关串接成功能型元件回路，能量型储能元件与K4开关串接成能量型元件回路；功能型元件回路与能量型元件回路并联，并联后的输出端通过K1开关与功率转换电路连接；K3开关一端与功能型储能元件与K2开关的连接端连接，另一端与能量型储能元件与K4开关的连接端连接，此时K2开关与能量型元件、K4开关与功率型元件呈并联式构造。

2.根据权利要求1所述的一种用于混合储能的双向功率变换器，其特征在于，所述K1开关、K2开关、K3开关和K4开关均为双向可控硅开关。