WO2024251209A1 - 储能阀子模块和高压直挂储能系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种储能阀子模块和高压直挂储能系统，通过在储能阀子模块中增加欠阻尼振荡的抑制电路，该抑制电路与第一电容串联，且抑制电路与第一电容串联构成的阻容支路分别与功率变换单元和储能单元并联，由于该抑制电路可以通过调整储能阀子模块中阻抗的电阻值抑制储能阀子模块在投切状态切换时刻产生的欠阻尼振荡电流，使得减小了储能阀子模块在投切状态切换时刻产生的欠阻尼振荡电流，也就降低了欠阻尼振荡电流对储能阀子模块带来的危害，从而提高了储能阀子模块的可靠性。

Description

储能阀子模块和高压直挂储能系统

交叉引用

本申请引用于2023年06月09日递交的名称为“储能阀子模块和高压直挂储能系统”的第2023106870411号中国专利申请，其通过引用被全部并入本申请。

技术领域

本申请涉及储能技术领域，特别是涉及一种储能阀子模块和高压直挂储能系统。

背景技术

随着大规模储能的发展，高压直挂储能系统逐渐受到广泛应用。

在一些情形下，高压直挂式储能系统包括多个级联的储能阀子模块，每个储能阀子模块中包括储能单元。应用时，可以通过控制各储能阀子模块的投切状态实现各储能阀子模块中储能单元的充放电。

然而，上述情形下储能阀子模块可靠性较低。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种储能阀子模块和高压直挂储能系统，能够提高储能阀子模块的可靠性。

第一方面，本申请实施例提供了一种储能阀子模块，该储能阀子模块包括功率变换单元、第一电容、抑制电路和储能单元，抑制电路与第一电容串联构成阻容支路，阻容支路分别与功率变换单元和储能单元并联。

本申请实施例提供的储能阀子模块，通过在储能阀子模块中增加欠阻尼振荡的抑制电路，该抑制电路与第一电容串联，且抑制电路与第一电容串联构成的阻容支路分别与功率变换单元和储能单元并联，由于该抑制电路可以通过调整储能阀子模块中阻抗的电阻值抑制储能阀子模块在投切状态切换时刻产生的欠阻尼振荡电流，这样大大地减小了储能阀子模块在投切状态切换时刻产生的欠阻尼振荡电流，达到抑制欠阻尼振荡电流的效果，使得欠阻尼振荡电流对储能阀子模块带来的危害大幅降低，从而提高了储能阀子模块的可靠性。

在其中一个实施例中，第一电容包括直流支撑电容。

在其中一个实施例中，该储能阀子模块包括功率变换单元、直流支撑电容、抑制电路和储能单元，抑制电路与直流支撑电容串联构成阻容支路，阻容支路分别与功率变换单元和储能单元并联。

本申请实施例提供的储能阀子模块，通过在储能阀子模块中增加欠阻尼振荡的抑制电路，该抑制电路与直流支撑电容串联，且抑制电路与直流支撑电容串联构成的阻容支路分别与功率变换单元和储能单元并联，由于该抑制电路可以通过调整储能阀子模块中阻抗的电阻值抑制储能阀子模块在投切状态切换时刻产生的欠阻尼振荡电流，这样大大地减小了储能阀子模块在投切状态切换时刻产生的欠阻尼振荡电流，达到抑制欠阻尼振荡电流的效果，使得欠阻尼振荡电流对储能阀子模块带来的危害大幅降低，从而提高了储能阀子模块的可靠性。

在其中一个实施例中，抑制电路包括电阻元件。

本申请实施例中，通过电阻元件实现抑制电路，这样以电阻元件提供抑制储能阀子模块在投入时刻产生的欠阻尼振荡电流所需的阻值，不仅经济性高且方便简单，极大地降低了对储能阀子模块整体功能产生的额外影响，从而进一步提高储能阀子模块的可靠 性。

在其中一个实施例中，抑制电路还包括开关电路，开关电路用于控制电阻元件的投切状态。

本申请实施例中，通过开关电路控制电阻元件在储能阀子模块中的是处于投入还是被切出，只有在投入到储能阀子模块中工作，才可实现对储能单元相应状态下投入时刻产生的的欠阻尼振荡的抑制，从而提高了储能阀子模块的欠阻尼振荡的抑制精准度。

在其中一个实施例中，开关电路与电阻元件并联。

本申请实施例中在电阻元件旁并联开关电路，通过开关电路的开通和关断实现电阻元件在储能阀子模块中的是处于投入还是被切出，只有在投入到储能阀子模块中工作，才可实现对储能单元相应状态下投入时刻产生的的欠阻尼振荡的抑制，从而提高了储能阀子模块的欠阻尼振荡的抑制精准度。

在其中一个实施例中，抑制电路还包括开关电路，开关电路与电阻元件并联。

本申请实施例中在电阻元件旁并联开关电路，通过开关电路的开通和关断实现电阻元件在储能阀子模块中的是处于投入还是被切出，只有在投入到储能阀子模块中工作，才可实现对储能单元相应状态下投入时刻产生的的欠阻尼振荡的抑制，从而提高了储能阀子模块的欠阻尼振荡的抑制精准度。

在其中一个实施例中，电阻元件包括相互串联的第一电阻和第二电阻，开关电路还包括第一开关和第二开关，第一开关与第一电阻并联，第二开关与第二电阻并联。

本申请实施例中在储能阀子模块中增加两个电阻，然后通过增加两个不同的开关分别控制该两个电阻在储能阀子模块中的投切状态，两个电阻在储能单元充电状态下或者在储能单元处于放电状态下仅会投入一个，在此基础上，两个电阻的阻值不同，使得在储能单元充电状态下或者在储能单元处于放电状态下所能够抑制的欠阻尼振荡程度都也不同，如此，使得储能单元在充电和放电不同状态下的欠阻尼振荡的抑制更加精准

在其中一个实施例中，第一开关和/或第二开关为二极管。

本申请实施例中采用二极管实现第一开关和第二开关，由于二极管属于无需控制，依靠电路中的电压切换开通和截止两种状态，具有开关速度快、开关时间特短的优势，从而使得可以快速且精准地控制电阻元件的投切状态，进而达到储能单元在充电和放电不同状态下的欠阻尼振荡的抑制更加精准的效果。

在其中一个实施例中，第一电阻的阻值大于第二电阻的阻值。

本申请实施例中通过设置第一电阻的阻值大于第二电阻的阻值，可以使得对储能单元处于充电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流进行较大程度的抑制，在储能单元处于放电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流的抑制程度可以较小。这样，通过设置第一电阻和第二电阻为不同的阻值实现对储能单元处于充电状态和放电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流进行区别抑制，以提高对储能阀子模块的欠阻尼振荡的抑制精准度。

本申请实施例中通过设置第一电阻的阻值大于第二电阻的阻值，可以使得对储能单元处于充电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流进行较大程度的抑制，在储能单元处于放电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流的抑制程度可以较小。这样，通过设置第一电阻和第二电阻为不同的阻值实现对储能单元处于充电状态和放电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流进行区别抑制，以提高对储能阀子模块的欠阻尼振荡的抑制精准度。

在其中一个实施例中，电阻元件包括相互并联的第三电阻和第四电阻，开关电路还包括第三开关和第四开关，第三开关与第三电阻串联，第四开关与第四电阻串联。

本申请实施例中在储能阀子模块中增加两个电阻，然后通过增加两个不同的开关分别控制该两个电阻在储能阀子模块中的投切状态，两个电阻在储能单元充电状态下或者在储能单元处于放电状态下仅会投入一个，在此基础上，两个电阻的阻值不同，使得在储能单元充电状态下或者在储能单元处于放电状态下所能够抑制的欠阻尼振荡程度都也不同，如此，使得储能单元在充电和放电不同状态下的欠阻尼振荡的抑制更加精准

在其中一个实施例中，第三开关和/或第四开关为二极管。

本申请实施例中采用二极管实现第三开关和第四开关，由于二极管属于无需控制，依靠电路中的电压切换开通和截止两种状态，具有开关速度快、开关时间特短的优势，从而使得可以快速且精准地控制电阻元件的投切状态，进而达到储能单元在充电和放电不同状态下的欠阻尼振荡的抑制更加精准的效果。

在其中一个实施例中，第三电阻的阻值大于第四电阻的阻值。

本申请实施例中通过设置第三电阻的阻值大于第四电阻的阻值，可以使得对储能单元处于充电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流进行较大程度的抑制，在储能单元处于放电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流的抑制程度可以较小。这样，通过设置第三电阻和第四电阻为不同的阻值实现对储能单元处于充电状态和放电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流进行区别抑制，以提高对储能阀子模块的欠阻尼振荡的抑制精准度。

在其中一个实施例中，电阻元件的阻值范围包括10欧姆(mΩ)-500mΩ。

本申请实施例中，将电阻元件的取值范围设置在10mΩ-500mΩ，使得电阻元件与高压直挂储能系统场景下的第一电容的容值、储能单元中的等效杂散电感的电感值以及储能单元中的等效内阻的阻值相匹配，从而可以对高压直挂储能系统场景能阀子模块的欠阻尼振荡进行精准抑制。

在其中一个实施例中，储能阀子模块还包括第二电容，第二电容与阻容支路并联。

本申请实施例中，通过在阻容支路旁整体并联一个第二电容，使得可以降低功率变换单元中功率器件关断时刻的过电压应力，如此，降低了功率变换单元中功率器件因为过电压应力过大而发生失效的风险，从而增加了功率变换单元中功率器件的工作可靠性，进一步增加了储能阀子模块的工作可靠性。

在其中一个实施例中，第二电容包括缓冲电容。

在其中一个实施例中，储能阀子模块还包括缓冲电容，缓冲电容与阻容支路并联。

本申请实施例中，通过在阻容支路旁整体并联一个缓冲电容，使得可以降低功率变换单元中功率器件关断时刻的过电压应力，如此，降低了功率变换单元中功率器件因为过电压应力过大而发生失效的风险，从而增加了功率变换单元中功率器件的工作可靠性，进一步增加了储能阀子模块的工作可靠性。

在其中一个实施例中，第二电容的容值小于第一电容的容值。

本申请实施例中，通过设置第二电容的容值小于第一电容的容值，使得在储能阀子模块投入时刻，第二电容通高频电流和第一电容通高频电流之间也进行了一定区分。且因为第二电容的容值远小于第一电容的容值，降低了因第二电容的容值过大加剧储能阀子模块的欠阻尼振荡程度，使得在降低功率变换单元中功率器件关断时刻的过电压应力的同时减小了产生额外影响的风险，从而增加了储能阀子模块的工作可靠性。

在其中一个实施例中，缓冲电容的容值小于直流支撑电容的容值。

本申请实施例中，通过设置缓冲电容的容值小于直流支撑电容的容值，使得在储能阀子模块投入时刻，缓冲电容通高频电流和直流支撑电容通高频电流之间也进行了一定区分。且因为缓冲电容的容值远小于直流支撑电容的容值，降低了因缓冲电容的容值过大加剧储能阀子模块的欠阻尼振荡程度，使得在降低功率变换单元中功率器件关断时刻的过电压应力的同时减小了产生额外影响的风险，从而增加了储能阀子模块的工作可靠性。

在其中一个实施例中，第二电容的容值范围包括10微法(uF)～300uF。

本申请实施例中设置第二电容的容值范围包括10uF～300uF，这样既可以在高压直挂储能场景下使得降低功率变换单元中功率器件关断时刻的过电压应力的同时，还降低对储能阀子模块整体拓扑产生额外的影响，增加了储能阀子模块的工作可靠性。

在其中一个实施例中，缓冲电容的容值范围包括10uF～300uF。

本申请实施例中设置缓冲电容的容值范围包括10uF～300uF，这样既可以在高压直挂储能场景下使得降低功率变换单元中功率器件关断时刻的过电压应力的同时，还降低对 储能阀子模块整体拓扑产生额外的影响，增加了储能阀子模块的工作可靠性。

在其中一个实施例中，储能阀子模块还包括旁路电路，旁路电路与储能阀子模块并联。

本申请实施例中，通过在储能阀子模块接入高压直挂储能系统主回路的端口之间设置旁路电路，使得可以在储能阀子模块存在故障的情况下，将储能阀子模块切出高压直挂储能系统，提高了高压直挂储能系统的运行稳定性和安全性。

在其中一个实施例中，储能阀子模块的投切开关频率与抑制电路产生的能量损耗成正相关。

本申请实施例通过上述储能阀子模块的投切开关频率与抑制电路产生的能量损耗成正相关的特性，设定储能阀子模块在高压直挂储能系统中单次投切时等效投切开关频率，使得可以以较低的等效投切开关频率对储能阀子模块进行投切，从而降低了储能阀子模块的损耗，提高了储能阀子模块应用的经济性与安全性。

在其中一个实施例中，功率变换单元中的功率器件的关断电流变化率和功率器件的驱动电路中驱动器件的参数值成反相关。

本申请实施例中通过功率变换单元中功率器件的关断电流变化率和功率器件的驱动电路中驱动器件的参数值成反相关的特性，可以实现降低功率变换单元中功率器件的关断电流变化率，从而使得进一步降低功率变换单元中功率器件的关断过电压，使得可以极大地降低功率变换单元中功率器件因过电压应力过大而发生失效的问题，从而增加了功率变换单元的工作可靠性。

在其中一个实施例中，驱动器件的参数值包括驱动电路中门极关断电阻的电阻值，和/或，驱动电路中门极电容的容值。

第二方面，本申请实施例提供一种高压直挂储能系统，该高压直挂储能系统包括上述第一方面任一实施例中提供的储能阀子模块。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。在附图中：

图1为一种实施例中高压直挂储能系统的架构示意图；

图2为一种实施例中储能阀子模块的拓扑示意图；

图3为一个实施例中储能阀子模块内储能单元的等效杂散电感和等效内阻示意图；

图4为另一个实施例中储能阀子模块的拓扑示意图；

图5为另一个实施例中储能阀子模块的拓扑示意图；

图6为一个实施例中储能阀子模块内功率变换单元的实现结构示意图；

图7为另一个实施例中储能阀子模块内功率变换单元的实现结构示意图；

图8为一个实施例中储能阀子模块内抑制电路的实现结构示意图；

图9为一个实施例中储能阀子模块内增加抑制电路后的等效网络示意图；

图10为另一个实施例中储能阀子模块内抑制电路的实现结构示意图；

图11为一个实施例中抑制电路中开关电路的实现结构示意图；

图12为另一个实施例中储能阀子模块内抑制电路的实现结构示意图；

图13为另一个实施例中储能阀子模块内抑制电路的实现结构示意图；

图14为一个实施例中储能阀子模块内增加第二电容的结构示意图；

图15为一个实施例中功率变换单元中功率器件的驱动电路示意图；

图16为一个实施例中储能阀子模块内增加旁路电路的结构示意图。

附图标记：
10：          功率变换单元；
20：              第一电容；
30：              储能单元；
40：              抑制电路；
401：             电阻元件；
402：             开关电路；
50：              第二电容；
60：              旁路电路。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

高压直挂储能系统是一种新型储能系统，其利用模块化多电平级联技术，级联了多个储能阀子模块，可以同时实现交直流功率转换和能量储存，具有模块化程度高、谐波特性好等优势，因此其越来越广泛地应用于电网中。高压直挂储能系统中每个储能阀子模块均包括储能单元，而储能单元中包括电池组。实际应用中，可以通过对级联的各储能阀子模块进行控制，从而实现各储能阀子模块中储能单元的充放电。

图1为一种高压交流直挂储能系统架构示意图，以三相电网A、B、C的直挂储能系统示例。如图1所示，高压直挂储能系统包括A、B、C三相储能级联链，每相储能级联链上包括一个桥臂电抗器和m个储能模块。其中，三相储能级联链上的储能模块分别以SM1#m、SM2#m、SM3#m表示，m为1、2、3、...、n。在其他实施例中，如高压直流直挂储能系统中，也可以由换流阀将三相交流电变换为直流电，储能阀直接挂在直流电网，以及储能阀中包括多个储能阀子模块等等均可。

相关技术中，高压直挂储能系统中储能阀子模块的拓扑如图2所示，包括功率变换单元10、第一电容20和储能单元30，其中，图2中的S1和S2表示两个连接端口，每个储能阀子模块需要通过S1和S2两个连接端口接入高压直挂储能系统的主回路，以通过主回路连接到高压电网上，此处连接关系可参见图1中的S1和S2。

通常，储能单元内部存在较大的等效内阻和等效杂散电感，该等效内阻和等效杂散电感不仅来源于储能单元内部的连接排，还有整个储能阀子模块拓扑中连接储能单元与功率变换单元的汇流排。在储能单元以图2示意的方式连接后，储能单元内部的等效电阻和等效杂散电感以及第一电容等效成一个并联的RLC网络。储能阀子模块在整个高压直挂储能系统中的模式包括投入状态和切除状态两种，而储能阀子模块在进行投切状态切换时，高压直挂储能系统主回路上的电流进入储能阀子模块中，该电流对于RLC网络而言可以视为一个阶跃的电流源激励。请参见图3，图3为储能阀子模块拓扑等效的并联RLC网络示意图，其中，L表示等效杂散电感，Rdc表示等效内阻，I/P表示阶跃的电流源激励，且图3中未示意储能阀子模块中的功率变换单元。

由于等效杂散电感较大，导致储能阀子模块中等效杂散电感L的感抗与第一电容的容抗不匹配。在此情况下，一旦在该阶跃的电流源激励I/P下，等效杂散电感L的感抗和第一电容的容抗之间的不匹配就会造成整个RLC网络发生欠阻尼振荡，构成一个欠阻尼网络，从而造成第一电容与储能单元发生欠阻尼振荡。

该欠阻尼振荡对储能阀子模块可能带来一定的危害，包括但不限于是储能单元过流，造成储能单元损坏、劣化、寿命降低；且储能阀子模块中电容电流增加，例如可以增加约30％左右，这会造成电容器重量、体积及成本升高；而储能阀子模块若运行过程中若长期处于过流状态，也会对储能阀子模块中的电气件造较大的电流应力等等。从而影响储能阀子模块的工作可靠性。

对此，可以通过对储能阀子模块增大储能阀子模块中电容的容值、降低杂散电感、增加电阻等至少一种方式来解决。但是考虑到储能单元中等效杂散电感的主要来源是储能单元内部的连接排以及连接储能单元与功率变换单元的汇流排，因此这是难以降低的。且储能单元中等效内阻主要来源于内部大量的串并联电芯的内阻，该等效内阻的阻值较低，使得该等效内阻随充放电频率波动较大，因此该等效内阻也不足以平抑欠阻尼振荡；而如果在高压直挂储能系统的主回路上增加电阻，由于高压直挂储能系统中储能的充放电电流高达上千安培，即使增加毫欧级的电阻也会造成巨大的损耗，从而导致大幅温升，会对储能单元的散热设计及寿命造成影响；若通过增加储能阀子模块中电容的电容抑制振荡，则需要将电容的容值增加到几百mF，而电容容值的增加伴随的是电容的体积、重量和成本也会相应增加，导致对储能阀子模块的适用性和便捷性带来一定的影响。

综合以上考虑，目前还无法通过调整储能阀子模块中参数来抑制欠阻尼振荡。基于此，本申请实施例通过对储能阀子模块的拓扑进行改进，在储能阀子模块中增加欠阻尼振荡抑制电路，以该抑制电路抑制了整个储能阀子模块在投切状态切换时刻产生的欠阻尼振荡电流，使得可以大大地减小储能阀子模块在投切状态切换时刻产生的欠阻尼振荡电流，达到抑制欠阻尼振荡电流的效果，使得欠阻尼振荡电流对储能阀子模块带来的危害大幅降低，从而提高了储能阀子模块的可靠性。

下面通过具体的实施例对本申请提供的储能阀子模块的详细实现过程进行说明。如图4所示，为本申请实施例提供了一种储能阀子模块的拓扑示意图。该储能阀子模块包括功率变换单元10、第一电容20、抑制电路40和储能单元30，抑制电路40与第一电容20串联构成阻容支路，阻容支路分别与功率变换单元10和储能单元30并联。

本申请实施例中，储能阀子模块泛指的是储能系统中的任意一个子模块，其中，该储能系统对于电网系统潮流而言，可以调节潮流方向或大小，类似阀的作用，又称储能阀。但需要强调的是，本申请实施例中将储能系统中的子模块称为储能阀子模块，这只是储能系统中各子模块的一种代称示例，并不用做对各个子模块功能、结构或者使用场景等方面的限定，因此，在应用中也可以根据其实际需求称为储能子模块、充放电子模块、子模块等等，本申请对储能系统中各子模块的名称不作限定。

本申请实施例中，在储能阀子模块中第一电容20所在的支路上串联了一个抑制电路40，构成阻容支路，该阻容支路与功率变换单元10和储能单元30均并联。可以理解的 是，图4中仅是其中一种连接方式的示例，在一些场景中，阻容支路还可以以如图5所示的方式进行连接。

在一个实施例中，第一电容20包括直流支撑电容。其中，直流支撑电容是指位于模块直流端，具有较大容值，用于支撑模块电压或者抑制电压波动的电容器。

则该储能阀子模块包括功率变换单元、直流支撑电容、抑制电路和储能单元，抑制电路与直流支撑电容串联构成阻容支路，阻容支路分别与功率变换单元和储能单元并联。

在储能阀子模块中，功率变换单元10主要是通过不同的通路实现储能单元30在充放电状态下的投入和切除两种工作模式。功率变换单元10的实现可以是功率半导体器件构成的半桥电路，也可以是功率半导体器件构成的全桥电路，还可以是功率半导体器件构成的类全桥电路等等。

一种实施例中，如图6所示，示意一种功率变换单元10的实现方式。需要说明的是，图6以及本申请实施例后续实施例的附图将均以图4的连接方式为基础进行示意。图6示意的是一种功率半导体器件构成的半桥电路，其中T1和T2均为功率器件，例如，可以是绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)实现。

另一种实施例中，如图7所示，示意另一种功率变换单元10的实现方式。图7示意的是一种全桥电路，其中T1、T2、T3和T4均为功率器件，也均可以是IGBT实现。

另外，以功率变换单元10中的功率器件是IGBT为例，因为IGBT属于开关管，所以图6和图7中的IGBT的栅极都连接有一个驱动电路，主要用于驱动IGBT的导通和关断。但为了便于清楚突出示意重点，本申请实施例对IGBT的栅极连接的驱动电路未示意。

在实际工作时，储能阀子模块中储能单元30分为充电状态下的投入模式和切除模式，以及放电状态下的投入模式和切除模式。以图6为例，结合电路示意图对以上投入模式和切除模式下的工作原理进行说明，具体地如下：

(1)储能单元30处于充电状态的投入模式：该模式下，关断T2管，D2和T1管因为反向电压也不导通，则高压直挂储能系统主回路上的电流从S1端口进入通过D1进入储能单元30再经过S2端口流出形成回路，使得储能单元30可以实现充电。

(2)储能单元30处于充电状态的切除模式：该模式下，导通T2管，由于管T2导通时其上的压降非常低，此时主回路上的电流从S1端口进入后就会直接从T2经过再从S2端口流出形成回路，将储能单元30从主回路中切除出去，不再充电。此时因为储能单元30上有电压，所以D1被反向电压钳位，处于截止状态。

(3)储能单元30处于放电状态的投入模式：此模式下，T2管、D2以及D1均不导通，而T1管导通，则高压直挂储能系统主回路上的电流从S2端口直接进入储能单元30后经过T1管后从S1端口流出形成回路，使得储能单元30处于放电状态。

(4)储能单元30处于放电状态的切除模式：此模式下，T2管、D2以及T1均不导通，高压直挂储能系统主回路上的电流从S2端口进入经过D2直接凶S1端口流出形成回路，将储能单元30完全从主回路中切除出去，不再放电。

基于上述功率变换单元10的工作原理说明可知，之所以前面提及储能阀子模块在进行投切状态切换时，高压直挂储能系统主回路上的电流进入储能阀子模块中，该电流对于整个储能阀子模块而言可以视为一个阶跃的电流源激励，正是因为储能阀子模块在进行投切状态切换时是需要通过功率变换单元10中IGBT开通或关断实现的，而IGBT开通或关断的速度极快，因此，在IGBT开通后从主回路涌入进来的电流就形成一个阶跃的电流源激励。在此阶跃的电流源激励下，第一电容20的容抗与储能阀子模块中等效杂散电感的感抗之间不匹配造成了储能阀子模块在投切状态切换时发生欠阻尼振荡。那么要抑制此欠阻尼振荡，则是要尽量降低第一电容20的容抗与等效杂散电感的感抗之间不匹配，即实质上就是抑制储能阀子模块产生的欠阻尼振荡电流。

由于第一电容20在储能阀子模块中的功能包括但不限于是滤除IGBT开关时的高频谐波，构建功率器件换流回路等，属于储能阀子模块中不可或缺的关键部分，而等效杂散电感也是储能阀子模块中不可或缺的储能单元30带来的，所以容抗和感抗如本申请实施例前文所提及的无法实现调整。而第一电容20和储能单元30等效的RLC网络的阻抗除了容抗和感抗构成的电抗以外还有电阻，由此，本申请实施例通过增加抑制电路40调整该RLC网络的阻抗值中电阻，使得该RLC网络处于过阻尼状态，抑制了RLC网络的欠阻尼振荡现象，从而实现对欠阻尼振荡电流的抑制。

在一些实施例中，该抑制电路40可以包括电阻元件。即本申请实施例中的抑制电路40可以通过电阻元件实现。通过电阻元件提供抑制储能阀子模块在投入时刻产生的欠阻尼振荡电流所需的阻值，不仅经济性高且使用方便简单，极大地降低了对储能阀子模块的整体功能产生的额外影响。

实际应用中，本申请实施例中电阻元件可以是通过任何有阻值的器件通过任何一种连接方式实现，例如，可以是通过电阻实现，又或者，可以是通过一些含有阻值的无源器件实现等等。

本申请实施例提供的储能阀子模块，通过在储能阀子模块中增加欠阻尼振荡的抑制电路，该抑制电路与第一电容串联，且抑制电路与第一电容串联构成的阻容支路分别与功率变换单元和储能单元并联，由于该抑制电路可以通过调整储能阀子模块中阻抗的电阻值抑制储能阀子模块在投切状态切换时刻产生的欠阻尼振荡电流，这样大大地减小了储能阀子模块在投切状态切换时刻产生的欠阻尼振荡电流，达到抑制欠阻尼振荡电流的效果，使得欠阻尼振荡电流对储能阀子模块带来的危害大幅降低，从而提高了储能阀子模块的可靠性。

自然地，在第一电容是直流支撑电容的情况下，该储能阀子模块中的抑制电路与直流支撑电容串联，且抑制电路与直流支撑电容串联构成的阻容支路分别与功率变换单元和储能单元并联，这样，该抑制电路可以通过调整储能阀子模块中阻抗的电阻值抑制储能阀子模块在投切状态切换时刻产生的欠阻尼振荡电流，大大地减小了储能阀子模块在投切状态切换时刻产生的欠阻尼振荡电流，达到抑制欠阻尼振荡电流的效果，使得欠阻尼振荡电流对储能阀子模块带来的危害大幅降低，从而提高了储能阀子模块的可靠性。

如图8所示，本申请实施例以上述以电阻元件为例，对上述抑制电路40的实现方式进行详细说明。其中，为了方便示意，图8中以电阻元件401示例，通过在第一电容20的支路上增加电阻元件401改变整个储能阀子模块的欠阻尼状态，以抑制欠阻尼振荡电流。实际应用中，可根据需求设置该电阻元件401，可以包括单一电阻，或多个电阻的串并联组合等方式实现。

无论抑制电路40的实现方式是哪一种，若要达到通过调整储能阀子模块中阻抗的电阻值抑制储能阀子模块在投切状态切换时刻产生的欠阻尼振荡电流，就需要对电阻元件401的电阻值进行精确设计。该电阻元件401的电阻值需要能够将储能阀子模块在投切状态切换时刻整个网络中产生的电流不超过储能单元30的耐受电流，这样才能使得整个网络处于临界阻尼或者过阻尼的状态。

如图9所示，图9为结合上述图3和上述图8形成的储能阀子模块中串入阻尼电阻后的等效网络示意图。

根据基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律，对图9的等效网络进行模型建立可得如下二阶微分方程：

其中，上述二阶微分方程中，L表示储能单元30中等效杂散电感值，C表示第一电容20上容值，Rc表示抑制电路40中电阻元件401的阻值，R1表示储能单元30中等效 内阻Rdc的阻值，u_c表示第一电容20上电压，自然地，表示第一电容20上的电流，i_s表示储能阀子模块投入时刻进入储能单元30的电流，OCV表示储能阀子模块在稳态情况下第一电容20上的起始电压，且由于主回路上的阶跃电流还没进入储能阀子模块时储能阀子模块处于稳态，这种稳态下电容是不通直流的，相当于断路，因此OCV可以理解为储能单元30上的电压。

对上述二阶微分方程解得特征方程通解为：
LCp²+(R_C+R₁)Cp+1＝0         公式2

其中，公式2为一个齐次方程，p表示上述公式1中的由此，根据公式2可得，电阻元件401的阻值与储能阀子模块中第一电容20的容值、储能阀子模块中的等效杂散电感L的电感值以及储能阀子模块中的等效内阻Rdc的阻值相关。

也即，可以基于实际应用中，储能阀子模块中第一电容20的容值、储能阀子模块中储能单元30的等效杂散电感L的电感值以及储能单元30的等效内阻Rdc的阻值这些具体取值，代入上述公式2计算得出电阻元件401的阻值。

例如，在高压直挂储能系统场景下，若第一电容20的容值为mF级，储能单元30中的等效杂散电感L的电感值为μH级，储能单元30中的等效内阻Rdc的阻值为1mΩ至10mΩ级。且在此条件下，若要求储能阀子模块整个网络在投切模式切换时刻网络呈过阻尼状态，则结合上述公式2可得电阻元件401的阻值范围为10mΩ-500mΩ之间，例如，电阻元件401的阻值可以取50mΩ、100mΩ、150mΩ等等，此处不在一一列举，只要处于取值范围均可。

本申请实施例中，将电阻元件的取值范围设置在10mΩ-500mΩ，使得电阻元件与高压直挂储能系统场景下，第一电容的容值，储能单元中的等效杂散电感的电感值以及储能单元中的等效内阻的阻值相匹配，从而可以对高压直挂储能系统场景能阀子模块的欠阻尼振荡进行精准抑制。

本申请实施例中，基于储能阀子模块中内的基尔霍夫电流定律和基尔霍夫电压定律，构建了储能阀子模块拓扑网络模型的二阶微分方程，并对该二阶微分方程求解，以此得出了储能单元的等效杂散电感、储能单元的等效内阻、第一电容和电阻元件之间的函数关系，然后实际应用中的第一电容的容值、储能单元的等效杂散电感值、储能单元的等效内阻值代入该函数关系中进行求解，即可得到电阻元件的阻值。由于是基于增加了电阻元件的储能阀子模块构建的二阶微分方程，使得该二阶微分方程可以精准地反映储能阀子模块整个拓扑的特征，如此便可精准地计算出电阻元件的阻值，从而可以有效地抑制储能阀子模块中的产生的欠阻尼振荡电流。

另外，考虑到储能阀子模块中的欠阻尼振荡电流除了在储能单元30充电状态下的投入时刻会产生，也可能在储能单元30放电状态的投入时刻也会产生，对此，本申请实施例中提供一种方式，可以实现对储能单元30在充电状态和放电状态不同情况下的欠阻尼振荡的精准抑制。

在一个实施例中，抑制电路40还包括开关电路402，开关电路402用于控制电阻元件的投切状态。

对于开关电路402与上述电阻元件401之间的连接方式，本申请实施例提供了三种方式，下面分别对该三种方式进行详细说明。

如图10所示，在其中一个实施例中，开关电路402与电阻元件401并联。

开关电路402的功能是用于控制电阻元件401在储能阀子模块中的投切状态的。即通过在电阻元件401旁并联开关电路402，在储能单元30处于充电状态的情况下，开关电路402断开以使电阻元件401处于投入状态；在储能单元30处于放电状态的情况下，开关电路402导通以使电阻元件401处于切出状态。

其中，电阻元件401处于投入状态时，开关电路402断开，此情况下主回路上的电流会经过电阻元件401，以实现对储能单元30在充电状态下的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流进行抑制。同理，电阻元件401处于切出状态时，开关电路402导通，此情况下主回路上的电流会经过开关电路402，相当于电阻元件401上几乎没有电流经过，被开关电路402短路，使得此情况没有对储能单元30在放电状态下的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流进行抑制。

如图11所示，以开关电路402是二极管为例示意的抑制电路40，二极管的开关特性，使得在储能单元30在充电状态下二极管处于截止状态，所以在投入时刻主回路的电流只能从电阻元件401上通过，而当储能单元30处于放电状态下，二极管处于导通状态，电阻元件401被短路，在投入时刻主回路上的电流直接从二极管上流过。采用二极管实现开关电路，二极管属于无需控制，依靠电路中的电压切换开通和截止两种状态，具有开关速度快、开关时间特短的优势，从而使得可以快速且精准地控制电阻元件的投切状态，进而达到储能单元在充电和放电不同状态下的欠阻尼振荡的抑制更加精准的效果。

需要说明的是，开关电路为二极管的情况下，其连接时的正负极方向并不唯一，可根据需导通的电阻所在回路设置的二极管的位置以及二极管的正负极连接方向。另外，上述二极管只是一种举例，若开关电路采用的是没有方向性的开关时，则仅需考虑需导通的电阻所在回路来控制开关电路的导通和关断即可。

本申请实施例中在电阻元件旁并联开关电路，通过开关电路的开通和关断实现电阻元件在储能阀子模块中的是处于投入还是被切出，只有在投入到储能阀子模块中工作，才可实现对储能单元相应状态下投入时刻产生的的欠阻尼振荡的抑制，从而提高了储能阀子模块的欠阻尼振荡的抑制精准度。

以上是以电阻元件401中包括一个电阻和开关电路402中包括一个开关实现储能单元30充电和放电不同过程的欠阻尼振荡的精准抑制的实施例，还可以通过电阻元件401中多个电阻和开关电路402中包括多个开关实现储能单元30充电和放电不同过程的欠阻尼振荡的精准抑制。

则在一个实施例中，如图12所示，上述电阻元件401包括相互串联的第一电阻R1和第二电阻R2，开关电路402还包括第一开关D5和第二开关D6，第一开关D5与第一电阻R1并联，第二开关D6与第二电阻R2并联。在一些实施例中，第一开关D5和/或第二开关D6为二极管。

为便于说明，图12是以第一开关以二极管D5、第二开关以二极管D6，第一电阻以R1，第二电阻以R2为例进行的示意。需要说明的是，实际应用中，第一开关D5和第二开关D6同时为二极管，也可以是第一开关D5和第二开关D6中其中一个为二极管。

与上述原理相同，图12中，在储能单元30处于充电状态的情况下，一旦储能阀子模块被投入的时刻，第一开关D5反向截止，第二开关D6正向导通，主回路上的电流会经过第一电阻R1再经过第二开关D6，此情况下相当于只有第一电阻R1处于投入状态，而第二电阻R2是被切出的，所以第一电阻R1可以实现对储能单元30处于充电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流进行抑制。

在储能单元30处于放电状态的情况下，一旦储能阀子模块被投入的时刻，第一开关D5正向导通，第二开关D6反向截止，主回路上的电流会经过第二电阻R2再经过第一开关D5，此情况下相当于只有第二电阻R2处于投入状态，而第一电阻R1是被切出的，所以第二电阻R2可以实现对储能单元30处于放电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流进行抑制。

同样，本实施例中第一开关D5和第二开关D6以二极管示例时，其连接时的正负极方向并不唯一，可根据需导通的电阻所在回路设置的二极管的位置以及二极管的正负极连接方向。

基于上述工作过程，可以根据实际需求，例如，储能单元30处于充电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流程度大于储能单元30处于放电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流，设定对储能单元30处于充电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流进行较大程度的抑制，而对储能单元30处于放电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流的抑制程度可以较小。基于此，一种实施例中，第一电阻R1的阻值大于第二电阻R2的阻值，即电阻阻值越大，对欠阻尼振荡电流的抑制程度越强，这样通过设置第一电阻R1和第二电阻R2为不同的阻值实现对储能单元30处于充电状态和放电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流进行区别抑制，以提高对储能阀子模块的欠阻尼振荡的抑制精准度。

在一个实施例中，如图13所示，电阻元件401包括相互并联的第三电阻R3和第四电阻R4，开关电路402还包括第三开关D7和第四开关D8，第三开关D7与第三电阻R3串联，第四开关D8与第四电阻R4串联。在一些实施例中，第三开关D7和/或第四开关D8为二极管。

同样，为便于说明，图13中是以第三开关是二极管D7、第四开关是二极管D8，第三电阻是R3，第四电阻是R4为例进行的示意。

需要说明的是，图13中第二电阻R4还可以与第四开关D8位置互换，两种方式实质等同，且同上述一样，实际应用中，第三开关D7和第四开关D8同时为二极管，也可以是第三开关D7和第四开关D8中其中一个为二极管。自然地，在第三开关D7和第四开关D8为二极管的情况下，若第二电阻R4和第二开关D8位置互换，那么作为开关的二极管的正负极也随之可以改变连接方向，即本申请实施例中，第三开关D7和第四开关D8以二极管示例时其连接时的正负极方向并不唯一，可根据需导通的电阻所在回路设置的二极管的位置以及二极管的正负极连接方向。

与上述原理相同，图13中，在储能单元30处于充电状态的情况下，一旦储能阀子模块被投入的时刻，第三开关D7正向导通，第四开关D8反向截止，主回路上的电流会经过第三电阻R3再经过第三开关D7流出，此情况下相当于只有第三电阻R3处于投入状态，而第四电阻R4是被切出的，所以第三电阻R3可以实现对储能单元30处于充电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流进行抑制。

在储能单元30处于放电状态的情况下，一旦储能阀子模块被投入的时刻，第三开关D7反向截止，正向导通，主回路上的电流会经过第四开关D8再经过第四电阻R4流出，此情况下相当于只有第四电阻R4处于投入状态，而第三电阻R3是被切出的，所以第四电阻R4可以实现对储能单元30处于放电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流进行抑制。

基于上述工作过程，可以根据实际需求，例如，储能单元30处于充电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流程度大于储能单元30处于放电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流，设定对储能单元30处于充电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流进行较大程度的抑制，而对储能单元30处于放电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流的抑制程度可以较小。基于此，一种实施例中，第三电阻R3的阻值大于第四电阻R4的阻值，即电阻阻值越大，对欠阻尼振荡电流的抑制程度越强，这样通过设置第三电阻R3和第四电阻R4为不同的阻值实现对储能单元30处于充电状态和放电状态的投入时刻产生的欠阻尼振荡电流进行区别抑制，以提高对储能阀子模块的欠阻尼振荡的抑制精准度。

本申请实施例中在储能阀子模块中增加两个电阻，然后通过增加两个不同的开关分别控制该两个电阻在储能阀子模块中的投切状态，两个电阻在储能单元充电状态下或者在储能单元处于放电状态下仅会投入一个，在此基础上，两个电阻的阻值不同，使得在储能单元充电状态下或者在储能单元处于放电状态下所能够抑制的欠阻尼振荡程度都也不同，如此，使得储能单元在充电和放电不同状态下的欠阻尼振荡的抑制更加精准。

在对储能阀子模块中的第一电容20串联了抑制电路40后，由于抑制电路40中的电阻，会导致功率变换单元10中的IGBT关断时的过电压应力相应增加。其中，在同样的IGBT开关di/dt(单位时间内的关断电流变化率)值下，IGBT关断时的过电压U会按照U＝L*di/dt+i*R增加；其中，R表示电阻元件自身存在的阻值，L表示电阻元件自身存在的杂散电感。

基于此，本申请实施例通过在阻容支路旁整体并联一个第二电容来降低IGBT关断时刻的过电压应力。如图14所示，在一个实施例中，储能阀子模块还包括第二电容50，第二电容50与阻容支路并联。

需要说明的是，图14示意的第二电容50连接方式仅是一种示例。实际应用中，第二电容50既可以如图14示意的整体并联在功率变换单元10与阻容支路之间；也可以整体并联在阻容支路与储能单元30之间。当然，若阻容支路是按照前述图5所示的方式并联在储能单元30后面，那第二电容50还可以在图5示意图基础上整体并联在阻容支路后面，或者，储能单元30与阻容支路之间。

在一个实施例中，第二电容50包括缓冲电容，即第二电容50在储能阀子模块中的功能主要是用来缓冲储能阀子模块在投入时刻的电流中的高频电流，使得IGBT关断时刻的关断电流变化率降低，从而降低IGBT关断时刻的过电压应力。

在一个实施例中，第二电容50的容值小于第一电容20的容值。

通过设置第二电容50的容值远小于第一电容20的容值，使得在储能阀子模块投入时刻，第二电容50通高频电流和第一电容20通高频电流之间也进行了一定区分，比如，第二电容50主要通电流中的高频分量，第一电容20主要通过电流中低频分量。

在实际应用中，第二电容50的容值在确定时，其确定过程可以通过电路仿真实现，在仿真时不仅需要考虑IGBT关断时刻的过电压能力，还需考虑第二电容50的容值过大时是否会加剧储能阀子模块的欠阻尼振荡程度，因此需要将第二电容50的容值设定到不与储能阀子模块中其他器件产生欠阻尼振荡的范围内。

在一些实施例中，该第二电容50的电容容值可以为次mF级。例如，第二电容50的容值范围包括10uF～300uF。又例如，在第二电容50是缓冲电容情况下，缓冲电容的容值范围包括10uF～300uF。其中，该容值范围可以是在高压直挂场景下的取值范围，在第二电容50以该范围取值的情况下，可以使得降低IGBT关断时刻的过电压应力的同时，降低了对储能阀子模块整体拓扑产生的额外影响。

其中，本申请实施例中，第二电容50(以缓冲电容为例)的数量可以是一个缓冲电容，也可以是N个缓冲电容的并联组合，N可以是大于或等于1的正整数，例如，2、3、5、8、10、20、50、100等等，本申请实施例对缓冲电容的具体数量不作限定。

本申请实施例中，通过在阻容支路旁整体并联一个第二电容，使得可以降低IGBT关断时刻的过电压应力，降低了IGBT因为过电压应力过大而发生失效的风险，从而增加了IGBT的工作可靠性，进一步增加了储能阀子模块的工作可靠性。

示例地，第一电容20是直流支撑电容，第二电容50是缓冲电容，则缓冲电容的容值小于直流支撑电容的容值。这样，通过设置缓冲电容的容值小于直流支撑电容的容值，使得在储能阀子模块投入时刻，缓冲电容通高频电流和直流支撑电容通高频电流之间也进行了一定区分。且因为缓冲电容的容值远小于直流支撑电容的容值，降低了因缓冲电容的容值过大加剧储能阀子模块的欠阻尼振荡程度，使得在降低功率变换单元中功率器件关断时刻的过电压应力的同时减小了产生额外影响的风险，从而增加了储能阀子模块的工作可靠性。

且，该储能阀子模块中包括的缓冲电容与阻容支路并联。这样，通过在阻容支路旁整体并联一个缓冲电容，使得可以降低功率变换单元中功率器件关断时刻的过电压应力，如此，降低了功率变换单元中功率器件因为过电压应力过大而发生失效的风险，从而增加了功率变换单元中功率器件的工作可靠性，进一步增加了储能阀子模块的工作可靠 性。

上述实施例中是通过并联第二电容50来降低IGBT关断时刻的过电压应力，但实际应用中，在储能阀子模块中接入抑制电路40后，由于抑制电路40的电阻值会使得IGBT存在较大的关断过电压，仅靠第二电容50可能无法完全抵消IGBT关断过电压应力。因此，本申请实施例还提供一种方式可以实现降低IGBT关断di/dt，从而进一步降低IGBT的关断过电压，使得可以降低IGBT因过电压应力过大而发生失效的风险。

具体地，储能阀子模块的功率变换单元10的是以IGBT实现的，结合前面实施例的说明可知，每个功率变换单元10中的IGBT的栅极都是连接有驱动电路的，通过驱动电路驱动IGBT的开通和关断。在一些实施例中，驱动电路中驱动器件的参数值与IGBT的关断电流变化率成反相关。即本申请实施例可以通过增加驱动器件的参数值来实现降低IGBT关断di/dt(即关断电流变化率)。

如图15所示，图15为一种IGBT驱动电路示意图。为清楚说明，图15中仅示出了其中一个IGBT连接驱动电路的示意图。图15中，Rgon表示门极开通电阻，Rgoff表示门极关断电路，Cg表示门极电容，通过Rgon、Rgoff、二极管D1和D2，以及门极电容Cg实现对IGBT的开通和关断。

鉴于是需要降低IGBT关断时的di/dt，因此，一种实施例中上述增加驱动器件的参数值可以是增大门极关断电阻Rgoff的阻值，和/或，增加门极电容Cg的容值，即对门极关断电阻Rgoff和门极电容Cg两者中任一个参数值进行增加，也可以是两个都增加等，均可实现降低IGBT关断时的di/dt。

实际应用中，在计算具体需要对门极关断电阻Rgoff和门极电容Cg增加的具体值时可以基于IGBT规格来确定，不同的IGBT规格下IGBT的电压电流等级不同，那么且驱动电路中驱动器件的参数值需要调整的幅度也是不同的，因此需结合实际情况来进行调整。

例如，以IGBT电压电流等级为4.5kV/3kA为例，在此情况下，对于柔直工程场景，可以通过调整驱动器件的参数值，使得IGBT关断时的di/dt达到5000A/μs，而在高压直挂储能系统场景，可以通过调整驱动器件的参数值，使得该储能阀子模块的IGBT关断时的di/dt降低到3000A/μs。通过将储能阀子模块的IGBT关断时的di/dt降低到3000A/μs，可以有效降低IGBT的关断过电压。

本申请实施例中通过功率变换单元中功率器件的关断电流变化率和功率器件的驱动电路中驱动器件的参数值成反相关的特性，可以实现降低功率变换单元中功率器件的关断电流变化率，从而使得进一步降低功率变换单元中功率器件的关断过电压，如此，大幅降低了功率变换单元中功率器件因过电压应力过大而发生失效的问题，增加了功率变换单元的工作可靠性。

实际应用中，一旦在储能阀子模块中加入抑制电路40，因抑制电路40的电阻特性会对整个储能阀子模块带来额外的欧姆发热损耗，基于此，可以通过调整储能阀子模块的投切开关频率来降低该抑制电路40对储能阀子模块带来的发热损耗。

在一个实施例中，储能阀子模块的投切开关频率与抑制电路产生的能量损耗成正相关。

假设储能阀子模块在高压直挂储能系统中单次投切时，抑制电路40的电阻产生的能量损耗为E，储能阀子模块的等效投切开关频率为f,那么抑制电路40的电阻的发热功率P≈f*E。即投切开关频率f越高，抑制电路40的电阻产生的能量损耗E越大，使得应该投切开关频率与抑制电路产生的能量损耗成正相关。

基于以上储能阀子模块的等效投切开关频率与抑制电路产生的能量损耗之间关系，可以根据储能阀子模块的具体抑制电路40的电阻产生的能量损耗值，设置等效投切开关频率的取值。例如，在柔性直流实际工程中，可以设置换流阀f的取值为100Hz-200Hz-左右；而在直流直挂储能阀应用中，可以设置开关频率f的取值在50Hz-150Hz之间。

需要说明的是，以上储能阀子模块的等效投切开关频率的取值仅是一种示例，实际应用中，在满足高压直挂储能系统运行需求的前提下，等效投切开关频率尽量设置为系统可接受的开关频率的较小值，即可以通过尽量降低系统投切开关频率实现优化高压直挂储能系统的损耗。

本申请实施例通过上述储能阀子模块的投切开关频率与抑制电路产生的能量损耗成正相关的特性，设定储能阀子模块在高压直挂储能系统中单次投切时等效投切开关频率，使得可以以较低的等效投切开关频率对储能阀子模块进行投切，从而降低了储能阀子模块的损耗，提高了储能阀子模块应用的经济性与安全性。

在一个实施例中，如图16所示，储能阀子模块还包括旁路电路60，旁路电路60与储能阀子模块并联。

请继续参见图16，在储能阀子模块的两个端口S1和S2与功率变换单元10之间配备旁路电路60，使得在储能阀子模块存在故障的情况下，或者，储能阀子模块可能会存在故障的情况下，通过该旁路电路60能够将储能阀子模块切出高压直挂储能系统。

例如，在高压直挂储能系统产生过电压时，通过该旁路电路60可以便捷且及时地将储能阀子模块从高压直挂储能系统中暂时切除，使得储能阀子模块因高压直挂式储能系统产生的过电压发生故障的概率大幅降低，从而提高了高压直挂储能系统的运行稳定性和安全性。

在一些实施例中，旁路电路60可以是旁路开关，在一些实施例中，该旁路开关可以是不限于是机械旁路开关或半导体器件旁路开关。

在储能阀子模块存在故障的情况下，主回路上的电流从S1端口进入，此时该旁路开关闭合，电流则经过该旁路开关从S2端口流出，将整个储能阀子模块完全短路从而完全将储能阀子模块切出高压直挂储能系统。

本申请实施例中，通过在储能阀子模块接入高压直挂储能系统主回路的端口之间设置旁路电路，使得可以在储能阀子模块存在故障的情况下，将储能阀子模块切出高压直挂储能系统，提高了高压直挂储能系统的运行稳定性和安全性。

此外，本申请实施例还提供一种高压直挂储能系统，该高压直挂储能系统包括上述任一实施例中提供的储能阀子模块。

本申请实施例中的高压直挂储能系统可以包括直流式高压直挂式储能系统，也可以包括交流式高压直挂式储能系统。其中上述图1所示的为交流式高压直挂式储能系统的其中一种示例图。

由于本申请实施例提供的储能阀子模块可以抑制在投切模式切换时刻产生的欠阻尼振荡电力，具有较高的可靠性，使得采用本申请实施例中的储能阀子模块构建的高压直挂储能系统也具有较高的可靠性。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (21)

1. 一种储能阀子模块，其中，所述储能阀子模块包括功率变换单元、第一电容、抑制电路和储能单元，所述抑制电路与所述第一电容串联构成阻容支路，所述阻容支路分别与所述功率变换单元和所述储能单元并联。
2. 根据权利要求1所述的储能阀子模块，其中，所述抑制电路包括电阻元件。
3. 根据权利要求2所述的储能阀子模块，其中，所述抑制电路还包括开关电路，所述开关电路用于控制所述电阻元件的投切状态。
4. 根据权利要求3所述的储能阀子模块，其中，所述开关电路与所述电阻元件并联。
5. 根据权利要求3所述的储能阀子模块，其中，所述电阻元件包括相互串联的第一电阻和第二电阻，所述开关电路还包括第一开关和第二开关，所述第一开关与所述第一电阻并联，所述第二开关与所述第二电阻并联。
6. 根据权利要求5所述的储能阀子模块，其中，所述第一开关和/或所述第二开关为二极管。
7. 根据权利要求5所述的储能阀子模块，其中，所述第一电阻的阻值大于所述第二电阻的阻值。
8. 根据权利要求3所述的储能阀子模块，其中，所述电阻元件包括相互并联的第三电阻和第四电阻，所述开关电路还包括第三开关和第四开关，所述第三开关与所述第三电阻串联，所述第四开关与所述第四电阻串联。
9. 根据权利要求8所述的储能阀子模块，其中，所述第三开关和/或所述第四开关为二极管。
10. 根据权利要求8所述的储能阀子模块，其中，所述第三电阻的阻值大于所述第四电阻的阻值。
11. 根据权利要求2-10任一项所述的储能阀子模块，其中，所述电阻元件的阻值范围包括10mΩ-500mΩ。
12. 根据权利要求1-11任一项所述的储能阀子模块，其中，所述储能阀子模块还包括第二电容，所述第二电容与所述阻容支路并联。
13. 根据权利要求12所述的储能阀子模块，其中，所述第二电容包括缓冲电容。
14. 根据权利要求12所述的储能阀子模块，其中，所述第二电容的容值小于所述第一电容的容值。
15. 根据权利要求12所述的储能阀子模块，其中，所述第二电容的容值范围包括10uF～300uF。
16. 根据权利要求1-15任一项所述的储能阀子模块，其中，所述第一电容包括直流支撑电容。
17. 根据权利要求1-16任一项所述的储能阀子模块，其中，所述储能阀子模块还包括旁路电路，所述旁路电路与所述储能阀子模块并联。
18. 根据权利要求1-17任一项所述的储能阀子模块，其中，所述储能阀子模块的投切开关频率与所述抑制电路产生的能量损耗成正相关。
19. 根据权利要求1-18任一项所述的储能阀子模块，其中，所述功率变换单元中功率器件的关断电流变化率和所述功率器件的驱动电路中驱动器件的参数值成反相关。
20. 根据权利要求19所述的储能阀子模块，其中，所述驱动器件的参数值包括所述驱动电路中门极关断电阻的电阻值，和/或，所述驱动电路中门极电容的容值。
21. 一种高压直挂储能系统，其中，所述高压直挂储能系统包括权利要求1-20任一项所述的储能阀子模块。