一种基于谐振去磁的双向正激电池储能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于谐振去磁的双向正激电池储能系统，包括电池单元，由串联的多组电池模块组成；并网主功率变换器用于控制电池单元的主电流，并网主功率变换器与电池单元并联，且接入三相交流电网；以及隔离型正激变换器单元，由多个结构相同的隔离型正激变换器串联组成，分别与每组电池模块对应连接并分别进行闭环独立电流控制，用于控制每组电池模块的充放电电流与主电流的差值。本发明专利技术通过并网主功率变换器和隔离型正激变换器单元实现对电池模块的差异电流部分进行独立控制，而无需对全部电池电流进行独立控制，且利用正激电路自身的结构特点完成去磁要求，结构简单，减少设计成本和灵活实现双向工作，提高电池模块的能量利用率。

A two way positive battery energy storage system based on resonance degaussing

The invention discloses a two-way forward storage battery based on the magnetic resonance to the system, including the battery unit, composed of multiple sets of series connected battery module; main power converter for the main battery current control unit, main power grid connected converter and battery units in parallel, and connected into a three-phase AC power grid; and isolation type of forward converter unit is composed of a plurality of identical structure isolated forward converter series, respectively, and each battery module connected to the corresponding closed-loop current control were independent, for the difference of charge discharge current and main current control of each battery module. The present invention by grid main power converter and isolated forward converter unit to realize part of the difference current on the battery module independent control, without independent control of the whole cell current, and the structure characteristics of forward circuit to complete its magnetic requirements, simple structure, reduce design cost and flexible two-way work and improve the utilization rate of energy of the battery module.

【技术实现步骤摘要】
一种基于谐振去磁的双向正激电池储能系统
本专利技术涉及储能系统领域以及电力电子变换器领域，具体涉及一种基于谐振去磁的双向正激电池储能系统。
技术介绍
近年来，风能、太阳能等新能源发电在我国电力系统中所占比例逐渐上升，由于新能源发电具有间歇性和波动性的特点，导致了在新能源发电并入电网之后，对并网造成诸多不利的影响，而电池储能系统因具有平滑间歇性电源功率波动，成为应对挑战的最佳技术之一，能够提高整个电网的能量利用率。现有的模块化电池储能系统通常采用全功率独立控制型柔性成组储能系统，不论模块电池电流差异的大小，电池模块的全部充放电电流都要流过各自的变流器开关器件，造成器件电流应力大，导通损耗大等功率损耗，特别是在系统容量增加到较大基数时，问题更加突出。考虑到现阶段各电池模块容量基本在一定范围内波动，即使是梯次利用电池，容量差异也不会太大，没有必要对全部电池的电流进行独立控制。因此，提出了一种更加高效、经济、安全的电池模块部分功率独立电流控制的柔性成组储能系统，仅利用自身结构的特点完成去磁要求，减少元器件的消耗，拓扑结构设计简单，减小变流器的损耗和成本，以提高电池模块的能量利用率。
技术实现思路
鉴于以上问题，本专利技术的目的是提供一种基于谐振去磁的双向正激电池储能系统，以解决现有全功率模块化柔性成组系统中，开关器件流过电池模块的全部充放电电流而导致器件电流应力大、成本高，同时也采用谐振技术完成相应的去磁要求。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种基于谐振去磁的双向正激电池储能系统，所述的双向正激电池储能系统包括：电池单元，所述的电池单元包括串联的若干组电池模块；并网主功率变换器，与所述的电池单元并联，所述的并网主功率变换器用于控制所述的电池单元的主电流，且并网主功率变换器接入三相交流电网，其中，主电流是指所有电池模块电流的相同部分；以及隔离型正激变换器单元，与电池模块一一对应连接，用于对各组电池模块的充放电电流与主电流的差值进行独立闭环控制，其中，充放电电流与主电流的差值优选为主电流的5％-20％，以适应不同电池模块之间存在的差异，使每个电池模块都能工作在最佳状态；其中，所述的隔离型正激变换器单元采用正激电路结构，利用自身分布参数完成正激电路的去磁要求，实现双向控制；所述的隔离型正激变换器单元利用多个原边变换器串联的形式接入所述的并网主功率变换器的直流侧电压，原边绕组与副边绕组的变比约为1，简化变压器设计的复杂性；所述的隔离型正激变换器单元通过引入PWM控制策略对各电池模块的充放电电流与主电流的差值进行独立闭环控制，其中，PWM控制开关管的占空比产生的方式包括电压型和峰值电流中的一种；其中，所述的并网主功率变换器和所述的隔离型正激变换器单元分别对主电流和差异电流控制，从而实现对电池模块充放电电流的独立控制，提高电池模块的能量利用率。进一步地，所述的并网主功率变换器采用传统储能并网逆变器结构，包括：第一电容器，与所述的电池单元并联；以及第一开关管Q1至第六开关管Q6，所述的第一开关管Q1至所述的第六开关管Q6的每个开关管分别反并联一个第一二极管，第一开关管Q1的第一端连接在第一电感器的第一端，而第一开关管Q1的第二端连接在电池单元的正极；第二开关管Q2的第二端连接在第一电感器的第一端，而第二开关管Q2的第一端连接在电池单元的负极；第三开关管Q3的第一端连接在第二电感器的第一端，而第三开关管Q3的第二端连接在电池单元的正极；第四开关管Q4的第二端连接在第二电感器的第一端，而第四开关管Q4的第一端连接在电池单元的负极；第五开关管Q5的第一端连接在第三电感器的第一端，而第五开关管Q5的第二端连接在电池单元的正极；第六开关管Q6的第二端连接在第三电感器的第一端，而第六开关管Q6的第一端连接在电池单元的负极，第一电感器、第二电感器和第三电感器的第二端分别接入三相交流电网的一相Ua、Ub、Uc。进一步地，所述的第一开关管Q1至所述的第六开关管Q6是绝缘栅双极晶体管或者金属-氧化物半导体场效应晶体管，所述的第一开关管Q1至所述的第六开关管Q6的第一端是绝缘栅双极晶体管的发射极端子或者金属-氧化物半导体场效应晶体管的源集端子，所述的第一开关管Q1至所述的第六开关管Q6的第二端是绝缘栅双极晶体管的集电极端子或者金属-氧化物半导体场效应晶体管的的漏极端子。进一步地，所述的矢量控制为正弦脉宽调制和空间矢量脉宽调制中的一种。进一步地，所述的隔离型正激变换器单元采用双向隔离DC-DC变换器，包括：多个高频隔离变压器，所述的高频隔离变压器包括一个初级绕组W1和一个次级绕组W2；多个原边变换器，与所述的初级绕组W1连接，且所述的原边变换器采用串联形式连接；以及多个副边变换器，与所述的次级绕W2和每组电池模块对应连接，实现对各组电池模块的充放电电流与主电流的差值的独立闭环控制。进一步地，所述的原边变换器包括：第七开关管Q7，所述的第七开关管Q7反并联一个第一二极管220，所述的第七开关管Q7的第一端连接在初级绕组W1的第二端子，所述的第七开关管Q7的第二端连接在下一个隔离型正激变换器单元的原边电容器的一端；第一等效电容，所述的第一等效电容与所述的第七开关管Q7并联，所述的第一等效电容包括第七开关管Q7的漏-源极结电容和并联在其两端的外电容之和，以及第二电容器，所述的第二电容器的连接在电池单元的正极和下一隔离型正激变换器单元的原边电容器的一端。进一步地，所述的第七开关管Q7是绝缘栅双极晶体管或金属-氧化物半导体场效应晶体管，所述的第七开关管Q7的第一端是绝缘栅双极晶体管的集电极端子或金属-氧化物半导体场效应晶体管的漏极端子，所述的第七开关管Q7的第二端是绝缘栅双极晶体管的发射极端子或金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极端子。进一步地，所述的副边变换器包括：第三电容器，与电池模块并联；第八开关管Q8和第九开关管Q9，所述的第八开关管Q8和所述的第九开关管Q9分别反并联一个第一二极管，所述的第八开关管Q8的第一端连接在次级绕组W2的第二端子，所述的第八开关管Q8的第二端通过第三电容器连接在电池模块的负极，所述的第九开关管Q9的第一端连接在第四电感器的一端，所述的第九开关管Q9的第二端连接在次级绕组W2的第一端子和电池模块的负极，所述的第四电感器的另一端连接在电池模块的正极，以及第二等效电容和第三等效电容，所述的第二等效电容与第八开关管并联，所述的第二等效电容包括第八开关管Q8的漏-源极结电容和并联在其两端的外电容之和，所述的第三等效电容与第九开关管Q9并联，所述的第三等效电容包括第九开关管Q9的漏-源极结电容和并联在其两端的外电容之和。进一步地，所述的第八开关管Q8和所述的第九开关管Q9是绝缘栅双极晶体管或金属-氧化物半导体场效应晶体管，所述的第八开关管Q8和所述的第九开关管Q9的第一端是绝缘栅双极晶体管的集电极端子或金属-氧化物半导体场效应晶体管的漏极端子，所述的第八开关管Q8和所述的第九开关管Q9的第二端是绝缘栅双极晶体管的发射极端子或金属-氧化物半导体场效应晶体管的源极端子。进一步地，所述的电池模块为低压电池模块或电池单体，包括新生产的锂离子电池模块、铅酸电池模块、超级电容器模块、镍氢电池模块和退运电池。本专利技术相对于现有技术具有如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于谐振去磁的双向正激电池储能系统，其特征在于，所述的双向正激电池储能系统包括：电池单元，所述的电池单元包括串联的若干组电池模块；并网主功率变换器，与所述的电池单元并联，所述的并网主功率变换器用于控制所述的电池单元的主电流，且并网主功率变换器接入三相交流电网，其中，主电流是指所有电池模块电流的相同部分；以及隔离型正激变换器单元，与电池模块一一对应连接，用于对各组电池模块的充放电电流与主电流的差值进行独立闭环控制，其中，充放电电流与主电流的差值优选为主电流的5％‑20％，以适应不同电池模块之间存在的差异，使每个电池模块都能工作在最佳状态；其中，所述的隔离型正激变换器单元采用正激电路结构，利用自身分布参数完成正激电路的去磁要求，实现双向控制；所述的隔离型正激变换器单元利用多个原边变换器串联的形式接入所述的并网主功率变换器的直流侧电压，原边绕组与副边绕组的变比约为1，简化变压器设计的复杂性；所述的隔离型正激变换器单元通过引入PWM控制策略对各电池模块的充放电电流与主电流的差值进行独立闭环控制，其中，PWM控制开关管的占空比产生的方式包括电压型和峰值电流中的一种；其中，所述的并网主功率变换器和所述的隔离型正激变换器单元分别对主电流和差异电流控制，从而实现对电池模块充放电电流的独立控制，提高电池模块的能量利用率。...

【技术特征摘要】
1.一种基于谐振去磁的双向正激电池储能系统，其特征在于，所述的双向正激电池储能系统包括：电池单元，所述的电池单元包括串联的若干组电池模块；并网主功率变换器，与所述的电池单元并联，所述的并网主功率变换器用于控制所述的电池单元的主电流，且并网主功率变换器接入三相交流电网，其中，主电流是指所有电池模块电流的相同部分；以及隔离型正激变换器单元，与电池模块一一对应连接，用于对各组电池模块的充放电电流与主电流的差值进行独立闭环控制，其中，充放电电流与主电流的差值优选为主电流的5％-20％，以适应不同电池模块之间存在的差异，使每个电池模块都能工作在最佳状态；其中，所述的隔离型正激变换器单元采用正激电路结构，利用自身分布参数完成正激电路的去磁要求，实现双向控制；所述的隔离型正激变换器单元利用多个原边变换器串联的形式接入所述的并网主功率变换器的直流侧电压，原边绕组与副边绕组的变比约为1，简化变压器设计的复杂性；所述的隔离型正激变换器单元通过引入PWM控制策略对各电池模块的充放电电流与主电流的差值进行独立闭环控制，其中，PWM控制开关管的占空比产生的方式包括电压型和峰值电流中的一种；其中，所述的并网主功率变换器和所述的隔离型正激变换器单元分别对主电流和差异电流控制，从而实现对电池模块充放电电流的独立控制，提高电池模块的能量利用率。2.根据权利要求1所述的一种基于谐振去磁的双向正激电池储能系统，其特征在于，所述的并网主功率变换器采用传统储能并网逆变器结构，包括：第一电容器，与所述的电池单元并联；以及第一开关管Q1至第六开关管Q6，所述的第一开关管Q1至所述的第六开关管Q6的每个开关管分别反并联一个第一二极管，第一开关管Q1的第一端连接在第一电感器的第一端，而第一开关管Q1的第二端连接在电池单元的正极；第二开关管Q2的第二端连接在第一电感器的第一端，而第二开关管Q2的第一端连接在电池单元的负极；第三开关管Q3的第一端连接在第二电感器的第一端，而第三开关管Q3的第二端连接在电池单元的正极；第四开关管Q4的第二端连接在第二电感器的第一端，而第四开关管Q4的第一端连接在电池单元的负极；第五开关管Q5的第一端连接在第三电感器的第一端，而第五开关管Q5的第二端连接在电池单元的正极；第六开关管Q6的第二端连接在第三电感器的第一端，而第六开关管Q6的第一端连接在电池单元的负极，第一电感器、第二电感器和第三电感器的第二端分别接入三相交流电网的一相Ua、Ub、Uc。3.根据权利要求2所述的一种基于谐振去磁的双向正激电池储能系统，其特征在于，所述的第一开关管Q1至所述的第六开关管Q6是绝缘栅双极晶体管或者金属-氧化物半导体场效应晶体管，所述的第一开关管Q1至所述的第六开关管Q6的第一端是绝缘栅双极晶体管的发射极端子或者金属-氧化物半导体场效应晶体管的源集端子，所述的第一开关管Q1至所述的第六开关管Q6的第二端是绝缘栅双极晶体管的集电极端子或者金属-氧化物半导体场效应晶体管的的漏极端子。4.根据权利要求1所述的一种基于谐振去磁的双向正激电池储能系统，其特征在于，所述的矢量控制为正弦脉宽调制和空间矢量脉宽调制中的一种。5.根据权利要求1所述的一种基于谐振去磁的双向正...

【专利技术属性】
技术研发人员：康龙云，吴璟玥，冯元彬，王则沣，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44