储能变流器及其主电路拓扑结构以及均衡控制方法技术

本发明专利技术涉及储能变流器及其主电路拓扑结构以及均衡控制方法，储能变流器主电路拓扑结构中的各开关模块与各储能电池模块一一对应，开关模块包括第一控制开关和第二控制开关，各开关模块的第二控制开关串联设置以构成一条串联线路，该串联线路连接AC/DC变换模块的直流侧，各储能电池模块与对应的第二控制开关并联连接，各储能电池模块与对应的第二控制开关之间的连接线路上串设有对应的第一控制开关。根据储能电池模块的电压与电压平均值的差异判断是否进行充电均衡控制策略或者放电均衡控制策略。通过对储能电池模块的串联级联，结合储能电池模块自身的均衡需求，共同实现电池组的均衡控制，提高了储能电池模块的利用率，延长了使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
储能变流器及其主电路拓扑结构以及均衡控制方法
本专利技术涉及储能变流器及其主电路拓扑结构以及均衡控制方法。
技术介绍
储能变流器：与储能电池组配套，连接于电池组与电网之间，把电网电能存入电池组或将电池组能量回馈到电网的装置，主要由双向功率变流器及其控制系统组成。储能技术是近年来国外储能系统在电力系统中的应用和研究的热点之一，许多发达国家都十分重视储能技术的研究。储能技术可以解决新能源发电、电动汽车充电的随机性、波动性问题，可以实现新能源发电的平滑输出，有效调节新能源发电和电动汽车充电引起的电网电压、频率及相位的变化，使大规模风电及太阳能发电方便可靠地并入常规电网；可以实现智能电网的削峰填谷以及区域能量管理，节约电网建设及后备容量投资，节能减排。储能变流器作为一个连接储能电池与电网的转换装置，经过多年的工程实践，其并入电网所需的功能已十分完善。但与储能电池对接却并不智能，储能变流器对储能电池的电压等级有严格的范围约束，一旦储能电池出现馈电，再次使用将十分困难。且储能变流器在充放电过程中，无法全面的顾及储能电池自身的均衡性，对储能电池的均衡带来不利因素。那么如何高效可靠的实现对储能电池的利用就变得十分重要。授权公告号为CN103219899B的中国专利文件公开了一种混合型储能变流装置及其运行控制方法，储能变流装置的主电路采用AC/DC和DC/DC的两级变换拓扑结构，在电池充放电的策略上通常有以下措施：1)采用恒功率、恒流控制、恒压控制等控制策略对不同的储能电池进行不同模式的充电方式；2)通过对BMS传递的最大允许充放电功率以及最大允许充放电电流来对电池的充放电进行保护性充放电逻辑。然而，两级变换的能量转换效率较低，多采用一级变换的主电路拓扑。一级变换拓扑由于受交流电压的限制，对直流侧电池电压的范围进行了严格的限制。因此，现有的拓扑结构的缺点有：1)储能变流器只针对电池端口电压进行控制，无法对电池组内部的电压不平衡进行合理的控制，长时间运行会加剧电池组内部的不平衡性；2)两级变换电路拓扑虽然能实现电池电压范围的宽松性，但能量转换效率却相对较低，而一级变换电路拓扑则在电池电压范围上很难突破。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种储能变流器，用以解决现有的储能变流器拓扑结构无法对电池组内部的电压不平衡进行合理的均衡控制的问题。本专利技术同时提供一种储能变流器主电路拓扑结构以及一种储能变流器均衡控制方法。为实现上述目的，本专利技术包括以下技术方案。变流器方案一：本方案提供一种储能变流器，包括储能电池组和主电路拓扑结构，所述储能电池组包括至少两个储能电池模块，所述主电路拓扑结构包括AC/DC变换模块，所述AC/DC变换模块的交流侧用于连接交流电网，所述主电路拓扑结构还包括至少两个开关模块，各开关模块与各储能电池模块一一对应，所述开关模块包括第一控制开关和第二控制开关，各开关模块的第二控制开关串联设置以构成一条串联线路，所述串联线路连接所述AC/DC变换模块的直流侧，各储能电池模块与对应的第二控制开关并联连接，各储能电池模块与对应的第二控制开关之间的连接线路上串设有对应的第一控制开关。本方案提供的储能变流器中，各储能电池模块对应有开关模块，储能变流器在正常工作时，各开关模块中的第一控制开关处于导通状态，第二控制开关处于关断状态，各储能电池模块通过各第一控制开关串联设置；当某一个储能电池模块不满足正常运行的条件时，即当整个电池组内部的电压不平衡时，控制该储能电池模块对应的第一控制开关关断，且第二控制开关导通，那么，该储能电池模块处于开路状态，对于整个电池组而言，该储能电池模块被旁路掉，就无法对该储能电池模块进行充电，或者该储能电池模块就无法向外放电，实现电池组的均衡控制。比如：当该储能电池模块的电压较高，且电池组处于充电状态时，控制该储能电池模块对应的第一控制开关关断，第二控制开关导通，该储能电池模块无法进行充电，由于其他的储能电池模块正常充电，那么，该储能电池模块的电压与其他储能电池模块的电压之间的差值变得越来越小，实现整个电池组的均衡控制，同理，当该储能电池模块的电压较低，且电池组处于放电状态时，控制该储能电池模块对应的第一控制开关关断，第二控制开关导通，该储能电池模块无法进行放电，由于其他的储能电池模块正常放电，那么，该储能电池模块的电压与其他储能电池模块的电压之间的差值变得越来越小，实现整个电池组的均衡控制。因此，通过对储能电池模块的串联级联，结合储能电池模块自身的均衡需求，共同实现电池组的均衡控制，同时实现了储能变流器对储能电池模块的在线均衡能力，提高了储能电池模块的利用率，延长了电池组的使用寿命；提高了电池组的可维护性，实现了无需拆卸电池箱即可完成电池组维护的便利。另外，针对储能变流器对电池内部均流的不可控性进行弥补，通过该电路拓扑使电池的均流控制不再只是电池内部的小范围均流，而是实现了整个电池组的均流控制；并且，通过对电路拓扑的控制，可在一级变换结构的基础上，组合实现两级变换结构的功能，实现低电压范围的降容降效率运行，提高了储能变流器对电池电压范围的适应能力。变流器方案二：在变流器方案一的基础上，各第一控制开关设置在对应的储能电池模块的正极与对应的第二控制开关之间的连接线路上。变流器方案三：在变流器方案一或二的基础上，所述AC/DC变换模块为三电平AC/DC变换电路，所述AC/DC变换模块包括三条桥臂和一条电容支路，各条桥臂上串设有第一功率模块和第二功率模块，第一功率模块和第二功率模块均由两个功率器件串联构成，各条桥臂上的第一功率模块和第二功率模块之间的连接点用于连接交流电网，所述电容支路设置在所述AC/DC变换模块的直流侧，所述电容支路由第一电容模块和第二电容模块串联构成，所述第一电容模块和第二电容模块之间的连接点分别通过二极管连接各条桥臂上的第一功率模块中的两个功率器件的连接点和第二功率模块中的两个功率器件的连接点。变流器方案四：在变流器方案一或二的基础上，各开关模块的第一控制开关和第二控制开关均为IGBT。主电路拓扑结构方案一：本方案提供一种储能变流器主电路拓扑结构，包括AC/DC变换模块，所述AC/DC变换模块的交流侧用于连接交流电网，所述主电路拓扑结构还包括至少两个开关模块，各开关模块与各储能电池模块一一对应，所述开关模块包括第一控制开关和第二控制开关，各开关模块的第二控制开关串联设置以构成一条串联线路，所述串联线路连接所述AC/DC变换模块的直流侧，各第二控制开关用于与对应的储能电池模块并联连接，各第一控制开关用于串设在对应的储能电池模块与对应的第二控制开关之间的连接线路上。主电路拓扑结构方案二：在主电路拓扑结构方案一的基础上，各第一控制开关设置在对应的储能电池模块的正极与对应的第二控制开关之间的连接线路上。主电路拓扑结构方案三：在主电路拓扑结构方案一或二的基础上，所述AC/DC变换模块为三电平AC/DC变换电路，所述AC/DC变换模块包括三条桥臂和一条电容支路，各条桥臂上串设有第一功率模块和第二功率模块，第一功率模块和第二功率模块均由两个功率器件串联构成，各条桥臂上的第一功率模块和第二功率模块之间的连接点用于连接交流电网，所述电容支路设置在所述AC/DC变换模块的直流侧，所述电容支路由第一电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种储能变流器，包括储能电池组和主电路拓扑结构，所述储能电池组包括至少两个储能电池模块，所述主电路拓扑结构包括AC/DC变换模块，所述AC/DC变换模块的交流侧用于连接交流电网，其特征在于，所述主电路拓扑结构还包括至少两个开关模块，各开关模块与各储能电池模块一一对应，所述开关模块包括第一控制开关和第二控制开关，各开关模块的第二控制开关串联设置以构成一条串联线路，所述串联线路连接所述AC/DC变换模块的直流侧，各储能电池模块与对应的第二控制开关并联连接，各储能电池模块与对应的第二控制开关之间的连接线路上串设有对应的第一控制开关。

【技术特征摘要】
1.一种储能变流器，包括储能电池组和主电路拓扑结构，所述储能电池组包括至少两个储能电池模块，所述主电路拓扑结构包括AC/DC变换模块，所述AC/DC变换模块的交流侧用于连接交流电网，其特征在于，所述主电路拓扑结构还包括至少两个开关模块，各开关模块与各储能电池模块一一对应，所述开关模块包括第一控制开关和第二控制开关，各开关模块的第二控制开关串联设置以构成一条串联线路，所述串联线路连接所述AC/DC变换模块的直流侧，各储能电池模块与对应的第二控制开关并联连接，各储能电池模块与对应的第二控制开关之间的连接线路上串设有对应的第一控制开关。2.根据权利要求1所述的储能变流器，其特征在于，所述AC/DC变换模块为三电平AC/DC变换电路，所述AC/DC变换模块包括三条桥臂和一条电容支路，各条桥臂上串设有第一功率模块和第二功率模块，第一功率模块和第二功率模块均由两个功率器件串联构成，各条桥臂上的第一功率模块和第二功率模块之间的连接点用于连接交流电网，所述电容支路设置在所述AC/DC变换模块的直流侧，所述电容支路由第一电容模块和第二电容模块串联构成，所述第一电容模块和第二电容模块之间的连接点分别通过二极管连接各条桥臂上的第一功率模块中的两个功率器件的连接点和第二功率模块中的两个功率器件的连接点。3.一种储能变流器主电路拓扑结构，包括AC/DC变换模块，所述AC/DC变换模块的交流侧用于连接交流电网，其特征在于，所述主电路拓扑结构还包括至少两个开关模块，各开关模块与各储能电池模块一一对应，所述开关模块包括第一控制开关和第二控制开关，各开关模块的第二控制开关串联设置以构成一条串联线路，所述串联线路连接所述AC/DC变换模块的直流侧，各第二控制开关用于与对应的储能电池模块并联连接，各第一控制开关用于串设在对应的储能电池模块与对应的第二控制开关之间的连接线路上。4.根据权利要求3所述的储能变流器主电路拓扑结构，其特征在于，所述AC/DC变换模块为三电平AC/DC变换电路，所述AC/DC变换模块包括三条桥臂和一条电容支路，各条桥臂上串设有第一功率模块和第二功率模块，第一功率模块和第二功率模块均由两个功率器件串联构成，各条桥臂上的第一功率模块和第二功率模块之间的连接点用于连接交流电网，所述电容支路设置在所述AC/DC变换模块的直流侧，所述电容支路由第一电容模块和第二电容模块串联构成，所述第一电容模块和第二电容模块之间的连接点分别通过二极管连接各条桥臂上的第一功率模块中的两个功率器件的连接点和第二功率模块中的两个功率器件的连接点。5.一种专用于权利要求1所述储能变流器的储能变流器均衡控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)检测各储能电池模块的电压，并计算电压平均值；(2)当某一个储能电池模块的电压大于电压平均值，且该储能电池模块的电压与电压平均...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈常曦，吕海超，刘超，胡丽明，李香龙，陈振，袁瑞铭，钟侃，姜振宇，沈宇，
申请(专利权)人：许继电源有限公司，许继电气股份有限公司，许继集团有限公司，国网北京市电力公司，国网冀北电力有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41