一种多绕组谐振独立电流控制的电池储能系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种多绕组谐振独立电流控制的电池储能系统，包括电池单元，由串联的多组电池模块组成；主功率变换器用于控制电池单元的主电流，与电池单元并联，且主功率变换器接入三相交流电网；及辅助功率变换器，与多组电池模块连接并分别对每组电池模块进行闭环独立控制，用于控制每组电池模块的充放电电流与主电流的差值。本实用新型专利技术通过主功率变换器和辅助功率变换器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，且原边变换器采用集成单绕组结构，减小变流器的成本和损耗；同时副边变换器采用LLC谐振的电路拓扑，利用软开关技术有效降低高频条件下开关损耗及电磁干扰，提高电池模块的能量利用率。

A Multi-winding Resonant Independent Current Control Battery Energy Storage System

The utility model discloses a battery energy storage system with multi-winding resonant independent current control, which comprises a battery unit and a series of battery modules; the main power converter is used to control the main current of the battery unit, which is parallel to the battery unit, and the main power converter is connected to the three-phase AC network; and the auxiliary power converter is connected with a plurality of battery modules and is connected to each group separately. The battery module is controlled independently in a closed loop, which is used to control the difference between the charge and discharge current and the main current of each battery module. The utility model realizes independent control of the differential current part of the battery module through the main power converter and the auxiliary power converter, without independent control of all the battery current. The original side converter adopts an integrated single-winding structure to reduce the cost and loss of the converter, while the secondary side converter adopts LLC resonant circuit topology and effectively reduces the cost and loss of the converter by using soft-switching technology. Switching loss and electromagnetic interference at high frequency can improve the energy utilization of battery module.

【技术实现步骤摘要】
一种多绕组谐振独立电流控制的电池储能系统
本技术涉及储能系统领域以及电力电子变换器领域，具体涉及一种多绕组谐振独立电流控制的电池储能系统。
技术介绍
随着环境污染、气候变暖以及化石燃料储量的大幅度降低，利用可再生能源发电成为研究热点。新能源发电大规模并网的不稳定性、间歇性、不可预测性将会给电力系统的稳定运行带来新的挑战，而储能是应对这一挑战的最佳技术之一。其中，电池储能以其安装方便快捷、建造周期短、扩容改造(模块化)方便等优势，已经得到了广泛应用。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。其主要有三种拓扑结构：H桥级联型柔性成组储能系统、模块化多电平变流器(MMC，modular-multilevel-converter)电池储能系统和DC-DC级联型柔性成组系统。在这现有的三种全功率独立控制柔性成组系统中，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，目前亟待提出了一种结合软开关技术，更加高效、安全的部分功率独立电流控制的柔性成组储能系统，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，本技术的目的是提供一种多绕组谐振独立电流控制的电池储能系统，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，同时避开开关器件电压和电流重合而导致开关网络的导通损耗大的问题。本技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种多绕组谐振独立电流控制的电池储能系统，所述的电池储能系统包括：电池单元，所述的电池单元包括串联的多组电池模块；主功率变换器，与所述的电池单元并联，所述的主功率变换器用于控制所述的电池单元的主电流，且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；以及辅助功率变换器，与多组电池模块连接，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；所述的主功率变换器通过矢量控制对主电流进行控制，所述的辅助功率变换器为双向隔离DC-DC变换器，通过引入同步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，从而实现对多组电池模块充放电电流的独立控制。进一步地，所述的主功率变换器为并网逆变器结构，包括：第一电容器210，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，并根据不同电压等级的应用场合选用合适的功率开关管。进一步地，所述的辅助功率变换器包括：原边集成式高频隔离变压器，所述的原边集成式高频隔离变压器包括一个集成原边绕组和多个副边绕组：原边变换器，与所述的集成原边绕组连接；以及多个副边变换器，每个副边绕组通过每个副边变换器与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，所述的原边变换器是全桥式变换器结构，包括第七开关管Q7至第十开关管Q10，所述的第七开关管Q7至所述的第十开关管Q10的每个开关管分别反并联一个二极管，第七开关管Q7的第一端连接在电池单元的正极，第七开关管Q7的第二端连接在集成原边绕组的第一端子；第八开关管Q8的第一端连接在集成原边绕组的第一端子，第八开关管Q8的第二端连接在电池单元的负极；第九开关管Q9的第一端连接在电池单元的正极，第九开关管Q9的第二端连接在集成原边绕组的第二端子；第十开关管Q10的第一端连接在集成原边绕组的第二端子，第十开关管Q10的第二端连接在电池单元的负极。进一步地，所述的第七开关管Q7至所述的第十开关管Q10是绝缘栅双极晶体管或金属-氧化物半导体场效应晶体管，并根据不同电压等级的应用场合选用合适的功率开关管。进一步地，所述的副边变换器是LLC全桥谐振变换器结构，包括：第二电容器，与电池模块并联；以及第十一开关管S1至第十四开关管S4，所述的第十一开关管S1至所述的第十四开关管S4的每个开关管分别反并联一个二极管，所述的第十一开关管S1的第一端连接在电池模块的正极，所述的第十一开关管S1的第二端依次通过第四电感器、第一谐振电容、第一谐振电感器的第一端连接在副边绕组的第一端子；所述的第十二开关管S2的第一端依次通过第四电感器、第一谐振电容、第一谐振电感器的第一端连接在所述的副边绕组的第一端子，所述的第十二开关管S2的第二端连接在电池模块的负极；所述的第十三开关管S3的第一端连接在电池模块的正极，所述的第十三开关管S3的第二端通过所述的第一谐振电感器的第二端子连接在所述的副边绕组的第二端子；所述的第十四开关管S4的第一端通过所述的第一谐振电感器的第二端子连接在所述的副边绕组的第二端子，所述的第十四开关管S4的第二端连接在电池模块的负极；所述的第一谐振电感器与所述的副边绕组并联。进一步地，所述的第十一开关管S1至所述的第十四开关管S4是绝缘栅双极晶体管或金属-氧化物半导体场效应晶体管，可根据应用场合的不同电压等级选用合适的开关管。进一步地，所述主功率变换器采用矢量控制驱动开关管的导通与关断，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，所述的辅助功率变换器采用同步控制驱动原副边变换器的开关管导通与关断，所述同步控制是开关管信号完全相同，且占空比为50％，上下桥臂信号完全互补。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。本技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：1)本技术中，主功率变换器承担大部分的功率，控制电池单元的主电流，提高整机效率；辅助功率变换器采用原边集成的拓扑结构，减小电池储能系统的控制功率的损耗、成本、体积以及重量，在满足一个原边对应多个极限副边的情况下，当需要增加电池组模块时，每个电池组模块只用在副边添加一个全桥变换器，原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多绕组谐振独立电流控制的电池储能系统，其特征在于，所述的电池储能系统包括：电池单元，所述的电池单元包括串联的多组电池模块；主功率变换器，与所述的电池单元并联，所述的主功率变换器用于控制所述的电池单元的主电流，且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；以及辅助功率变换器，与多组电池模块连接，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，所述的主功率变换器通过矢量控制对主电流进行控制，所述的辅助功率变换器为双向隔离DC‑DC变换器，通过引入同步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，从而实现对多组电池模块充放电电流的独立控制。

【技术特征摘要】
1.一种多绕组谐振独立电流控制的电池储能系统，其特征在于，所述的电池储能系统包括：电池单元，所述的电池单元包括串联的多组电池模块；主功率变换器，与所述的电池单元并联，所述的主功率变换器用于控制所述的电池单元的主电流，且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；以及辅助功率变换器，与多组电池模块连接，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，所述的主功率变换器通过矢量控制对主电流进行控制，所述的辅助功率变换器为双向隔离DC-DC变换器，通过引入同步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，从而实现对多组电池模块充放电电流的独立控制。2.根据权利要求1所述的一种多绕组谐振独立电流控制的电池储能系统，其特征在于，所述的主功率变换器为并网逆变器结构，包括：第一电容器210，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所述的一种多绕组谐振独立电流控制的电池储能系统，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，并根据不同电压等级的应用场合选用合适的功率开关管。4.根据权利要求1所述的一种多绕组谐振独立电流控制的电池储能系统，其特征在于，所述的辅助功率变换器包括：原边集成式高频隔离变压器，所述的原边集成式高频隔离变压器包括一个集成原边绕组和多个副边绕组：原边变换器，与所述的集成原边绕组连接；以及多个副边变换器，每个副边绕组通过每个副边变换器与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。5.根据权利要求4所述的一种多绕组谐振独立电流控制的电池储能系统，其特征在于，所述的原...

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