一种隔离对称式串联反激电路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隔离对称式串联反激电路的电池储能系统，包括电池单元，由串联的电池单体组成；主功率变换器用于控制电池单元的主电流，主功率变换器与电池单元并联，并接入三相交流电网；及隔离型反激变换器单元，由多个结构相同的隔离型反激变换器串联组成，分别与每个电池单体对应连接进行闭环独立电流控制，用于控制每个电池单体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隔离型反激变换器单元实现对电池单体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，且采用对称式反激电路结灵活实现双向工作，提高电池单体的能量利用率；同时增加RCD吸收电路，确保开关管避免尖峰电压，保证工作安全可靠。

A Battery Energy Storage System with Isolated Symmetrical Series Flyback Circuit

The utility model discloses a battery energy storage system with an isolated symmetrical series flyback circuit, which comprises a battery unit consisting of a series battery unit; a main power converter is used to control the main current of the battery unit; a main power converter is parallel to the battery unit and connected to a three-phase AC network; and an isolated flyback converter unit consisting of a plurality of isolated flyback converters with the same structure. The converter is connected in series with each cell to control the difference between the charge and discharge current and the main current of each cell. The utility model realizes independent control of the differential current part of the battery monomer through the main power converter and isolated flyback converter unit, without independent control of all battery currents, and adopts symmetrical flyback circuit junction to flexibly realize bidirectional operation, so as to improve the energy utilization of the battery monomer; at the same time, RCD absorption circuit is added to ensure that the switch tube avoids peak voltage. To ensure the safety and reliability of the work.

【技术实现步骤摘要】
一种隔离对称式串联反激电路的电池储能系统
本技术涉及储能系统领域以及电力电子变换器领域，具体涉及一种隔离对称式串联反激电路的电池储能系统。
技术介绍
随着全球能源安全和气候变化问题的日益严峻，生态环保问题日渐凸显，以新能源和智能电网为标志的新一轮能源技术革命不断孕育发展。为了解决间歇性能源发电带来的能源波动问题，储能技术是解决问题的最佳技术之一。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，提出了一种更加高效、经济、安全的单体电池部分功率独立电流控制的柔性成组储能系统，不仅在传统的电路结构上增加吸收电路吸收尖峰电压，保证开关管的安全工作和使用寿命，而且拓扑结构设计简单，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，本技术的目的是提供一种隔离对称式串联反激电路的单体电池储能系统，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，同时也减少开关器件闭合产生的尖峰电压，确保开关器件的安全工作以及使用寿命。本技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种隔离对称式串联反激电路的电池储能系统，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若干个电池单体；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单体电流的相同部分；以及隔离型反激变换器单元，与电池单体一一对应连接，用于对各个电池单体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％，以适应不同电池单体之间存在的差异，使每个电池单体都能工作在最佳状态；其中，所述的通过主功率变换器通过矢量控制对主电流进行独立控制；其中，所述的隔离型反激变换器单元采用对称式反激电路结构，实现双向控制，通过在传统反激电路的基础上增加RCD吸收电路，减小尖峰电压，提高使用寿命；所述的隔离型反激变换器单元利用原边串联的形式接入主功率变换器的直流侧电压，变比约为1；所述的隔离型反激变换器单元通过引入PWM控制策略对各电池单体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。进一步地，所述的主功率变换器为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极端子，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漏极端子。进一步地，所述的矢量控制包括正弦脉宽调制和空间矢量脉宽调制中的一种。进一步地，所述的隔离型反激变换器单元包括：若干个反激式高频隔离变压器，所述的反激式高频隔离变压器作为一对互耦合的电感，其包括一个初级绕组W1和一个次级绕组W2；若干个原边变换器，与所述的初级绕组W1一一对应连接，且所述的原边变换器采用串联形式连接，每个原边变换器的结构均相同；以及若干个副边变换器，与所述的次级绕组W2和每个电池单体110对应连接。实现对各个电池单体110的充放电电流与主电流的差值的独立闭环控制。进一步地，所述的隔离型反激变换器单元是双向隔离对称式反激变换器，其中，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，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反激变换器单元的原边电容器的一端；原边RCD吸收电路，用于限制第七开关管Q7的最大反向峰值电压，保证开关管工作在安全区域，所述的原边RCD吸收电路包括第一吸收电容Cs1、第一吸收电阻Rs1和第一吸收二极管VD1，所述的第一吸收电容器Cs1与所述的第一吸收电阻Rs1并联，连接在所述的电池单元100的正极和所述的第一吸收二极管VD1的阴极之间，所述的第一吸收二极管VD1的阳极连接在初级绕组W1的第二端子；以及第二电容器，所述的第二电容器连接在电池单元100的正极和下一串联隔离型反激变换器单元的原边电容器之间。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或，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，所述的隔离型反激变换器单元是双向隔离对称式反激变换器，其中，所述的副边变换器包括：第三电容器，与所述的电池单元并联；第八开关管Q8，所述的第八开关管Q8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单体的负极；以及副边RCD吸收电路，用于限制第八开关管Q8的最大反向峰值电压，保证开关管工作在安全区域，所述的副边RCD吸收电路包括第二吸收电容Cs2、第二吸收电阻Rs2和第二吸收二极管VD2，所述的第二吸收电容器Cs2与所述的第二吸收电阻Rs2并联，通过所述的第三电容器连接在所述的电池单元的正极和所述的第二吸收二极管VD2的阴极之间，所述的第二吸收二极管VD2的阳极连接在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隔离对称式串联反激电路的电池储能系统，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若干个电池单体；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单体电流的相同部分；以及隔离型反激变换器单元，与电池单体一一对应连接，用于对各个电池单体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％，以适应不同电池单体之间存在的差异，使每个电池单体都能工作在最佳状态；其中，所述的通过主功率变换器通过矢量控制对主电流进行独立控制；其中，所述的隔离型反激变换器单元采用对称式反激电路结构，实现双向控制，通过在传统反激电路的基础上增加RCD吸收电路，减小尖峰电压，提高使用寿命；所述的隔离型反激变换器单元利用原边串联的形式接入主功率变换器的直流侧电压，变比约为1；所述的隔离型反激变换器单元通过引入PWM控制策略对各电池单体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。

【技术特征摘要】
1.一种隔离对称式串联反激电路的电池储能系统，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若干个电池单体；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单体电流的相同部分；以及隔离型反激变换器单元，与电池单体一一对应连接，用于对各个电池单体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％，以适应不同电池单体之间存在的差异，使每个电池单体都能工作在最佳状态；其中，所述的通过主功率变换器通过矢量控制对主电流进行独立控制；其中，所述的隔离型反激变换器单元采用对称式反激电路结构，实现双向控制，通过在传统反激电路的基础上增加RCD吸收电路，减小尖峰电压，提高使用寿命；所述的隔离型反激变换器单元利用原边串联的形式接入主功率变换器的直流侧电压，变比约为1；所述的隔离型反激变换器单元通过引入PWM控制策略对各电池单体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。2.根据权利要求1所述的一种隔离对称式串联反激电路的电池储能系统，其特征在于，所述的主功率变换器为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所述的一种隔离对称式串联反激电路的电池储能系统，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，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极端子，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漏极端子。4.根据权利要求1所述的一种隔离对称式串联反激电路的电池储能系统，其特征在于，所述的矢量控制包括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所述的一种隔离对称式串联反激电路的电池储能系统，其特征在于，所述的隔离型反激变换器单元包括：若干个反激式高频隔离变压器，所述的反激式高频...

【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