一种阻抗源型电池储能电力电子变换装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种阻抗源型电池储能电力电子变换装置，包括：电池储能单元、双向DC/AC变流器、滤波电感、阻抗源网络、全控型器件和控制系统；其中电池储能单元正极连接双向DC/AC变流器的正端，双向DC/AC变流器负端连接阻抗源网络输入端，阻抗源网络输出端连接电池储能单元负极，其另外两个端口连接全控型器件。双向DC/AC变流器输出三相交流电，通过滤波电感连接电网。本装置实现升降压变换，直流侧输入电压可宽范围变化。双向DC/AC变流器中同一个桥臂上下两个全控型功率器件可以同时导通，变换器工作可靠性高。调制中不需加入死区，输出谐波含量低。相比于传统阻抗源型逆变器，本装置可实现能量双向流动，同样升压能力下，本装置电容电压应力更小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力电子变换器装置，具体涉及一种阻抗源型电池储能电力电子变换装置。
技术介绍
以光伏、风力发电为代表的可再生能源发电及其相关技术飞速发展，但受气象因素影响，其出力呈现间歇性、波动性和不可控性的特点，导致其并网容量受限。而以电池储能为代表的储能技术已成为目前解决可再生能源发电并网问题的最有效途径。蓄电池储能系统通常包括蓄电池储能单元和由电力电子器件组成的并网接口电路。通常蓄电池储能单元输出的直流电压较低，且随着电池出力变化，直流电压波动较大，难以满足并网逆变器侧的要求，所以一般会在蓄电池输出和逆变器之间接一级双向DC/DC变换器来提升和稳定蓄电池输出电压。这种两级结构可以保证逆变器稳定正常工作，但由于是两级变换，效率较低，系统体积、成本增加。逆变器一般采用电压源型逆变器，其同一桥臂不允许发生直通，否则将损坏逆变器，工作可靠性较低。为防止直通，通常在调制信号中加入死区时间，从而导致输出波形发生畸变。为解决上述问题，提出了一种阻抗源型逆变器，通过在直流输入侧和逆变桥之间加入一个由电感和电容组成的无源网络来实现升降压变换。从功率变换的角度讲，阻抗源逆变器为单级结构，效率更高。同时，它允许逆变桥同一桥臂上下两个开关管同时导通，工作可靠性高。由于去掉了传统逆变器中的死区时间，输出波形质量更好。相比两级结构，系统的体积成本也更低。但是传统阻抗源型逆变器也有其自身的缺陷：(1)电容电压应力高；(2)启动冲击电流大；(3)轻载时会出现非正常工作状态；(4)能量无法双向流动。
技术实现思路
为克服上述缺陷，本专利技术提供了一种阻抗源型电池储能电力电子变换装置，保留了传统阻抗源逆变器允许桥臂直通，输出波形畸变小和具备升降压变换能力的优点，同时克服了传统阻抗源逆变器启动冲击电流大，电容电压应力高和能量无法双向流动的缺点。相比两级结构，工作可靠性高，体积成本更小。为实现上述目的，本专利技术提供一种阻抗源型电池储能电力电子变换装置，包括：电池储能单元、双向DC/AC变流器、滤波电感、阻抗源网络、全控型器件和控制系统；其特征在于：所述电池储能单元、双向DC/AC变流器、滤波电感和阻抗源网络依次连接；电池储能单元正极与双向DC/AC变流器的正端连接，双向DC/AC变流器负端与阻抗源网络输入端连接，阻抗源网络输出端与电池储能单元负极连接，阻抗源网络的其他两个端口连接全控型器件，双向DC/AC变流器输出三相交流电，通过滤波电感与电网连接。电池储能单元是锂电池、镍氢电池或铅酸电池。双向DC/AC变流器由三个桥臂组成；每个桥臂由上下两个全控型功率器件组成；全控型功率器件为IGBT模块；IGBT模块带有反并联二极管。双向DC/AC变流器的同一个桥臂上下两个全控型功率器件可以同时导通。滤波电感由三个等值电感组成，双向DC/AC变流器每个桥臂输出和电网之间连接一个等值电感。阻抗源网络由L1和L2两个等值电感以及C1和C2和两个等值电容组成；两个电容呈X形放置；两个电容之间不连接；电容C1正端与电感L2右端连接，电容C1负端与电感L1左端连接；电容C2正端与电感L2左端连接，电容C2负端与电感L1右端连接。全控型器件为IGBT模块；IGBT模块带有反并联二极管；IGBT模块用S7表示；S7的发射极与电容C2负端连接，S7的集电极与电容C1正端连接。控制系统采集变流器的电压电流量，并根据既定的控制策略产生各个开关器件的驱动信号。与最接近的现有技术比，本专利技术具有以下优异效果：利用单级结构实现传统两级结构的升降压变换，效率更高，体积成本小；允许逆变器同一桥臂上下直通，工作可靠性更高；无死区时间，输出波形畸变小；升压比可控，允许输入侧电池电压宽范围变化；相较于传统阻抗源逆变器，可实现能量双向流动，电容电压应力较小。附图说明图1为本专利技术一种阻抗源型电池储能电力电子变换装置的结构示意图。图2为本专利技术一种阻抗源型电池储能电力电子变换装置的控制策略示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细的说明。图1是本专利技术所提出的一种阻抗源型电池储能电力电子变换装置的结构示意图，包括电池储能单元、双向DC/AC变流器、滤波电感、阻抗源网络、全控型器件和控制系统；所述电池储能单元、双向DC/AC变流器、滤波电感和阻抗源网络依次连接。电池储能单元是锂电池、镍氢电池或铅酸电池。电池储能单元正极与双向DC/AC变流器的正端连接，双向DC/AC变流器负端与阻抗源网络输入端连接，阻抗源网络输出端与电池储能单元负极连接，其另外两个端口与全控型器件连接，双向DC/AC变流器输出三相交流电，通过滤波电感与电网连接。控制系统采集变流器的电压电流量，按照既定控制策略产生各开关器件驱动信号。双向DC/AC变流器由三个桥臂组成；每个桥臂由上下两个全控型功率器件组成；全控型功率器件为带有反并联二极管的IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)模块，三个桥臂的全控型功率器件依次用S1-S6表示；其中，同一个桥臂上下两个全控型功率器件可以同时导通。滤波电感由三个等值电感组成，双向DC/AC变流器每个桥臂输出和电网之间连接一个等值电感。阻抗源网络由L1和L2两个等值电感以及C1和C2两个等值电容组成，两个等值电容呈X形放置，两个等值电容之间不连接；等值电容C1正端连接等值电感L2右端，C1负端连接L1左端，等值电容C2正端连接L2左端，C2负端连接L1右端。全控型器件S7为带有反并联二极管的IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)模块，S7的发射极连接等值电容C2负端，S7的集电极连接等值电容C1正端。本专利技术提出的一种阻抗源型电池储能电力电子变换装置升压方式和传统阻抗源逆变器相同，通过在传统零状态中加入直通零状态实现升压功能，直通零状态成为变换器一种正常工作状态，装置工作可靠性更高，不需加入死区时间，输出波形畸变小。稳态工作时，电池侧输出电压Vdc与双向DC/AC变流器侧输入电压Vi的关系为其中D0为直通零状态占空比，其范围为：0≤D0＜0.5。当电池储能单元输出电压Vdc变化时，通过调节D0即可以保证双向DC/AC变流器侧输入电压Vi恒定。传统阻抗源逆变器稳定工作时，其阻抗源网络内等值电容上电压VC与电池侧输出电压Vdc的关系为：当0≤D0＜0.5时，VC≥Vdc，所以电容电压将高于电池侧输出电压。本专利技术技术方案中的变换器稳定工作时，等值电容上电压VC与电池侧输出电压Vdc的关系为：当0≤D0＜0.5时，VC≤Vdc，等值电容电压低于电池侧输出电压，阻抗源网络电容电压应力较传统阻抗源逆变器更低。本专利技术提出的适用于电池储能的阻抗源型电力电子变换装置具备能量双向流动功能，能量流向和功率控制过程如图2所示。图2中控制过程分为双向DC/AC变流器侧控制和电池储能侧控制。双向DC/AC变流器侧控制过程：有功功率指令值Pset和无功功率指令值Qset由外部给定。其中当Pset为正值时，变换器工作在逆变状态，能量由电池侧流向电网；当Pset为负值时，变换器工作在PWM整流状态，能量由电网侧流向电池。两个指令值和实际输出的有功功率Pout、无功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻抗源型电池储能电力电子变换装置，包括：电池储能单元、双向DC/AC变流器、滤波电感、阻抗源网络、全控型器件和控制系统；其特征在于：所述电池储能单元、双向DC/AC变流器、滤波电感和阻抗源网络依次连接；所述电池储能单元正极与双向DC/AC变流器的正端连接，双向DC/AC变流器负端与阻抗源网络输入端连接，阻抗源网络输出端与电池储能单元负极连接，阻抗源网络的其他两个端口连接全控型器件，双向DC/AC变流器输出三相交流电，通过滤波电感与电网连接。

【技术特征摘要】
1.一种阻抗源型电池储能电力电子变换装置，包括：电池储能单元、双向DC/AC变流器、滤波电感、阻抗源网络、全控型器件和控制系统；其特征在于：所述电池储能单元、双向DC/AC变流器、滤波电感和阻抗源网络依次连接；所述电池储能单元正极与双向DC/AC变流器的正端连接，双向DC/AC变流器负端与阻抗源网络输入端连接，阻抗源网络输出端与电池储能单元负极连接，阻抗源网络的其他两个端口连接全控型器件，双向DC/AC变流器输出三相交流电，通过滤波电感与电网连接。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电池储能单元是锂电池、镍氢电池或铅酸电池。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述双向DC/AC变流器由三个桥臂组成；每个桥臂由上下两个全控型功率器件组成；所述全控型功率器件为IGBT模块；所述IGBT模块带有反并联二极管。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建林，樊辉，徐少华，田立亭，谢志佳，惠东，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京;11