基于电力电子变压器的中压直流储能装置及能量管理方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于电力电子变压器的中压直流储能装置及能量管理方法，该装置包括：与中压直流母线并联的第一电源变换电路，与第一电源变换电路通过中频或高频变压器连接的第二电源变换电路；其中，第一电源变换电路中每个子模块的直流侧配置功率型储能元件，第二电源变换电路中每个子模块的直流侧配置能量型储能元件；通过本发明专利技术通过中频或高频变压器可以进行电气隔离和能量传递；通过功率型储能元件，可以补偿中压直流母线的谐波电流，也可以对短路电流进行限制，并且配合直流断路器可以进行短路保护，提高了系统低压故障穿越能力、供电品质和稳定性；通过能量型储能元件，提供紧急情况的功率支持，保证了系统供电的连续性。

【技术实现步骤摘要】
基于电力电子变压器的中压直流储能装置及能量管理方法
本专利技术涉及电力电子
，特别涉及一种基于电力电子变压器的中压直流储能装置及能量管理方法。
技术介绍
目前，现有的中压直流(MVDC，MediumVoltageDirectCurrent)系统在稳态运行时，恒功率负载固有的负阻抗特性将会导致其输出阻抗发生改变。当输出阻抗与供电网络阻抗失配时会引起系统电压和电流振荡，恶化供电品质。另外，大功率电机启动、脉冲负载运行、变压器饱和、短路故障等工况都可能引起中压直流母线的电压跌落，影响用电负载正常运行。因此，如何解决中压直流系统对脉冲性负载供电保障能力、关键负载供电连续性、系统短时故障穿越和中压直流母线电流振荡的问题，是现今急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于电力电子变压器的中压直流储能装置及能量管理方法，以利用功率型储能元件平滑脉冲负载对电网的冲击，利用能量型储能元件，提供紧急情况的功率支持，保证系统供电的连续性。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于电力电子变压器的中压直流储能装置，包括：与中压直流母线并联的第一电源变换电路，与所述第一电源变换电路通过中频或高频变压器连接的第二电源变换电路；其中，所述第一电源变换电路中每个子模块的直流侧配置功率型储能元件，所述第二电源变换电路中每个子模块的直流侧配置能量型储能元件。可选的，所述第一电源变换电路具体为单相MMC拓扑结构。可选的，所述第一电源变换电路中每个子模块具体为全桥结构。可选的，所述第二电源变换电路具体为高频逆变器交错并联拓扑结构。可选的，所述第二电源变换电路中每个子模块具体为全桥结构。可选的，所述中频或高频变压器具体为单个独自的变压器。可选的，所述功率型储能元件具体为超级电容，所述能量型储能元件具体为蓄电池。此外，本专利技术还提供了一种基于电力电子变压器的中压直流能量管理方法，基于如上述任一项所述的基于电力电子变压器的中压直流储能装置，所述中压直流能量管理方法，包括：根据获取的能量管理控制单元发送的所述中压直流储能装置的所需有功电流和中压直流母线电流实测值，计算获取所述第一电源变换电路的占空比共模分量；根据所述第一电源变换电路全部子模块的功率型储能元件的总电压给定值和所述第一电源变换电路全部子模块的功率型储能元件的总电压实测值，计算获取所述第一电源变换电路的占空比差模分量；根据获取的所述占空比共模分量、所述占空比差模分量、所述第一电源变换电路每个子模块的功率型储能元件的实测值和所述第一电源变换电路每个子模块的功率型储能元件对应的电压给定值以及所述第一电源变换电路每个子模块的电流方向，计算获取所述第一电源变换电路每个子模块的占空比；根据获取的第二电源变换电路的能量型储能元件的荷电状态给定值和所述第二电源变换电路的能量型储能元件的荷电状态实测值，计算获取所述第二电源变换电路每个子模块的占空比。可选的，所述根据获取的能量管理控制单元发送的所述中压直流储能装置的所需有功电流和中压直流母线电流实测值，计算获取所述第一电源变换电路的占空比共模分量，还包括：利用故障限流单元控制所述中压直流母线的电流给定值，以将故障电流控制到预设数值。可选的，所述根据获取的所述占空比共模分量、所述占空比差模分量、所述第一电源变换电路每个子模块的功率型储能元件的实测值和所述第一电源变换电路每个子模块的功率型储能元件对应的电压给定值以及所述第一电源变换电路每个子模块的电流方向，计算获取所述第一电源变换电路每个子模块的占空比，包括：将获取的所述第一电源变换电路每个子模块的功率型储能元件的实测值和所述第一电源变换电路每个子模块的功率型储能元件对应的电压给定值叠加输入到比例积分控制器，获取所述比例积分控制器输出的第一数据；将所述第一数据和所述第一电源变换电路每个子模块的电流方向输入到乘法器，获取所述乘法器输出的第二数据；将所述第二数据与获取的所述占空比共模分量和所述占空比差模分量相叠加，获取所述第一电源变换电路每个子模块的占空比。本专利技术所提供的一种基于电力电子变压器的中压直流储能装置，包括：与中压直流母线并联的第一电源变换电路，与所述第一电源变换电路通过中频或高频变压器连接的第二电源变换电路；其中，所述第一电源变换电路中每个子模块的直流侧配置功率型储能元件，所述第二电源变换电路中每个子模块的直流侧配置能量型储能元件；可见，通过本专利技术通过高压侧的第一电源变换电路和低压侧的第二电源变换电路之间的中频或高频变压器，可以进行电气隔离和能量传递；通过第一电源变换电路中每个子模块的直流侧配置的功率型储能元件，可以补偿中压直流母线的谐波电流，也可以对短路电流进行限制，并且配合直流断路器可以进行短路保护，从而提高了系统低压故障穿越能力、供电品质和稳定性；通过第二电源变换电路中每个子模块的直流侧配置的能量型储能元件，可以提供紧急情况的功率支持，保证系统供电的连续性，即使在故障情况下，也能保证中压直流系统关键负载的用电。此外，本专利技术还提供了一种基于电力电子变压器的中压直流能量管理方法，同样具有上述有益效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例所提供的一种基于电力电子变压器的中压直流储能装置的结构图；图2为本专利技术实施例所提供的一种基于电力电子变压器的中压直流储能装置的实例图；图3为本专利技术实施例所提供的一种基于电力电子变压器的中压直流能量管理方法的流程图；图4为本专利技术实施例所提供的一种基于电力电子变压器的中压直流能量管理方法的一种能量控制框图；图5为本专利技术实施例所提供的一种基于电力电子变压器的中压直流能量管理方法的另一种能量控制框图；图6为本专利技术实施例所提供的一种基于电力电子变压器的中压直流能量管理方法的另一种能量控制框图；图7为本专利技术实施例所提供的一种基于电力电子变压器的中压直流能量管理方法的另一种能量控制框图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参考图1，图1为本专利技术实施例所提供的一种基于电力电子变压器的中压直流储能装置的结构图。该装置可以包括：与中压直流母线并联的第一电源变换电路100，与第一电源变换电路100通过中频或高频变压器200连接的第二电源变换电路300。其中，第一电源变换电路100中每个子模块110的直流侧配置功率型储能元件111，第二电源变换电路300中每个子模块310的直流侧配置能量型储能元件311。可以理解的是，本实施例所提供的装置中高压侧的第一电源变换电路100可以为MMC(模块多电平变换器)拓扑结构，也可以为CHB(级联变换器)拓扑结构，只要在第一电源变换电路100中每个子模块110的直流侧可以配置功率型储能元件111，对于第一电源变换电路10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电力电子变压器的中压直流储能装置，其特征在于，包括：与中压直流母线并联的第一电源变换电路，与所述第一电源变换电路通过中频或高频变压器连接的第二电源变换电路；其中，所述第一电源变换电路中每个子模块的直流侧配置功率型储能元件，所述第二电源变换电路中每个子模块的直流侧配置能量型储能元件。

【技术特征摘要】
1.一种基于电力电子变压器的中压直流储能装置，其特征在于，包括：与中压直流母线并联的第一电源变换电路，与所述第一电源变换电路通过中频或高频变压器连接的第二电源变换电路；其中，所述第一电源变换电路中每个子模块的直流侧配置功率型储能元件，所述第二电源变换电路中每个子模块的直流侧配置能量型储能元件。2.根据权利要求1所述的基于电力电子变压器的中压直流储能装置，其特征在于，所述第一电源变换电路具体为单相MMC拓扑结构。3.根据权利要求2所述的基于电力电子变压器的中压直流储能装置，其特征在于，所述第一电源变换电路中每个子模块具体为全桥结构。4.根据权利要求3所述的基于电力电子变压器的中压直流储能装置，其特征在于，所述第二电源变换电路具体为高频逆变器交错并联拓扑结构。5.根据权利要求4所述的基于电力电子变压器的中压直流储能装置，其特征在于，所述第二电源变换电路中每个子模块具体为全桥结构。6.根据权利要求5所述的基于电力电子变压器的中压直流储能装置，其特征在于，所述中频或高频变压器具体为单个独自的变压器。7.根据权利要求1至6任一项所述的基于电力电子变压器的中压直流储能装置，其特征在于，所述功率型储能元件具体为超级电容，所述能量型储能元件具体为蓄电池。8.一种基于电力电子变压器的中压直流能量管理方法，其特征在于，基于如权利要求1至7任一项所述的基于电力电子变压器的中压直流储能装置，所述中压直流能量管理方法，包括：根据获取的能量管理控制单元发送的所述中压直流储能装置的所需有功电流和中压直流母线电流实测值，计算获取所述第一电源变换电路的占空比共模分量；根据所述第一电源变换电路全部子模块的功率型储能元件的总电压给定值和所述第一电源变换电路全部子模块的功率型储能元件的总电压实测值，计算获取所述第一电源变...

【专利技术属性】
技术研发人员：许峻峰，李红波，张志学，陈涛，刘华东，黄子昊，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43