超导磁储能系统斩波器均压均流控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种超导磁储能系统斩波器均压均流控制方法，所采用的斩波器包括n+m个结构相同的斩波器子模块，斩波器子模块SM

【技术实现步骤摘要】
超导磁储能系统斩波器均压均流控制方法
本专利技术涉及超导磁储能系统领域，涉及一种斩波器。
技术介绍
超导磁储能(SuperconductingMagneticEnergyStorage，SMES)系统是将能量储存在超导磁体中的一种快速、高效的储能装置。SMES系统相较于机械储能、电化学储能等储能装置，具有响应速度快、循环次数多、功率密度大及能量转换率高等优势，进而可用于抑制光伏、风电等新能源并网引起的电力系统频率波动；提升电网的暂态稳定性；增强重要负荷的供电可靠性等。斩波器作为SMES系统的核心部分，主要功能是实现超导磁体与电网之间的可控能量交换。目前SMES系统多采用单相斩波器，由于开关器件关断电压的限制，单相斩波器只适用于电压等级较低的场合。中点钳位型单相斩波器的每个开关器件的关断电压仅为直流母线极对极电压的一半，适用于电压等级较高的场合，但这类结构的控制逻辑复杂、扩展性差，且易产生中点电位漂移。显著提升单相斩波器的电压等级在技术上存在困难，将多个单相斩波器串联至较高电压等级是解决这一难题的有效措施，同时，由多个单相斩波器串联构成的斩波器可接入多个超导磁体，进而可有效提升SMES系统整体的储能量，但该斩波器可靠性较低，某一单相斩波器故障会导致斩波器整体退出运行，同时，斩波器中各电容及各超导磁体的参数在实际工程中难以保证完全一致，进而难以维持各电容电压均衡及各超导磁体电流均衡。电容电压不均衡可能引起部分器件过电压，超导磁体电流不均衡会造成部分超导磁体优先完成充、放电过程，而剩余超导磁体被迫停止充、放电，进而削弱SMES系统整体的放电深度。
技术实现思路
本专利技术提出一种超导磁储能系统斩波器均压均流控制方法，特别适用于高电压等级、大储能量超导磁储能系统，允许多个超导磁体接入以提升系统整体储能量，同时，该结构具备均压和均流能力、可靠性高且扩展性强，可应用于电压等级较高的场合。技术方案如下：一种超导磁储能系统斩波器均压均流控制方法，所采用的斩波器包括n+m个结构相同的斩波器子模块，斩波器子模块SM1的中间端子与直流母线的正极相连，斩波器子模块SMk，k＝2,3,…,n+m，的中间端子与斩波器子模块SMk-1的下端子相连，斩波器子模块SMn+m的下端子与直流母线的负极相连；斩波器子模块由一个半桥电路、一个电容C和一个单相斩波器并联构成，其中，半桥电路包括两路并联器件，一路为串联的两个IGBT，即T1和T2，一路为串联的两个二极管，即D1和D2，半桥电路中各器件连接方式为：T1的集电极、D1的阴极与电容C的正极相连，T1的发射极、T2的集电极、D1的阳极与D2的阴极相连于斩波器子模块的中间端子，T2的发射极、D2的阳极与电容C的负极相连斩波器子模块的下端子；单相斩波器包括一个超导磁体Lsc与两路并联器件，两路并联器件均由一个IGBT和一个二极管串联构成，设第一路并联器件包括T3、D4，第二路并联器件包括T4、D3，单相斩波器中各器件的连接方式为：T3的集电极、D3的阴极与电容C的正极相连，T3的发射极、D4的阴极与超导磁体Lsc的一端相连，T4的集电极、D3的阳极与超导磁体Lsc的另一端相连，T4的发射极、D4的阳极与电容C的负极相连。每经过一个控制周期，依据超导磁体电流的大小对n+m个斩波器子模块排序；当超导磁储能系统充电时，依据超导磁体电流由小到大的顺序依次选取n个斩波器子模块，对于所选取的每个斩波器子模块，控制T1导通、T2关断，电流经过D1使电容C充电，控制T3和T4的导通与关断，保持超导磁体Lsc的充电功率与电容C的充电功率相等，以维持电容电压恒定；控制剩余m个斩波器子模块的T2导通、T1关断，电流经过T2使电容C旁路，电容C不与电网进行能量交换，控制T3和T4的导通与关断，保持超导磁体Lsc在一个控制周期内始终处于续流状态，以维持电容电压及超导磁体电流恒定；当超导磁储能系统放电时，依据超导磁体电流由大到小的顺序依次选取n个斩波器子模块，对于所选用的每个斩波器子模块，控制T1导通、T2关断，电流经过T1使电容C放电，控制T3和T4的导通与关断，保持超导磁体Lsc的放电功率与电容C的放电功率相等，以维持电容电压恒定；控制剩余m个斩波器子模块的T2导通、T1关断，电流经过D2使电容C旁路，电容C不与电网进行能量交换，控制T3和T4的导通与关断，保持超导磁体Lsc在一个控制周期内始终处于续流状态，以维持电容电压及超导磁体电流恒定；每经过一个控制周期更新一次n+m个斩波器子模块的排序，进而维持各超导磁体电流均衡。本专利技术相对于现有的技术有以下优点：(1)本专利技术将多个新型斩波器子模块串联接入电路中，在各新型斩波器子模块电压等级较低、各超导磁体储能量较小的条件下，可成倍数地提升新型斩波器整体的电压等级及储能量。(2)本专利技术中各新型斩波器子模块中单相斩波器均采用定直流电压控制，在维持各新型斩波器子模块电容电压均衡的同时，通过控制各新型斩波器子模块中半桥电路的IGBT开关信号，可维持各超导磁体电流均衡。(3)基于新型斩波器的模块化结构特点，确定斩波器子模块总数时可留有一定的裕度，以保证在某一新型斩波器子模块中单相斩波器发生故障的条件下，新型斩波器的正常运行。附图说明图1为适用于高电压等级、大储能量SMES系统的新型斩波器拓扑结构；图2为新型斩波器子模块的工作模式；具体实施方式本专利技术提出一种适用于高电压等级、大储能量超导磁储能系统的新型斩波器，新型斩波器允许多个超导磁体接入以提升系统整体储能量，同时，该结构具备均压和均流能力、可靠性高且扩展性强，可应用于电压等级较高的场合。本专利技术可通过以下技术方案实现：具体拓扑结构如图1所示。新型斩波器包括n+m个结构完全相同的新型斩波器子模块，新型斩波器子模块SM1的中间端子与直流母线的正极相连，新型斩波器子模块SMk(k＝2,3,…,n+m)的中间端子与新型斩波器子模块SMk-1的下端子相连，新型斩波器子模块SMn+m的下端子与直流母线的负极相连。新型斩波器子模块由一个半桥电路、一个电容C和一个单相斩波器并联构成，其中，半桥电路包括两路并联器件，一路为串联的两个IGBT，即T1和T2，一路为串联的两个二极管，即D1和D2，半桥电路中各器件连接方式为：T1的集电极、D1的阴极与电容C的正极相连，T1的发射极、T2的集电极、D1的阳极与D2的阴极相连于新型斩波器子模块的中间端子，T2的发射极、D2的阳极与电容C的负极相连新型斩波器子模块的下端子；单相斩波器包括一个超导磁体Lsc与两路并联器件，两路并联器件均由一个IGBT和一个二极管串联构成，即T3、D4和T4、D3，单相斩波器中各器件的连接方式为：T3的集电极、D3的阴极与电容C的正极相连，T3的发射极、D4的阴极与超导磁体Lsc的一端相连，T4的集电极、D3的阳极与超导磁体Lsc的另一端相连，T4的发射极、D4的阳极与电容C的负极相连。新型斩波器的工作原理分为新型斩波器子模块的工作模式和排序规则两部分：各新型斩波器子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超导磁储能系统斩波器均压均流控制方法，所采用的斩波器包括n+m个结构相同的斩波器子模块，斩波器子模块SM

【技术特征摘要】
1.一种超导磁储能系统斩波器均压均流控制方法，所采用的斩波器包括n+m个结构相同的斩波器子模块，斩波器子模块SM1的中间端子与直流母线的正极相连，斩波器子模块SMk，k＝2,3,…,n+m，的中间端子与斩波器子模块SMk-1的下端子相连，斩波器子模块SMn+m的下端子与直流母线的负极相连；斩波器子模块由一个半桥电路、一个电容C和一个单相斩波器并联构成，其中，半桥电路包括两路并联器件，一路为串联的两个IGBT，即T1和T2，一路为串联的两个二极管，即D1和D2，半桥电路中各器件连接方式为：T1的集电极、D1的阴极与电容C的正极相连，T1的发射极、T2的集电极、D1的阳极与D2的阴极相连于斩波器子模块的中间端子，T2的发射极、D2的阳极与电容C的负极相连斩波器子模块的下端子；单相斩波器包括一个超导磁体Lsc与两路并联器件，两路并联器件均由一个IGBT和一个二极管串联构成，设第一路并联器件包括T3、D4，第二路并联器件包括T4、D3，单相斩波器中各器件的连接方式为：T3的集电极、D3的阴极与电容C的正极相连，T3的发射极、D4的阴极与超导磁体Lsc的一端相连，T4的集电极、D3的阳极与超导磁体Lsc的另一端相连，T4的发射极、D4的阳极与电容C的负极相连。
控制方法如下：每经过...

【专利技术属性】
技术研发人员：张芳，沈浩明，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12