一种超大规模储能MMC变换器装置及储能控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超大规模储能MMC变换器装置及储能控制方法，属于模块化多电平换流器技术领域。本发明专利技术装置，包括：多个桥臂，每个桥臂包括多个储能子模块和一个电感；所述多个储能子模块串联，并连接电感；每两个桥臂通过桥臂的电缆相连，作为一组一相子变换器；所述一相子变换器，包括三组，三组一相子变换器并联；所述储能子模块，包括：储能子模块正极、储能子模块负极、第一至第六IGBT、第一至第三电容、电感L1、光伏发电单元、锂电池组和二极管。本发明专利技术能有效减小电池组所需的端电压，电池组串联电池数量减少，从而提高了电池的可靠性，因为储能子模块中具备锂电池组，无需考虑电容电压平衡策略。

An ultra large scale energy storage MMC converter device and energy storage control method

【技术实现步骤摘要】
一种超大规模储能MMC变换器装置及储能控制方法
本专利技术涉及模块化多电平换流器
，并且更具体地，涉及一种超大规模储能MMC变换器装置及储能控制方法。
技术介绍
如今，随着超大规模储能技术的兴起，对储能换流器的要求越来越严格。超大规模储能站具有高电压，大容量的特点，其变换器需要采用多电平的结构。模块化多电平换流器(MMC)是一种新型多电平换流器，广泛用于高压直流输电和储能变换器等领域，具有制造难度低、波形质量好、故障排除能力强等优点。由此可知，超大规模储能电站采用多电平换流器是较好的选择。但是，子模块电容电压平衡和各个桥臂环流问题的出现，给MMC的使用带来很大困难。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种超大规模储能MMC变换器装置，包括：多个桥臂，每个桥臂包括多个储能子模块和一个电感；所述多个储能子模块串联，并连接电感；每两个桥臂通过桥臂的电缆相连，作为一组一相子变换器；所述一相子变换器，包括三组，三组一相子变换器并联；所述储能子模块，包括：第一至第六IGBT、第一至第三电容和锂电池组，通过控制第一至第六IGBT的控制开关的关断，控制电流的切除，通过第一至第六IGBT的控制开关的关断、第一至第三电容的充放电和锂电池组的充放电控制投入。可选的，储能子模块还包括：储能子模块正极、储能子模块负极、电感L1、光伏发电单元和二极管；所述储能子模块正极与第一IGBT的发射极和第二IGBT的集电极相连；所述储能子模块负极与第二IGBT的发射极相连；所述第一电容和第二电容串联，第一电容的正极与第一IGBT的集电极相连；所述第二电容的负极与第二IGBT的发射极相连；所述第三IGBT的发射极和第四IGBT的集电极相连，且第三IGBT的集电极，第四IGBT的发射极分别与第一电容的正极和负极相连；所述第五IGBT的发射极和第六IGBT的集电极相连，且第五IGBT的集电极与第四IGBT的发射极和第二电容的正极相连；所述第六IGBT的发射极与第二电容的负极相连；所述第三电容正极与第三IGBT的发射极相连，第三电容的负极与第五IGBT的发射极相连；所述电感L1的一端与第三电容的负极相连，另一端与锂电池组的正极相连；所述锂电池组的负极与第六IGBT的发射极相连；所述光伏发电单元正极通过二极管与第三IGBT的集电极相连，光伏发电单元负极与第六IGBT的发射极相连。可选的，第一至第三电容的电容值相同且满足预设范围。可选的，装置外部连接变压器、交流电源和负载。本专利技术还提出了一种使用超大规模储能MMC变换器装置的储能控制方法，包括：在超大规模储能MMC变换器投运前，对储能子模块中的锂电池组进行SOC预检测；确定超大规模储能MMC变换器的交流端电流参考值和直流端电压参考值；检测每相子装置的环流功率，对环流功率进行转换，获取转换数据，根据转换数据与直流端电压参考值，确定环流电流参考值；根据环流电流参考值和交流端电流参考值，确定每个桥臂的电流参考值；对每个桥臂的电流参考值进行dq坐标变换，输出dq电压，对dq电压进行abc坐标变换及SPWM调制，获取输出结果，根据输出结果对储能子模块第一至第六IGBT的关断，通过第一至第六IGBT的关断进行储能控制。可选的，SOC预检测，包括：检验每个锂电池组中每一条支路的每个电池的SOC是否符合电池投入标准；若每个电池符合电池投入标准，支路不进行断路；若存在多个电池不符合电池投入标准，对支路进行断路，并对切断支路的锂电池组进行容量和SOC计算。可选的，交流端电流参考值的确定公式如下：其中，为任意一相子装置的参考功率，Uac为交流电压和为交流功角。可选的，直流端电压参考值的确定公式如下：其中，为任意一相子装置电流直流分量参考值、αk为电流分配系数、为直流电压参考值、kdc-pk和kdc-pi分别为第k相直流分量的比例和积分系数；电流分配系数的确定确定公式如下：其中，Qk为任意一相子装置储能子模块电池组的总容量和Qall为总容量。可选的，换流功率的转换公式如下：其中，为第一相环流中的交流分量和Pdiffa为环流功率。可选的，每个桥臂的电流参考值的确定公式如下：其中，为任意一相子装置上桥臂参考电流、为任意一相子装置下桥臂参考电流和为任意一相子装置环流参考值。本专利技术能有效减小电池组所需的端电压，电池组串联电池数量减少，从而提高了电池的可靠性，因为储能子模块中具备锂电池组，无需考虑电容电压平衡策略，并提供了稳定直流母线电压，控制了每一桥臂输入或输出的功率，提高了子模块中电池组运行的可靠性。附图说明图1为本专利技术一种超大规模储能MMC变换器装置结构图；图2为本专利技术一种超大规模储能MMC变换器装置储能子模块结构图；图3为本专利技术一种超大规模储能MMC变换器装置切除方法流程图；图4为本专利技术一种超大规模储能MMC变换器装置投入方法流程图；图5为本专利技术一种使用超大规模储能MMC变换器装置的储能控制方法流程图；图6为本专利技术一种使用超大规模储能MMC变换器装置的储能控制方法控制框图；图7为本专利技术一种使用超大规模储能MMC变换器装置的储能控制方法储能子模块电容端和电池组端电压波形图；图8为本专利技术一种使用超大规模储能MMC变换器装置的储能控制方法交流侧三相相电压波形图；图9为本专利技术一种使用超大规模储能MMC变换器装置的储能控制方法直流侧电压波形。具体实施方式现在参考附图介绍本专利技术的示例性实施方式，然而，本专利技术可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本专利技术，并且向所属
的技术人员充分传达本专利技术的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本专利技术的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属
的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。本专利技术提出了一种超大规模储能MMC变换器装置，如图1所示，包括：多个桥臂，每个桥臂包括多个储能子模块和一个电感；所述多个储能子模块串联，并连接电感；每两个桥臂通过桥臂的电缆相连，作为一组一相子变换器；所述一相子变换器，包括三组，三组一相子变换器并联；装置外部连接变压器、交流电源和负载。储能子模块，如图2所示，包括：储能子模块正极、储能子模块负极、第一至第六IGBT(S1-S6)、第一至第三电容(C1-C3)、电感L1、光伏发电单元、锂电池组和二极管；...

【技术保护点】
1.一种超大规模储能MMC变换器装置，所述装置包括：/n多个桥臂，每个桥臂包括多个储能子模块和一个电感；/n其中，所述多个储能子模块串联，并连接电感；/n每两个桥臂通过桥臂的电缆相连，作为一组一相子变换器；/n所述一相子变换器，包括三组，三组一相子变换器并联；/n所述储能子模块，包括：第一至第六IGBT、第一至第三电容和锂电池组，通过控制第一至第六IGBT的控制开关的关断，控制电流的切除，通过第一至第六IGBT的控制开关的关断、第一至第三电容的充放电和锂电池组的充放电控制投入。/n

【技术特征摘要】
1.一种超大规模储能MMC变换器装置，所述装置包括：
多个桥臂，每个桥臂包括多个储能子模块和一个电感；
其中，所述多个储能子模块串联，并连接电感；
每两个桥臂通过桥臂的电缆相连，作为一组一相子变换器；
所述一相子变换器，包括三组，三组一相子变换器并联；
所述储能子模块，包括：第一至第六IGBT、第一至第三电容和锂电池组，通过控制第一至第六IGBT的控制开关的关断，控制电流的切除，通过第一至第六IGBT的控制开关的关断、第一至第三电容的充放电和锂电池组的充放电控制投入。


2.根据权利要求1所述的装置，所述储能子模块，还包括：储能子模块正极、储能子模块负极、电感L1、光伏发电单元和二极管；
所述储能子模块正极与第一IGBT的发射极和第二IGBT的集电极相连；
所述储能子模块负极与第二IGBT的发射极相连；
所述第一电容和第二电容串联，第一电容的正极与第一IGBT的集电极相连；
所述第二电容的负极与第二IGBT的发射极相连；
所述第三IGBT的发射极和第四IGBT的集电极相连，且第三IGBT的集电极，第四IGBT的发射极分别与第一电容的正极和负极相连；
所述第五IGBT的发射极和第六IGBT的集电极相连，且第五IGBT的集电极与第四IGBT的发射极和第二电容的正极相连；
所述第六IGBT的发射极与第二电容的负极相连；
所述第三电容正极与第三IGBT的发射极相连，第三电容的负极与第五IGBT的发射极相连；
所述电感L1的一端与第三电容的负极相连，另一端与锂电池组的正极相连；
所述锂电池组的负极与第六IGBT的发射极相连；
所述光伏发电单元正极通过二极管与第三IGBT的集电极相连，光伏发电单元负极与第六IGBT的发射极相连。


3.根据权利要求1所述的装置，所述第一至第三电容的电容值相同且满足预设范围。


4.根据权利要求1所述的装置，所述装置外部连接变压器、交流电源和负载。


5.一种使用如权利要求1-4所述的任意一种装置的储能控制方法，所述方法包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：李相俊，闫士杰，佟诗耕，王上行，惠东，贾学翠，杨东升，牛萌，毛海波，张明霞，刘刚，段方维，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，东北大学，国网辽宁省电力有限公司，国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11