消除电池充放电倍频电流的高压直挂储能方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种消除电池充放电倍频电流的高压直挂储能方法及系统，包括：单星型联接的高压直挂储能功率变换步骤：向变换器的桥臂调制电压中注入设定的三倍频共模电压，将功率模块直流母线电流中的谐波次数由二倍频提高到四倍频，直接在桥臂调制电压中叠加所设定的三倍频共模电压；单角型联接的高压直挂储能功率变换步骤：向变换器的桥臂中注入设定的三倍频共模电流，将功率模块直流母线电流中的谐波次数由二倍频提高到四倍频，根据设定的三倍频共模电流计算所需的三倍频共模电压，并将其叠加到桥臂调制电压中。本发明专利技术能够从根本上消除功率模块直流母线中的二次谐波电流，从而减小系统对无源滤波器的需求，有利于系统功率密度的提高。的提高。的提高。

【技术实现步骤摘要】
消除电池充放电倍频电流的高压直挂储能方法及系统


[0001]本专利技术涉及电气自动化设备
，具体地，涉及一种消除电池充放电倍频 电流的高压直挂储能方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，我国以风电和光伏为代表的新能源发电持续快速增长，致使电力系统中的 电源结构发生深刻变化。随着可再生能源占比提升，电力系统中的消纳、输配、波动等 问题显现，储能的刚性需求已然成型，并成为未来电力生产消费方式变革与能源结构转 变的关键性技术。
[0003]在高压直挂储能功率变换系统中，电池簇分散式直接接入级联H桥变换器的直流母 线，两者之间无其它功率变换装置。由于H桥变换器的直流母线电流中包含二次谐波分 量，致使电池流过的电流中存在较大幅值的二次谐波电流。一方面，该谐波电流会影响 电池寿命和系统效率；另一方面，该谐波电流会影响电池SOC的估算，损害电池安全。 电池充放电中的谐波电流是制约高压直挂储能发展的关键因素之一。因此，有必要将这 类变换装置的谐波电流大小控制在较小值。
[0004]在H桥变换器和电池簇之间串联无源滤波器是减小谐波幅值最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消除电池充放电倍频电流的高压直挂储能方法，其特征在于，包括：单星型联接的高压直挂储能功率变换步骤：向变换器的桥臂调制电压中注入设定的三倍频共模电压，将功率模块直流母线电流中的谐波次数由二倍频提高到四倍频，直接在桥臂调制电压中叠加所设定的三倍频共模电压；单角型联接的高压直挂储能功率变换步骤：向变换器的桥臂中注入设定的三倍频共模电流，将功率模块直流母线电流中的谐波次数由二倍频提高到四倍频，根据设定的三倍频共模电流计算所需的三倍频共模电压，并将其叠加到桥臂调制电压中；针对注入三倍频共模电气量之后额外增加的四倍频电流谐波分量，继续注入相应的五倍频共模电气量将其提升到六倍频，以此类推，以至完全消除功率模块直流母线电流中的所有倍频电流。2.根据权利要求1所述的消除电池充放电倍频电流的高压直挂储能方法，其特征在于，所述单星型联接的高压直挂储能功率变换步骤包括：通过向变换器的桥臂调制电压中叠加设定的三倍频共模电压，将功率模块直流母线电流中的二倍频谐波分量完全消除，具体为：交流侧电网电压为：式中：u
sx
表示三相电网电压，下标x＝a，b，c，分别表示A，B，C三相；U
m
表示电网电压的幅值；ω表示电网角频率；t表示时间。3.根据权利要求2所述的消除电池充放电倍频电流的高压直挂储能方法，其特征在于，所述单星型联接的高压直挂储能功率变换步骤包括：通过在每相桥臂的调制电压中叠加所设定的三倍频共模电压来实现二倍频谐波的完全消除，实现方法包括以下步骤：首先，提取功率变换系统交流侧输出电流的d、q轴分量i
d
和i
q
，与其调制电压的d、q轴分量u
dref0
和u
qref0
，根据下式计算交流侧输出电流的幅值I
vm1
和桥臂调制电压的幅值U
vm1
，为：其次，计算相角δ1和的值，分别为：最后，得到三相桥臂的调制电压：
式中：u
xref
表示注入三倍频共模电压后的三相桥臂的调制电压，下标x＝a，b，c，分别表示A，B，C三相；θ
p
表示锁相环输出的角度。4.根据权利要求2所述的消除电池充放电倍频电流的高压直挂储能方法，其特征在于，所述单星型联接的高压直挂储能功率变换步骤中注入三倍频共模电压后，A相桥臂调制电压u
aref
重新写成：其中，表示交流侧输出电流与电网电压之间的相角差；U
vm1
表示桥臂基频调制电压的幅值，δ1表示该调制电压与电网电压之间的相角差；当时，A相桥臂的调制电压为：u
aref
＝U
vm1
cos(ωt)+U
vm1
cos(3ωt)当ωt＝0时，桥臂调制电压幅值取得所有工况下的最大值，该最大值为：(u
aref
)
max
＝2U
vm1
≈2U
m
对于单星型联接的高压直挂储能功率变换系统，注入三倍频共模电压后的调制电压幅值最大为电网电压幅值的两倍。5.根据权利要求4所述的消除电池充放电倍频电流的高压直挂储能方法，其特征在于，所述单星型联接的高压直挂储能功率变换步骤中，设功率模块的电池簇的容量为I
bat
，当构建额定容量为S的储能功率变换系统时，满足：式中：U
dc
表示电池簇的额定直流电压；N表示每个桥臂所包含的功率模块数目；设市场上获得的I
bat
的最大值为I
lim
，若满足：则注入三倍频共模电压时，每相桥臂所包含的功率模块数目设计为：式中：M表示功率变换系统的调制比，一般选择为：0.7<M<0.9；当I
lim
满足：每相桥臂所包含的功率模块数目设计为：
6.根据权利要求1所述的消除电池充放电倍频电流的高压直挂储能方法，其特征在于，所述单角型联接的高压直挂储能功率变换步骤中，通过向变换器的桥臂中注入设定的三倍频共模电流，将功率模块直流母线电流中的二倍频谐波分量完全消除，根据设定的三倍频共模电流得到相应的三倍频共模电压，并将其叠加到桥臂调制电压中来实现，具体为：交流侧电网电压写成：式中：u
sx
表示三相电网电压，下标x＝a，b，c，分别表示A，B，C三相；U
m
表示电网电压的幅值；ω表示电网角频率；t表示时间；三相交流侧的输出电流为：式中：i
x
表示功率变换系统交流侧的输出电流，下标x＝a，b，c，分别表示A，B，C三相；I
vm1
表示交流侧电流的幅值；表示交流侧输出电流与电网电压之间的相角差。7.根据权利要求6所述的消除电池充放电倍频电流的高压直挂储能方法，其特征在于，所述单角型联接的高压直挂储能功率变...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡旭，史先强，张琛，刘畅，李睿，杨仁炘，吴西奇，王晗，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：