基于MMC的分布式局部储能拓扑结构制造技术

本发明专利技术公开了一种基于MMC的分布式局部储能拓扑结构，采用三相六桥臂结构，三相六桥臂结构的一端接入交流电网，三相六桥臂结构的另一端通过直流母线连接到直流系统。本发明专利技术解决现有的储能型MMC所用储能模块开关损耗及成本较大的问题。较大的问题。较大的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于MMC的分布式局部储能拓扑结构


[0001]本专利技术属于电力电子
，涉及一种基于MMC的分布式局部储能拓扑结构。

技术介绍

[0002]并网变换器肩负着将各种新能源并入大电网的重要职责，因此对其的研究就尤为关键。传统的并网变换器有两电平变换器，三电平变换器，级联多电平变换器以及模块化多电平变换器。
[0003]两电平变换器是结构与控制最为简单的也是最早出现的变换器。但是因为两电平变换器的输出电平少，因此其输出波形谐波含量较高。三电平变换器相较于两电平变换器输出波形质量提高，输出电压变换率减小，开关器件所承受的电压电流应力也随之减少。但是其有开关频率高，直流侧分压电容电压不均衡的缺点。级联多电平变换器具有模块化的结构，易于拓展。但是其不具有公共直流母线，因此限制了其在高压直流输电等一些场合的应用。
[0004]模块化多电平变换器(modular multilevel converter MMC)的出现使得波形质量提高，开关频率降低同时具有冗余性强及高度模块化结构和公共直流母线的优点。但是随着更多新能源的并网，传统MMC 变换器子模块电容器存储容量有限，充放电速度过快导致功率不足，难以满足目前多元化的可再生能源并网需求。
[0005]在这种情况下储能型模块化多电平变换器(Modular MultilevelConverter based Battery Energy Storage System,MMC
‑
BESS)被提出，在传统MMC的每个子模块中并联一个电池，做到了完成大容量能量的存储与释放，且可抑制由新能源发电所造成的功率波动，弥补交直流侧功率差额，改善系统的电能质量。但其使用储能电池以及双向DC
‑
DC电路过多，开关损耗较大，系统效率低。
[0006]基于以上问题，有必要提出一种介于集中式与分布式储能之间的新型MMC
‑
BESS拓扑，在有效减少开关损耗以及降低成本的前提下，得到不亚于传统储能MMC的并网效果。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种基于MMC的分布式局部储能拓扑结构，解决现有的储能型MMC所用储能模块开关损耗及成本较大的问题。
[0008]本专利技术所采用的技术方案是，基于MMC的分布式局部储能拓扑结构，采用三相六桥臂结构，三相六桥臂结构的一端接入交流电网，三相六桥臂结构的另一端通过直流母线连接到直流系统。
[0009]本专利技术的特点还在于：
[0010]交流电网采用三相交流系统，三相交流系统中的u
sa
、u
sb
、u
sc
分别通过滤波电感L
s
连接到a相、b相、c相的中点，且分别通过上桥臂P和下桥臂N各连接一条公共直流母线，两条公共直流母线与直流系统连接。
[0011]三相六桥臂结构中：每相由一个上桥臂P和一个下桥臂N串联组成；相邻两相之间
的桥臂并联连接。
[0012]三相六桥臂中，共有两个储能子模块Esm和6(k
‑
1)个半桥子模块SM。
[0013]每个半桥子模块包括绝缘栅双极型晶体管VT1，绝缘栅双极型晶体管VT1和二极管VD1反并联后一端与直流电容C的一端相连，绝缘栅双极型晶体管VT1的另一端与绝缘栅双极型晶体管VT2和二极管VD2反并联后的一端相连，直流电容C的另一端与绝缘栅双极型晶体管 VT2和二极管VD2反并联后的另一端相连。
[0014]储能子模块E
sm
是在直流电容侧由单相Buck
‑
Boost电路接入储能电池构成。
[0015]本专利技术的有益效果如下：
[0016]1.较MMC
‑
BESS分布式储能更少的储能子模块，实现降低开关损耗提升整体系统效率；
[0017]2.较MMC
‑
BESS集中式储能更小的电池组以及更高的储能效率；
[0018]3.在传统MMC系统加入储能子模块，完成大容量能量的存储与释放，且可抑制由新能源发电所造成的功率波动，弥补交直流侧功率差额，改善系统的电能质量。
附图说明
[0019]图1是本专利技术基于MMC的新型分布式局部储能拓扑结构的结构示意图；
[0020]图2是正常MMC半桥子模块SM的结构示意图；
[0021]图3是储能电池通过单相Buck
‑
Boost接入半桥子模块的储能子模块E
sm
的结构示意图；
[0022]图4是基于本专利技术基于MMC的新型分布式局部储能拓扑结构的单相等效电路数学模型；
[0023]图5是基于本专利技术基于MMC的新型分布式局部储能拓扑结构的交流侧三相电压波形图；
[0024]图6是基于本专利技术基于MMC的新型分布式局部储能拓扑结构的交流侧三相电流波形图；
[0025]图7是基于本专利技术基于MMC的新型分布式局部储能拓扑结构的三相电流14s时THD分析图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0027]本专利技术基于MMC的分布式局部储能拓扑结构，如图1所示，其拓扑为三相六桥臂的结构，其每相由上下两个桥臂串联组成，三相中的相邻两相各两个桥臂互相并联构成三相六桥臂的结构。
[0028]三相六桥臂结构的一端接入交流电网，三相六桥臂结构的另一端通过直流母线连接到直流系统。交流电网采用三相交流系统，u
sa
、u
sb
、 u
sc
分别通过滤波电感L
s
连接到每相(a，b，c)的中点来通过上桥臂 P和下桥臂N连接到公共直流母线，最后连接到直流系统。其三相电压大小完全相同，相位差120
°
，上桥臂P和下桥臂N电压由投入子模块个数决定。
[0029]三相在靠近公共直流母线侧共用一个储能子模块E
sm
。每个桥臂只有一个公用储能子模块，其余均为半桥子模块SM，总共有k
‑
1个。三相六桥臂共有2个储能子模块，以及6(k
‑
1)个半桥子模块SM。k
‑
1 为根据工程要求确定的单个桥臂子模块级联个数且为大于1的自然数。
[0030]如图2所示，半桥子模块SM包括两个绝缘栅双极型晶体管(VT1、 VT2)和两个反并联二极管(VD1、VD2)以及一个直流电容C。VT1和 VD1反并联后一端与直流电容C的一端相连，另一端与VT2和VD2反并联后的一端相连并作为半桥子模块的连接端口a，直流电容C的另一端与VT2和VD2反并联后的另一端相连并作为半桥子模块的连接端口b，其绝缘栅双极型晶体管的通断由调制系统提供开关信号。
[0031]如图3所示，公用储能子模块E
sm
是在上述半桥子模块SM的基础上在直流电容侧由单相Buck
‑
Boost电路接入储能电池本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于MMC的分布式局部储能拓扑结构，其特征在于：采用三相六桥臂结构，三相六桥臂结构的一端接入交流电网，三相六桥臂结构的另一端通过直流母线连接到直流系统。2.根据权利要求1所述的基于MMC的分布式局部储能拓扑结构，其特征在于：所述交流电网采用三相交流系统，三相交流系统中的u
sa
、u
sb
、u
sc
分别通过滤波电感L
s
连接到a相、b相、c相的中点，且分别通过上桥臂P和下桥臂N各连接一条公共直流母线，两条公共直流母线与直流系统连接。3.根据权利要求2所述的基于MMC的分布式局部储能拓扑结构，其特征在于：所述三相六桥臂结构中：每相由一个上桥臂P和一个下桥臂N串联组成；相邻两相之间的桥臂并联连接。4.根据权利要求3所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，马保慧，肖子涵，程远，张世乾，李洁，
申请(专利权)人：天水电气传动研究所集团有限公司，
类型：发明
国别省市：