模块化多电平混合储能系统及其实现方法、装置和设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电力传输技术领域，公开了模块化多电平混合储能系统及其实现方法、装置和设备。本发明专利技术在原有储能系统的拓扑结构上对功率模块进行替换，替换的功率模块包括直流电容、电池组、超级电容、电阻及七个IGBT开关，通过各开关的连接形成半桥子模块、DC/DC双向主变换器、DC/DC双向辅变换器及电阻部分，并相应提供了该系统的实现方法、装置及设备，其中方法根据对应电力系统的运行状态对相应IGBT开关进行导通与关断控制。本发明专利技术提出的拓扑能够实现短时间尺度的频率支撑以及长时间尺度的频率稳定，从不同的时间尺度上抑制系统功率的波动，并且在故障状态下还能实现功率模块的储能，避免了盈余能量的浪费，具有较好的经济性。具有较好的经济性。具有较好的经济性。

【技术实现步骤摘要】
模块化多电平混合储能系统及其实现方法、装置和设备


[0001]本专利技术涉及电力传输
，尤其涉及模块化多电平混合储能系统及其实现方法、装置和设备。

技术介绍

[0002]模块化多电平储能换流器(简称储能型MMC)被广泛应用于电力系统，以保障电力系统的安全稳定运行。
[0003]模块化多电平储能换流器的通用拓扑结构包括：连接于正负极直流母线之间的三相单元，每个相单元由多个相同的功率模块级联而成，每个功率模块包括电池组、DC/DC双向变换器和半桥子模块，电池组经过DC/DC双向变换器与半桥子模块并联。通过这种结构可以将电池组较低的电压与半桥子模块较高的直流电压匹配，具有较好的灵活性。
[0004]然而，上述拓扑结构存在以下问题：
[0005]系统正常运行时，电池组只能实现数十秒到数小时的能量平衡作用，不具备惯量支撑能力，无法实现秒级及以下的大功率释放，从而不能为电力系统提供快速频率支撑。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了模块化多电平混合储能系统及其实现方法、装置和设备，解决了现有利用电池组的充放电抑制功率波动的储能型MMC方案不能实现超短时间尺度的频率支撑的技术问题。
[0007]本专利技术第一方面提供一种模块化多电平混合储能系统，包括连接于正负极直流母线之间的三相单元，每个相单元由多个相同的功率模块级联而成，所述功率模块包括第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关、第五IGBT开关、第六IGBT开关、第七IGBT开关、直流电容、电池组、超级电容和电阻；
[0008]所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关和所述直流电容组成半桥子模块；所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关组成DC/DC双向主变换器，并在直流侧与所述直流电容并联，所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关之间并联所述电池组；所述第五IGBT开关和所述第六IGBT开关组成DC/DC双向辅变换器，所述第五IGBT开关的集电极与所述第三IGBT开关的发射极连接，所述第六IGBT开关与所述超级电容并联；所述第七IGBT开关与所述电阻串联再通过所述超级电容与所述直流电容并联。
[0009]本专利技术第二方面提供一种模块化多电平混合储能系统的实现方法，所述模块化多电平混合储能系统包括连接于正负极直流母线之间的三相单元，每个相单元由多个相同的功率模块级联而成，所述功率模块包括第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关、第五IGBT开关、第六IGBT开关、第七IGBT开关、直流电容、电池组、超级电容和电阻；所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关和所述直流电容组成半桥子模块；所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关组成DC/DC双向主变换器，并在直流侧与所述直流电容并联，所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关之间并联所述电池组；所述第五IGBT开关和所述第六
IGBT开关组成DC/DC双向辅变换器，所述第五IGBT开关的集电极与所述第三IGBT开关的发射极连接，所述第六IGBT开关与所述超级电容并联；所述第七IGBT开关与所述电阻串联再通过所述超级电容与所述直流电容并联；所述功率模块中各IGBT开关初始时处于关断状态，所述实现方法包括：
[0010]检测模块化多电平混合储能系统对应电力系统的运行状态；
[0011]若对应电力系统处于正常运行状态，对第一IGBT开关和第二IGBT开关采用最近电平逼近调制进行导通与关断控制；若对应电力系统送电功率不足，对第四IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断控制，期间若检测到快速频率支撑指令被触发，对第六IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断；若对应电力系统负荷功率不足，对第三IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断控制，期间若检测到快速频率支撑指令被触发，对第五IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断。
[0012]根据本专利技术第二方面提供的一种能够实现的方式，所述方法还包括：
[0013]定期检测对应电力系统的频率；
[0014]根据相邻两次检测到的频率计算频率变化速率；
[0015]在计算得到的频率变化速率满足对应预置触发条件时触发快速频率支撑指令。
[0016]根据本专利技术第二方面提供的一种能够实现的方式，所述在计算得到的频率变化速率满足对应预置触发条件时触发快速频率支撑指令，包括：
[0017]设置所述对应预置触发条件为计算得到的频率变化速率的绝对值大于预置速率阈值。
[0018]根据本专利技术第二方面提供的一种能够实现的方式，所述检测模块化多电平混合储能系统对应电力系统的运行状态，包括：
[0019]采集对应电力系统的直流电压、直流电流、交流相电压和交流相电流，根据所述直流电压和所述直流电流计算得到直流侧功率，根据所述交流相电压和所述交流相电流计算得到负荷功率；
[0020]若所述直流侧功率和所述负荷功率相等，判定对应电力系统处于正常运行状态；若所述直流侧功率小于所述负荷功率，判定对应电力系统送电功率不足；若所述直流侧功率大于所述负荷功率，判定对应电力系统负荷功率不足。
[0021]根据本专利技术第二方面提供的一种能够实现的方式，所述方法还包括：
[0022]若所述直流侧功率和所述负荷功率不相等且检测到系统交直流故障信号时，控制所述第七IGBT开关导通。
[0023]根据本专利技术第二方面提供的一种能够实现的方式，所述方法还包括：
[0024]在所述第七IGBT开关导通时启动计时，若在预置时长内未检测到系统交直流故障信号，控制所述第七IGBT开关关断。
[0025]本专利技术第三方面提供一种模块化多电平混合储能系统的实现装置，所述模块化多电平混合储能系统包括连接于正负极直流母线之间的三相单元，每个相单元由多个相同的功率模块级联而成，所述功率模块包括第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关、第五IGBT开关、第六IGBT开关、第七IGBT开关、直流电容、电池组、超级电容和电阻；所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关和所述直流电容组成半桥子模块；所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关组成DC/DC双向主变换器，并在直流侧与所述直流电容并联，所述
第三IGBT开关和所述第四IGBT开关之间并联所述电池组；所述第五IGBT开关和所述第六IGBT开关组成DC/DC双向辅变换器，所述第五IGBT开关的集电极与所述第三IGBT开关的发射极连接，所述第六IGBT开关与所述超级电容并联；所述第七IGBT开关与所述电阻串联再通过所述超级电容与所述直流电容并联；所述功率模块中各IGBT开关初始时处于关断状态，所述实现装置包括：
[0026]状态检测模块，用于检测模块化多电平混合储能系统对应电力系统的运行状态；
[0027]控制模块，用于若对应电力系统处于正常运行状态，对第一IGBT开关和第二IGBT开关采用最近电平逼近调制进行导通与关断控制；若对应电力系统送本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平混合储能系统，包括连接于正负极直流母线之间的三相单元，每个相单元由多个相同的功率模块级联而成，其特征在于，所述功率模块包括第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关、第五IGBT开关、第六IGBT开关、第七IGBT开关、直流电容、电池组、超级电容和电阻；所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关和所述直流电容组成半桥子模块；所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关组成DC/DC双向主变换器，并在直流侧与所述直流电容并联，所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关之间并联所述电池组；所述第五IGBT开关和所述第六IGBT开关组成DC/DC双向辅变换器，所述第五IGBT开关的集电极与所述第三IGBT开关的发射极连接，所述第六IGBT开关与所述超级电容并联；所述第七IGBT开关与所述电阻串联再通过所述超级电容与所述直流电容并联。2.一种模块化多电平混合储能系统的实现方法，所述模块化多电平混合储能系统包括连接于正负极直流母线之间的三相单元，每个相单元由多个相同的功率模块级联而成，其特征在于，所述功率模块包括第一IGBT开关、第二IGBT开关、第三IGBT开关、第四IGBT开关、第五IGBT开关、第六IGBT开关、第七IGBT开关、直流电容、电池组、超级电容和电阻；所述第一IGBT开关、所述第二IGBT开关和所述直流电容组成半桥子模块；所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关组成DC/DC双向主变换器，并在直流侧与所述直流电容并联，所述第三IGBT开关和所述第四IGBT开关之间并联所述电池组；所述第五IGBT开关和所述第六IGBT开关组成DC/DC双向辅变换器，所述第五IGBT开关的集电极与所述第三IGBT开关的发射极连接，所述第六IGBT开关与所述超级电容并联；所述第七IGBT开关与所述电阻串联再通过所述超级电容与所述直流电容并联；所述功率模块中各IGBT开关初始时处于关断状态，所述实现方法包括：检测模块化多电平混合储能系统对应电力系统的运行状态；控制模块，用于若对应电力系统处于正常运行状态，对第一IGBT开关和第二IGBT开关采用最近电平逼近调制进行导通与关断控制；若对应电力系统送电功率不足，对第四IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断控制，期间若检测到快速频率支撑指令被触发，对第六IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断；若对应电力系统负荷功率不足，对第三IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断控制，期间若检测到快速频率支撑指令被触发，对第五IGBT开关采用脉冲宽度调制进行导通与关断。3.根据权利要求2所述的模块化多电平混合储能系统的实现方法，其特征在于，所述方法还包括：定期检测对应电力系统的频率；根据相邻两次检测到的频率计算频率变化速率；在计算得到的频率变化速率满足对应预置触发条件时触发快速频率支撑指令。4.根据权利要求3所述的模块化多电平混合储能系统的实现方法，其特征在于，所述在计算得到的频率变化速率满足对应预置触发条件时触发快速频率支撑指令，包括：设置所述对应预置触发条件为计算得到的频率变化速率的绝对值大于预置速率阈值。5.根据权利要求2所述的模块化多电平混合储能系统的实现方法，其特征在于，所述检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈满，李勇琦，杨双飞，周月宾，吴越，胡振恺，李毓烜，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：