模块化多电平电池储能系统功率器件选型方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种模块化多电平电池储能系统功率器件选型方法及系统，其中：获取模块化多电平电池储能系统桥臂总电流最大有效值；根据直流侧电压、子模块数量和子模块电池电压的工作范围计算子模块中上、下桥臂功率器件的导通占空比；根据所述桥臂总电流最大有效值和所述导通占空比，分别计算上、下桥臂功率器件电流；基于所述上、下桥臂功率器件电流，对子模块上、下桥臂功率器件进行选型。本发明专利技术能够在满足模块化多电平电池储能系统安全运行的情况下，降低子模块上桥臂功率器件的电流等级，实现子模块上、下桥臂功率器件的热应力均衡，降低了储能系统的成本。低了储能系统的成本。低了储能系统的成本。

【技术实现步骤摘要】
模块化多电平电池储能系统功率器件选型方法及系统


[0001]本专利技术涉及的是模块化多电平电池储能系统(以下简称MMC
‑
BESS)的子模块器件的设计选型，特别是一种考虑子模块上、下桥臂功率器件工作时发热不同这一情况的功率器件设计选型方法及系统。

技术介绍

[0002]随着新能源的发展，以及智能电网和新型电力系统的提出，电池储能技术发挥着日益重要的作用。电池储能技术形式多样，其中模块化多电平储能系统(MMC
‑
BESS)有着交直流互联、能量缓冲和适合高压大容量的优点，因此其研究和应用受到日益重视。
[0003]实际运行中，MMC
‑
BESS子模块上、下桥臂功率器件导通的时间并不一定相同，其导通时间受到直流侧电压、子模块电池当前电压、子模块数量和传输功率三个因素的影响。其中，传输功率影响功率器件的平均占空比，而直流侧电压、子模块数量与子模块电池当前电压决定了上、下桥臂功率器件导通时间比例。随着运行过程中直流侧电压与子模块电池电压的比例变化，子模块上、下桥臂功率器件的导通比例随之变化，上、下桥臂功率器件的发热比例也随之变化。
[0004]但在当前的实验室研究和工程应用中，MMC
‑
BESS的子模块的上、下桥臂均采用相同的功率器件。如上海交通大学开发的AC380V/DC750V/50kW MMC
‑
BESS样机子模块桥臂功率器件均采用150V/180A器件，国家电网福建厦门的MMC
‑
BESS示范工程子模块均采用3.3kV/1200A功率器件。当前的研究和应用均未考虑子模块上、下桥臂功率器件的导通和发热不同，也就没有针对此进行优化设计。
[0005]经检索，中国专利技术专利申请号为CN202110599516.2，其公开一种电池储能电路及电池储能系统，该文件实施例中记载了相关的器件选型的内容，但是其仍旧没有考虑子模块上、下桥臂功率器件的导通和发热不同所带来的影响。

技术实现思路

[0006]为了解决上述提到的问题，本专利技术提出一种优化的模块化多电平电池储能系统功率器件选型方法和系统。
[0007]本专利技术的第一方面，提供一种模块化多电平电池储能系统功率器件选型方法，包括：
[0008]获取模块化多电平电池储能系统桥臂总电流最大有效值；
[0009]根据直流侧电压、子模块数量和子模块电池电压的工作范围计算子模块中上、下桥臂功率器件的导通占空比；
[0010]根据所述桥臂总电流最大有效值和所述导通占空比，分别计算上、下桥臂功率器件电流；
[0011]基于所述上、下桥臂功率器件电流，对子模块上、下桥臂功率器件进行选型。
[0012]可选地，所述获取模块化多电平电池储能系统桥臂总电流最大有效值，包括：
[0013]确定模块化多电平电池储能系统的桥臂最大直流电流I
dcmax
；
[0014]确定模块化多电平电池储能系统的桥臂最大交流电流I
acmax
；
[0015]根据所述最大直流电流I
dcmax
和所述最大交流电流I
acmax
计算桥臂总电流最大有效值I
RMS
。
[0016]可选地，所述根据直流侧电压、子模块数量和子模块电池电压的工作范围计算子模块中上、下桥臂功率器件的导通占空比，包括：
[0017]根据子模块电池最低电压U
batmin
、直流侧最高电压U
dcmax
和模块化多电平电池储能系统每个桥臂的子模块数量N，计算子模块上桥臂功率器件平均导通占空比D
up
和子模块下桥臂功率器件平均导通占空比D
dn
，其中：
[0018][0019]D
dn
＝1
‑
D
up
。
[0020]可选地，所述根据所述桥臂总电流最大有效值和所述导通占空比，分别计算上、下桥臂功率器件电流，包括：
[0021]计算子模块上桥臂功率子模块电流有效值I
up
：
[0022][0023]计算子模块上桥臂功率子模块电流有效值I
dn
：
[0024][0025]其中：I
RMS
为桥臂最大电流有效值。
[0026]可选地，所述基于所述上、下桥臂功率器件电流，对子模块上、下桥臂功率器件进行选型，包括：
[0027]根据子模块电池最高电压U
batmax
和I
up
，并留有一定的电压电流裕量来选取上桥臂功率器件；
[0028]根据子模块电池最高电压U
batmax
和I
dn
，按照与上桥臂功率器件相同的电压电流裕量原则来选取下桥臂功率器件；
[0029]所述电压裕量与电流裕量与常规功率器件选取原则相同。
[0030]本专利技术第二方面，提供一种模块化多电平电池储能系统功率器件选型系统，包括：
[0031]桥臂总电流最大有效值获取模块：获取模块化多电平电池储能系统桥臂总电流最大有效值；
[0032]导通占空比计算模块：根据直流侧电压、子模块数量和子模块电池电压的工作范围计算子模块中上、下桥臂功率器件的导通占空比；
[0033]桥臂功率器件电流计算模块：根据所述桥臂总电流最大有效值和所述导通占空比，分别计算上、下桥臂功率器件电流；
[0034]选型模块：基于所述上、下桥臂功率器件电流，对子模块上、下桥臂功率器件进行选型。
[0035]本专利技术的第三方面，提供一种终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时用于执行所述的模块化多电平电池储能系统功率器件选型方法，或，运行所述的模块化多电平电池储能系统功率器件选型
系统。
[0036]与现有技术相比，本专利技术实施例至少具有如下一种有益效果：
[0037]本专利技术实施例提供的模块化多电平电池储能系统功率器件选型方法和系统，考虑子模块上、下桥臂功率器件的导通和发热不同，通过分别计算上下桥臂功率器件导通电流的最大有效值，再根据两者的最大有效值分别指导对应功率器件的选型，可以优化模块化多电平电池储能系统功率器件选型，以达到最经济可靠的目的。
[0038]本专利技术实施例提供的模块化多电平电池储能系统功率器件选型方法和系统，通过分别计算上下桥臂功率器件电流，能够在满足模块化多电平电池储能系统安全运行的情况下，降低子模块上桥臂功率器件的电流等级。
[0039]本专利技术实施例提供的模块化多电平电池储能系统功率器件选型方法和系统通过适当的选型，使得上下桥臂功率器件具有相同的电流裕量和工作温度，实现子模块上、下桥臂功率器件的热应力均衡，降低了储能系统的成本。
附图说明
[0040]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平电池储能系统功率器件选型方法，其特征在于，包括：获取模块化多电平电池储能系统桥臂总电流最大有效值；根据直流侧电压、子模块数量和子模块电池电压的工作范围计算子模块中上、下桥臂功率器件的导通占空比；根据所述桥臂总电流最大有效值和所述导通占空比，分别计算上、下桥臂功率器件电流；基于所述上、下桥臂功率器件电流，对子模块上、下桥臂功率器件进行选型。2.根据权利要求1所述的模块化多电平电池储能系统功率器件选型方法，其特征在于，所述获取模块化多电平电池储能系统桥臂总电流最大有效值，包括：确定模块化多电平电池储能系统的桥臂最大直流电流I
dcmax
；确定模块化多电平电池储能系统的桥臂最大交流电流I
acmax
；根据所述最大直流电流I
dcmax
和所述最大交流电流I
acmax
计算桥臂总电流最大有效值I
RMS
。3.根据权利要求2所述的模块化多电平电池储能系统功率器件选型方法，其特征在于，所述确定模块化多电平电池储能系统的桥臂最大直流电流I
dcmax
，包括：根据直流侧最大功率P
dcmax
和直流侧最低电压U
dcmin
确定模块化多电平电池储能系统的桥臂最大直流电流I
dcmax
，公式如下：4.根据权利要求2所述的模块化多电平电池储能系统功率器件选型方法，其特征在于，所述确定模块化多电平电池储能系统的桥臂最大交流电流I
acmax
，包括：根据交流侧最大功率P
acmax
和交流侧最低线电压U
acmin
确定模块化多电平电池储能系统的桥臂最大直流电流I
acmax
，公式如下：5.根据权利要求2所述的模块化多电平电池储能系统功率器件选型方法，其特征在于，根据所述最大直流电流I
dcmax
和所述最大交流电流I
acmax
计算桥臂最大电流有效值I
RMS
，公式如下：6.根据权利要求1所述的模块化多电平电池储能系统功率器件选型方法，其特征在于，所述根据直流侧电压、子模块数量和子模块电池电压的工作范围计算子模块中上、下桥臂功率器件的导通占空比，包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭鹏，凌志斌，孙万洲，李毓烜，李勇琦，陈满，
申请(专利权)人：南方电网调峰调频发电有限公司储能科研院，
类型：发明
国别省市：