【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于大功率电力电子变流，具体涉及一种多级式储能变流器及其控制方法。
技术介绍
1、高压直挂储能系统是一种新型式的储能系统，与低压储能系统相比，采用模块化级联的技术，交流侧无需变压器直接与电网连接，具有更高的效率。
2、在高压直挂储能系统中，现有技术中储能单元主要选择电池，原因在于电池的续航能力强，能量密度高，应用相对成熟；但在将级联型储能变流器应用在电网系统的场景中时，通常需要储能变流器具备有功功率快速支撑能力，用于系统惯性支持或一次调频，而电池的放电倍率不高，无法满足该项要求；另一方面，电池对异常工况的耐受能力差，级联型储能变流器的直流电容存在二次谐波电压，会对电池注入二次谐波电流，影响电池寿命，现有技术是额外增加滤波器来消除二次谐波，增加了额外的成本；现有技术中也有提出用超级电容作为储能单元，但超级电容储能能力有限，无法满足稳态长时间连续充放电的需求；现有技术中也有将电池和超级电容混合应用的技术方案，但电路结构复杂，成本高，不适用于级联型储能变流器。
3、基于以上分析，现有的储能单元结构无法很好地支持储能变流器应用于电网系统，有待改进，本案由此产生。
技术实现思路
1、本专利技术的目的，在于提供一种多级式储能变流器及其控制方法，能够应用于电网系统，满足稳态长时间连续充放电的需求，还具有成本低的优点。
2、为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：
3、一种多级式储能变流器，包括至少一个换流链，换流链包括n个同向串联的多级
4、所述多级储能子模块包括电池、超级电容、直流电容、全桥电路、第一滤波单元和第二滤波单元，其中，电池的正极连接第一滤波单元的一端，第一滤波单元的另一端、第二滤波单元的一端、超级电容的正极相连接，第二滤波单元的另一端、直流电容的正极、全桥电路的直流正极相连接，电池的负极、超级电容的负极、直流电容的负极、全桥电路的直流负极相连接，全桥电路的交流正极、负极引出，作为该多级储能子模块的两端，且该全桥电路的交流正极、负极还分别连接相对应的旁路开关的两端。
5、上述多级式储能变流器设有3个换流链，3个换流链采用星型连接或角型连接。
6、上述全桥电路由四个功率半导体器件以h型连接构成。
7、上述第一滤波单元采用电感，或者电感与直流开关相串联的结构。
8、上述第一滤波单元还包括电阻，所述电阻与电感串联或并联。
9、上述第二滤波单元采用电感，或者电感与电阻串联，或者电感与电阻并联的结构。
10、上述超级电容的容值大于直流电容的容值的10倍。
11、如前所述的一种多级式储能变流器的控制方法，用于使所述多级式储能变流器工作于如下不同模式：
12、快速功率支撑模式，通过控制全桥电路中各功率半导体开关器件的开通关断，使变流器暂态输出正向或反向功率迅速上升，超级电容迅速放电或充电；
13、稳态模式，电池为超级电容提供稳定的充放电电流；
14、故障模式，如检测到直流电容、超级电容、电池之间电压差值超过电压动作门槛或之间流过的电流超过电流动作门槛，则闭合多级储能子模块的旁路开关，将故障的子模块短路。
15、上述多级式储能变流器工作于稳态模式时，当第一滤波单元中设有直流开关时，通过控制直流开关的分合调节电池的荷电状态，分开直流开关，储能变流器运行于无功调节模式。
16、上述电压动作门槛在额定电压值的30％-70％范围内，所述电流动作门槛在额定电流的2倍-5倍之间。
17、采用上述方案后，本专利技术的有益效果是：
18、(1)本专利技术通过电池、超级电容和直流电容混合应用的技术方案，既满足了储能变流器所需的有功功率快速支撑能力，又满足了稳态长时间连续充放电的需求；超级电容还与第一滤波单元、第二滤波单元形成lcl型的滤波器，不需要额外增加滤波器，降低成本的同时也满足了滤除谐波的需求；
19、(2)本专利技术还提供了多种工作模式下的控制方法，例如故障模式，在多级储能子模块工作时通过实时检测电压、电流状态量，一旦判断故障发生，立即通过闭合旁路开关将故障隔离，可靠性高。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种多级式储能变流器，其特征在于：包括至少一个换流链，换流链包括N个同向串联的多级储能子模块，还包括N个与所述多级储能子模块相对应的旁路开关，N个旁路开关一一对应并联在N个多级储能子模块的两端，其中，N为大于等于2的整数；
2.如权利要求1所述的一种多级式储能变流器，其特征在于：所述多级式储能变流器设有3个换流链，3个换流链采用星型连接或角型连接。
3.如权利要求1所述的一种多级式储能变流器，其特征在于：所述全桥电路由四个功率半导体器件以H型连接构成。
4.如权利要求1所述的一种多级式储能变流器，其特征在于：所述第一滤波单元采用电感，或者电感与直流开关相串联的结构。
5.如权利要求4所述的一种多级式储能变流器，其特征在于：所述第一滤波单元还包括电阻，所述电阻与电感串联或并联。
6.如权利要求1所述的一种多级式储能变流器，其特征在于：所述第二滤波单元采用电感，或者电感与电阻串联，或者电感与电阻并联的结构。
7.如权利要求1所述的一种多级式储能变流器，其特征在于：所述超级电容的容值大于直流电容的容值的10倍。
8.如权利要求1所述的一种多级式储能变流器的控制方法，其特征在于：用于使所述多级式储能变流器工作于如下不同模式：
9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述多级式储能变流器工作于稳态模式时，当第一滤波单元中设有直流开关时，通过控制直流开关的分合调节电池的荷电状态，分开直流开关，储能变流器运行于无功调节模式。
10.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述电压动作门槛在额定电压值的30％-70％范围内，所述电流动作门槛在额定电流的2倍-5倍之间。
...【技术特征摘要】
1.一种多级式储能变流器，其特征在于：包括至少一个换流链，换流链包括n个同向串联的多级储能子模块，还包括n个与所述多级储能子模块相对应的旁路开关，n个旁路开关一一对应并联在n个多级储能子模块的两端，其中，n为大于等于2的整数；
2.如权利要求1所述的一种多级式储能变流器，其特征在于：所述多级式储能变流器设有3个换流链，3个换流链采用星型连接或角型连接。
3.如权利要求1所述的一种多级式储能变流器，其特征在于：所述全桥电路由四个功率半导体器件以h型连接构成。
4.如权利要求1所述的一种多级式储能变流器，其特征在于：所述第一滤波单元采用电感，或者电感与直流开关相串联的结构。
5.如权利要求4所述的一种多级式储能变流器，其特征在于：所述第一滤波单元还包括电阻，所述电阻与电感串联或并联。
<...【专利技术属性】
技术研发人员：盛晓东，魏星，叶晗，李钊，王鹏飞，王宇，项颂，李原，郑博文，张爽，许才，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。