一种含Z源网络的电池储能功率转换系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种含Z源网络的电池储能功率转换系统，所述功率转换系统包括锂电池系统、Z源网络、双向DC／AC变流器、滤波电路和DSP芯片；所述锂电池系统、Z源网络、双向DC／AC变流器、滤波电路依次连接；锂电池系统的直流输出和输入经过Z源网络调节后通过双向DC／AC变流器转换为三相交流输出；双向DC／AC变流器输出通过滤波电路滤波后连接到电网，采用DSP芯片的SVPWM调制技术控制双向DC／AC变流器。本实用新型专利技术提供的方案克服现有功率转换系统在设备复杂、双向功率转换效率低、缺少储能电池系统保护、直流链电压允许波动范围小、逆变桥臂开关管不能直通、并网谐波滤波效果不好等缺点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电力设备设计
，具体涉及一种含Z源网络的电池储能功率转换系统。
技术介绍
2011年我国光伏装机为3GW，而国家能源局统计数据指出，光伏并网装机容量仅为2. 14GW。这意味着，全国光伏装机中约有29%光伏系统尚未并网。电池储能系统不仅能够提高间歇性能源并网发电能力，而且在电力系统的发电、输电、配电和用电环节中都发挥着积极的作用，可以完成电网的削峰填谷、过负荷冲击调节、频率调节及提高电能质量，达到电网安全性的目的。其中锂电池因其比能量大、循环寿命长、安全性能好、可快速充放电、自放电少和无记忆效应等优点，在间歇性能源并网发电方面有很好的应用前景。电池储能系统的一个重要组成部分就是能量转换系统(power conversionsystem, PCS)。通过PCS可以实现电池储能系统直流电池与交流电网之间的双向能量传递，通过控制策略实现对电池系统的充放电管理、对网侧负荷功率的跟踪、对电池储能系统充放电功率的控制、对正常及孤岛运行方式下网侧电压的控制等。PCS装置已在太阳能、风能等分布式发电技术中有较多的应用，并逐渐应用于飞轮储能、超级电容器、电池储能等小容量双向功率传递的储能系统中。近些年来，随着电池技术与电力电子技术的不断进步，使得PCS拓扑结构能够不断改进。新型PCS拓扑结构正向着具有更小装置整体损耗、更高可靠性以及形成更加方便和高效的模块化结构方向发展。申请号为201110193855. 7，名称为“基于锂电池和超级电容的储能并网电路及其控制方法”，提出储能并网电路及其控制思路。但在系统结构方面，其使用DC / DC设备，增加设备数量且功率很难做大，并使双向能量转换环节效率降低；在控制策略方面，没有考虑对电池系统进行保护，不利于电池系统长期安全稳定运行。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供一种含Z源网络的电池储能功率转换系统，本技术提供的方案克服现有功率转换系统在设备复杂、双向功率转换效率低、缺少储能电池系统保护、直流链电压允许波动范围小、逆变桥臂开关管不能直通、并网谐波滤波效果不好等缺点。本技术的目的是采用下述技术方案实现的—种含Z源网络的电池储能功率转换系统，其改进之处在于，所述功率转换系统包括锂电池系统、Z源网络、双向DC / AC变流器、滤波电路和DSP芯片；所述锂电池系统、Z源网络、双向DC / AC变流器、滤波电路依次连接；所述锂电池系统的直流输出和输入经过Z源网络调节后通过双向DC / AC变流器转换为三相交流输出；所述双向DC / AC变流器输出通过滤波电路滤波后连接到电网，采用DSP芯片的SVPWM调制技术控制双向DC / AC变流器。其中，所述锂电池系统通过Z源网络连接到双向DC / AC变流器的直流端；所述双向DC / AC变流器的交流端连接滤波电路；所述DSP芯片通过隔离驱动电路连接到双向DC / AC变流器的电子开关器件。其中，所述隔离驱动电路包括隔离器和驱动器。其中，所述锂电池系统由锂电池单体串并联组成。其中，在所述锂电池系统和Z源网络之间设有IGBT模块S7。其中，所述Z源网络的拓扑为升降压拓扑，所述Z源网络包括两个等值电感和两个等值电容；所述两个等值电容呈X形放置，所述两个等值电容之间不连接；每个等值电容一端均连接一个等值电感，每个等值电容另一端均连接另一等值电感。其中，所述两个等值电感分别用L1和L2表示；所述两个等值电容分别用C1和C2表/Jn ο其中，所述滤波电路为LCL滤波器；所述LCL滤波器包括三组串联电感组和三个电容；所述三组串联电感组并联；每组串联电感组包括串联的两个电感；所述三组串联电感组的三端分别连接双向DC / AC变流器三相的交流输出端；所述串联电感组的另外三端连接电网；所述三个电容并联；每个电容的一端分别与另两个电容的一端相互连接形成公共端；每个电容的另一端分别连接三组串联电感组的公共端。其中，所述双向DC / AC变流器包括三相六桥臂；每个桥臂由IGBT模块组成；所述IGBT模块由反并联的IGBT芯片和二极管组成。其中，每相上下两个桥臂的IGBT模块或同时导通。其中，所述三相六桥臂均与隔离驱动电路连接；所述IGBT模块S7与隔离驱动电路连接。与现有技术比，本技术达到的有益效果是1、本技术提供的含Z源网络的电池储能功率转换系统，克服现有功率转换系统在设备复杂、双向功率转换效率低、缺少储能电池系统保护、直流链电压允许波动范围小、逆变桥臂IGBT模块(开关管)不能直通、并网谐波滤波效果不好等缺点。2、本技术的锂电池系统采用锂电池单体串联和并联组成，通过锂电池单体串并联来满足系统对电压、电流及功率的需求。采用Z源网络，允许双向DC / AC变流器同一桥臂上的IGBT模块(开关管)同时导通时，不用像传统变流器那样加入死区时间，提高了网侧正弦波电流的波形品质；在输入电压范围比较宽泛时，仍可输出稳定的直流电压。因此，含Z源网络的电池储能功率转换系统具有波形质量好、结构简单、转换效率高的特点。3、本技术采用LCL滤波器，与传统L滤波器相比，增强功率转换系统稳定性，提高滤波效果，同时节约总的电感磁芯材料。4、本技术还加入锂电池系统保护控制策略，避免锂电池系统出现过度充电或者过度放电状态，延长储能电池组工作寿命，减少综合使用成本。5、本技术采用DSP芯片的SVPWM调制技术，每次开关切换只涉及一个器件，开关损耗小；利用电压空间矢量直接生成三相PWM波，计算简单；变流器输出线电压基波最大值为直流侧电压，比一般的SPWM变流器输出电压高15%。6、本技术采用DSP芯片的SVPWM调制技术，通过监测电感电流来确定逆变桥是单相直通、两相直通，还是三相直通，可以有效降低开关次数，减少开关损耗，同时避免电 力开关管承受过大的电流应力而损坏。附图说明图1是本技术提供的实施例含Z源网络的锂电池储能功率转换系统拓扑结构图；图2是本技术提供的实施例含Z源网络的锂电池储能功率转换系统控制流程图；图3是本技术提供的锂电池系统保护控制流程图。具体实施方式以下结合附图对本技术的具体实施方式作进一步的详细说明。图1为含Z源网络的锂电池储能功率转换系统拓扑结构。功率转换系统包括锂电池系统、Z源网络、双向DC / AC变流器、滤波电路和DSP芯片；所述的锂电池系统、Z源网络、双向DC / AC变流器、滤波电路依次连接；具体的锂电池系统通过Z源网络连接到双向DC / AC变流器的直流端，双向DC / AC变流器的交流端连接到滤波电路，DSP芯片连接到双向DC / AC变流器的开关器件，用以输出控制电压。锂电池系统是由锂电池单体经串并联后组成，用以满足系统对电压、电流和功率的需求；Z源网络由2个等值电感和2个等值电容组成，2个等值电容呈X形放置，但不连接，每个等值电容一端都连接一`等值电感L1，其另一端连接另一等值电感L2;所述的滤波电路为LCL滤波器，由3组串联电感组和3个电容组成，等值电感两两串联为一电感组，3组电感组的三端分别连接双向DC / AC变流器三相交流输出端，3个电感组的另外三端分别连接电网；3个电容的一端相互连接形成公共端，3个电容的另一端分别连接3组串联电感的公共端。另个等值电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含Z源网络的电池储能功率转换系统，其特征在于，所述功率转换系统包括锂电池系统、Z源网络、双向DC／AC变流器、滤波电路和DSP芯片；所述锂电池系统、Z源网络、双向DC／AC变流器、滤波电路依次连接；所述锂电池系统的直流输出和输入经过Z源网络调节后通过双向DC／AC变流器转换为三相交流输出；所述双向DC／AC变流器输出通过滤波电路滤波后连接到电网，采用DSP芯片的SVPWM调制技术控制双向DC／AC变流器。

【技术特征摘要】
1.一种含Z源网络的电池储能功率转换系统，其特征在于，所述功率转换系统包括锂电池系统、Z源网络、双向DC / AC变流器、滤波电路和DSP芯片；所述锂电池系统、Z源网络、双向DC / AC变流器、滤波电路依次连接； 所述锂电池系统的直流输出和输入经过Z源网络调节后通过双向DC / AC变流器转换为三相交流输出；所述双向DC / AC变流器输出通过滤波电路滤波后连接到电网，采用DSP芯片的SVPWM调制技术控制双向DC / AC变流器。2.如权利要求1所述的含Z源网络的电池储能功率转换系统，其特征在于，所述锂电池系统通过Z源网络连接到双向DC / AC变流器的直流端；所述双向DC / AC变流器的交流端连接滤波电路；所述DSP芯片通过隔离驱动电路连接到双向DC / AC变流器的电子开关器件。3.如权利要求2所述的含Z源网络的电池储能功率转换系统，其特征在于，所述隔离驱动电路包括隔离器和驱动器。4.如权利要求1所述的含Z源网络的电池储能功率转换系统，其特征在于，所述锂电池系统由锂电池单体串并联组成。5.如权利要求4所述的含Z源网络的电池储能功率转换系统，其特征在于，在所述锂电池系统和Z源网络之间设有IGBT模块S7。6.如权利要求1所述的含Z源网络的电池储能功率转换系统，其特征在于，所述Z源网络的拓扑为升降压拓扑，所述Z源网络包括两个等值电感和两个等值电容...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建林，谢志佳，徐少华，修晓青，惠东，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：实用新型
国别省市：