链式可变直流模拟源与高压储能变换器一体机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种链式可变直流模拟源与高压储能变换器一体机，包括多绕组移相变压器和3N个功率单元，N为正整数，每N个功率单元串联构成一相，三相星型连接，引出的三个高压输出端经并网电抗器接入电网；所述3N个功率单元包括m个储能单元和n个模拟单元，m+n=3N且m、n均为自然数，其中：每个储能单元包括并联的第一H桥功率模块和储能电池；每个模拟单元包括并联的第二H桥功率模块和电池模拟装置；所述电池模拟装置包括电抗器、PWM整流器、直流电容和端子。本实用新型专利技术能够批量化地检测储能电池的工作特性，极大降低了企业的投资，提供了一种验证高压储能变换器控制策略尤其相内、相间均衡特性的实验平台。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种链式可变直流模拟源与高压储能变换器一体机，包括多绕组移相变压器和3N个功率单元，N为正整数，每N个功率单元串联构成一相，三相星型连接，引出的三个高压输出端经并网电抗器接入电网；所述3N个功率单元包括m个储能单元和n个模拟单元，m+n=3N且m、n均为自然数，其中：每个储能单元包括并联的第一H桥功率模块和储能电池；每个模拟单元包括并联的第二H桥功率模块和电池模拟装置；所述电池模拟装置包括电抗器、PWM整流器、直流电容和端子。本技术能够批量化地检测储能电池的工作特性，极大降低了企业的投资，提供了一种验证高压储能变换器控制策略尤其相内、相间均衡特性的实验平台。【专利说明】链式可变直流模拟源与高压储能变换器一体机
本技术涉及电力系统储能
，具体涉及一种链式可变直流模拟源与高压储能变换器一体机，用于对储能电池的模拟和对高压储能系统控制策略的验证。
技术介绍
随着传统能源的枯竭和环境的日益恶化，可再生能源得到广泛地应用。光伏、风电等可再生能源受到其自身固有的波动性和间歇性特点的制约，在大规模并网后，会带来输出功率波动的问题，严重威胁了电网的稳定运行。电池储能技术可以有效平滑新能源发电系统的功率输出，提高电力系统的安全性、可靠性，但电池储能系统的大规模应用至少面临着以下两大难题:一是储能电池价格高昂，大规模电池组集成技术难度大，项目开发建设成本高。高压储能变换器在研发过程中按照功率要求匹配一套相应的储能电池，会极大地增加企业的研发成本和初期设计风险，一旦出错将造成社会资源的重大浪费。另外，储能电池在使用前需要对电池电压、容量、内阻、充放电电压电流特性等数十项参数进行测试，目前普遍采用的直流电源充电，电阻式放电方法会让大量电能转化为热能而白白消耗，随着储能电池的大规模应用，这种能源浪费问题更加凸显。亟需开发一种既节能又高效的批量化电池检测装置，并且能够在储能项目的开发初期，用替代装置模拟电池特性进行变换器的结构和算法的创新。二是缺乏针对大型高压储能系统控制策略的验证手段。大规模储能系统应用，为了提高整机效率，必然向高压化发展，如何有效控制储能电池的组内、组间能量流动，验证高压储能变换器的相内、相间均衡问题，成为变换器设计与控制策略研究的重中之中。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种链式可变直流模拟源与高压储能变换器一体机，能够批量化地检测储能电池的工作特性，降低了功耗，通过电池模拟装置与实际储能电池的配合，降低了实验投资和占地面积，是一种较为理想的验证高压储能变换器控制策略尤其相内、相间均衡特性的实验平台。实现上述目的的技术方案是:—种链式可变直流模拟源与高压储能变换器一体机，外接电网和并网电抗器，所述一体机包括多绕组移相变压器和3N个功率单元，N为正整数，其中:所述多绕组移相变压器的原边接入所述电网；每N个功率单元串联构成一相，三相星型连接，引出的三个高压输出端经所述并网电抗器接入所述电网；所述3N个功率单元包括m个储能单元和η个模拟单元，m+n=3N且m、η均为自然数，其中:每个储能单元包括并联的第一 H桥功率模块和储能电池，该储能单元通过其内的第一H桥功率模块的两个输出端与同相相邻的储能单元或者模拟单元串联；每个模拟单元包括并联的第二 H桥功率模块和电池模拟装置，该模拟单元通过其内的第二 H桥功率模块的两个输出端与同相相邻的储能单元或者模拟单元串联；所述电池模拟装置包括电抗器、PWM (脉冲宽度调制)整流器、直流电容和端子，其中:所述电抗器的一端连接所述多绕组移相变压器的一组次级绕组，另一端连接所述PWM整流器的输入端；所述PWM整流器、直流电容和端子均与所述第二 H桥功率模块并联。上述的链式可变直流模拟源与高压储能变换器一体机，其中，所述第一 H桥功率模块和第二 H桥功率模块结构相同，包括四个带反并联二极管的开关器件，每两个开关器件串联形成的支路相互并联；相串联的两个开关器件的串联端作为一个输出端。上述的链式可变直流模拟源与高压储能变换器一体机，其中，所述每个储能单元还包括电阻、开关和电容，其中:所述储能电池的一端通过所述电阻连接所述第一 H桥功率模块的一输入端，储能电池的另一端连接所述第一 H桥功率模块的另一输入端；所述开关与所述电阻并联；所述电容与所述第一 H桥功率模块并联。上述的链式可变直流模拟源与高压储能变换器一体机，其中，所述储能电池为锂电池、液流电池、钠硫电池、铅酸电池或者超级电容器。本技术的有益效果是:本技术通过模拟单元的电池模拟装置模拟电池充电、放电与储能特性，测试并采集在相同工作状态下的储能单元电池组的工作信息，通过增加储能单元的数量就能够批量化的进行检测，降低了功耗，并且通过串联输出侧将能量回馈电网，较为节能环保。同时，由于储能电池成本和占地面积均远高于模拟装置，通过电池模拟装置来模拟多种储能电池的外部特性，能够大大减少电池投资，降低初期设计风险，便于验证高压储能变换器在工作时的相内、相间均衡特性。【专利附图】【附图说明】图1是本技术的链式可变直流模拟源与高压储能变换器一体机的结构示意图；图2是本技术中储能单元的电路结构示意图；图3是本技术中模拟单元的电路结构示意图；图4是本技术的一体机在6kV高压电网下的串联原理示意图。【具体实施方式】下面将结合附图对本技术作进一步说明。请参阅图1、图2和图3，本技术的链式可变直流模拟源与高压储能变换器一体机，包括多绕组移相变压器11和3N个功率单元，N为正整数，其中:多绕组移相变压器11的原边12作为一体机的高压输入端接入电网7 ;每N个功率单元(Al-AN，Bl-BN或者C1-CN)串联构成一相，三相星型连接，引出的三个高压输出端A、B、C作为一体机的输出端，经并网电抗器6接入电网7;3N个功率单元包括m个储能单元15和η个模拟单元14,m+n=3N且m、n均为自然数，具体单元数目根据一体机的测试目的进行优化配置，例如，用于批量测试储能电池工作特性的工况，则增加储能单元15的数量；用以验证高压储能变换器控制策略时，则增加模拟单元14的数量；其中:每个储能单元15包括并联的第一 H桥功率模块21和储能电池E，该储能单元E通过其内的第一 H桥功率模块21的两个输出端与同相相邻的储能单元15或者模拟单元14串联；第一 H桥功率模块21包括四个带反并联二极管的开关器件S1-Sl开关器件可以为IGBT、晶闸管或大功率MOSFET等功率半导体器件；每两个开关器件(S1和S3，S2和S4)串联形成的支路相互并联，该并联支路的两端作为第一 H桥功率模块21的两个输入端；相串联的两个开关器件(S1和S3，S2和S4)的串联端作为一个输出端，即:开关器件S1与开关器件S2的公共端，以及开关器件S3与开关器件S4的公共端作为此储能单元15与外界进行能量交换的端口，与同相相邻单元串联；本实施例中，储能单元15还包括电阻R、开关K和电容Cl，其中:储能电池E的一端通过电阻R连接第一 H桥功率模块21的一输入端，储能电池E的另一端连接第一 H桥功率模块21的另一输入端；开关K与电阻R并联；电容Cl与第一 H桥功率模块21并联，即接在第一 H桥功率模块21的两个输入端之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种链式可变直流模拟源与高压储能变换器一体机，外接电网和并网电抗器，其特征在于，所述一体机包括多绕组移相变压器和3N个功率单元，N为正整数，其中：所述多绕组移相变压器的原边接入所述电网；每N个功率单元串联构成一相，三相星型连接，引出的三个高压输出端经所述并网电抗器接入所述电网；所述3N个功率单元包括m个储能单元和n个模拟单元，m+n=3N且m、n均为自然数，其中：每个储能单元包括并联的第一H桥功率模块和储能电池，该储能单元通过其内的第一H桥功率模块的两个输出端与同相相邻的储能单元或者模拟单元串联；每个模拟单元包括并联的第二H桥功率模块和电池模拟装置，该模拟单元通过其内的第二H桥功率模块的两个输出端与同相相邻的储能单元或者模拟单元串联；所述电池模拟装置包括电抗器、PWM整流器、直流电容和端子，其中：所述电抗器的一端连接所述多绕组移相变压器的一组次级绕组，另一端连接所述PWM整流器的输入端；所述PWM整流器、直流电容和端子均与所述第二H桥功率模块并联。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国栋，王山山，周悦，曹瑞霞，王瑞婷，朱沁，
申请(专利权)人：上海电气集团股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：