【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，特別是涉及一種基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)及其控制方法。
技術(shù)介紹
1、高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)是一種先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，以提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。這種系統(tǒng)通過(guò)將多個(gè)電池模塊或儲(chǔ)能單元串聯(lián)起來(lái)，形成一個(gè)高電壓輸出的整體系統(tǒng)。
2、傳統(tǒng)的大容量?jī)?chǔ)能電站一般是將多臺(tái)儲(chǔ)能pcs在低壓交流側(cè)并聯(lián)運(yùn)行，并通過(guò)升壓變壓器逐級(jí)升壓再接入中高壓電網(wǎng)，但是，儲(chǔ)能pcs并聯(lián)臺(tái)數(shù)過(guò)多會(huì)導(dǎo)致多種穩(wěn)定性問(wèn)題以及環(huán)流和功率不均分的問(wèn)題。同時(shí)，此方案所述的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)占地面積大、控制系統(tǒng)復(fù)雜、協(xié)調(diào)控制困難，變壓器損耗大，系統(tǒng)效率低。在此之上，基于級(jí)聯(lián)h橋變換器的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)在各相h橋直流側(cè)引入分散的電池模組，容易實(shí)現(xiàn)各種高壓級(jí)聯(lián)和容量擴(kuò)展。同時(shí)，該方案減小了電池環(huán)流省去工頻變壓器，從而可實(shí)現(xiàn)電池儲(chǔ)能功率變換的高效率、高可靠性、大容量化與安全性需求。但現(xiàn)有的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)也存在各種問(wèn)題，具體分析如下：
3、1)如中國(guó)專(zhuān)利cn215267793u所述的一體式高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括級(jí)聯(lián)的pcs功率單元，所述的pcs功率單元是基于單組電池包與h橋并聯(lián)后再級(jí)聯(lián)，同時(shí)在電池包與h橋之間接入lc濾波器，從而抑制電池包的2倍頻紋波電流。同時(shí)，h橋端口采用機(jī)械開(kāi)關(guān)并聯(lián)，用于pcs功率單元旁路設(shè)計(jì)；該技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)電池包實(shí)現(xiàn)精細(xì)化均衡管理，同時(shí)，單個(gè)電池包故障時(shí)，整個(gè)pcs功率單元需要退出，系統(tǒng)可靠性較低；
4、2)如中國(guó)專(zhuān)利cn115513935a所述的一種高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)的模塊
5、3)如中國(guó)專(zhuān)利cn111049273a所述的一種高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能裝置，所述高壓級(jí)級(jí)聯(lián)方案是：h橋與電池包并聯(lián)后再級(jí)聯(lián)構(gòu)成高壓儲(chǔ)能系統(tǒng)；當(dāng)任意一個(gè)電池包故障后，該技術(shù)方案不具備電池包故障退出(或旁路)功能，高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)可靠性偏低等問(wèn)題。
6、綜上，如何實(shí)現(xiàn)高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)的均衡控制，提高高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行可靠性成為本領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)的目的是提供一種基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)及其控制方法，通過(guò)嵌入式功率模塊實(shí)現(xiàn)電池包荷電狀態(tài)均衡控制，并且可以實(shí)現(xiàn)任意電池包故障后被旁路，避免局部故障導(dǎo)致的停機(jī)，大大降低了高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)的故障率，從而提高了高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)提供了如下方案：
3、一種基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括與電網(wǎng)的三相線分別連接的三相鏈?zhǔn)絻?chǔ)能橋臂，每相鏈?zhǔn)絻?chǔ)能橋臂包括多個(gè)級(jí)聯(lián)的嵌套式功率模塊，每個(gè)嵌套式功率模塊包括若干直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元和h橋電路，若干直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元并聯(lián)后與所述h橋電路的直流側(cè)連接，所述h橋電路的交流側(cè)連接交流開(kāi)關(guān)；
4、所述直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元包括多個(gè)儲(chǔ)能模塊、直流電抗器、直流開(kāi)關(guān)，多個(gè)儲(chǔ)能模塊級(jí)聯(lián)后依次與直流電抗器、直流開(kāi)關(guān)連接，所述儲(chǔ)能模塊包括電池包以及與電池包連接的半橋電路，所述半橋電路用于電池包的荷電狀態(tài)均衡控制。
5、進(jìn)一步地，所述半橋電路包括兩個(gè)全控型半導(dǎo)體器件，兩個(gè)全控型半導(dǎo)體器件串接，兩個(gè)全控型半導(dǎo)體器件之間形成半橋中點(diǎn)。
6、進(jìn)一步地，每個(gè)所述直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元中，第一個(gè)儲(chǔ)能模塊的半橋中點(diǎn)依次與直流電抗器、直流開(kāi)關(guān)連接，直流開(kāi)關(guān)連接到直流正端(dc+)，第一個(gè)儲(chǔ)能模塊的負(fù)極與第二個(gè)儲(chǔ)能模塊的半橋中點(diǎn)連接，第二個(gè)儲(chǔ)能模塊的負(fù)極與第三個(gè)儲(chǔ)能模塊的半橋中點(diǎn)連接，以此類(lèi)推，最后一個(gè)儲(chǔ)能模塊的負(fù)極連接到直流負(fù)端(dc-)，所述直流正端(dc+)、直流負(fù)端(dc-)分別與所述h橋電路的直流側(cè)連接。
7、進(jìn)一步地，兩個(gè)全控型半導(dǎo)體器件分別為全控型半導(dǎo)體器件q1和全控型半導(dǎo)體器件q2，全控型半導(dǎo)體器件q1和全控型半導(dǎo)體器件q2均采用mosfet，全控型半導(dǎo)體器件q1的d極(漏極)與電池包正極連接，全控型半導(dǎo)體器件q2的s極(源極)與電池包負(fù)極連接。
8、進(jìn)一步地，所述電池包的兩端還并聯(lián)有電容器c0，所述電容器c0位于電池包與半橋電路之間。
9、進(jìn)一步地，所述h橋電路包括四個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件，每?jī)蓚€(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件同向串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)橋臂，兩個(gè)橋臂并聯(lián)連接，且兩個(gè)橋臂中點(diǎn)分別連接交流正端和交流負(fù)端，交流正端和交流負(fù)端之間并聯(lián)所述交流開(kāi)關(guān)；每個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件包括并聯(lián)設(shè)置的全控型半導(dǎo)體器件和單向不可控半導(dǎo)體器件。
10、進(jìn)一步地，四個(gè)所述全控型半導(dǎo)體器件均采用igbt，四個(gè)所述單向不可控半導(dǎo)體器件均采用二極管。
11、進(jìn)一步地，若干直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元并聯(lián)后還并聯(lián)一個(gè)電容器c1，所述電容器c1位于若干并聯(lián)的直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元與所述h橋電路之間。
12、進(jìn)一步地，三相鏈?zhǔn)絻?chǔ)能橋臂的交流正端依次通過(guò)橋臂電抗器l、橋臂等效電阻r、網(wǎng)側(cè)電抗器ls連接到電網(wǎng)的三相線，三相鏈?zhǔn)絻?chǔ)能橋臂的交流負(fù)端均連接到公共點(diǎn)n。
13、本專(zhuān)利技術(shù)還提供一種基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制方法，應(yīng)用于上述的基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，所述控制方法包括以下故障切除模式：
14、當(dāng)某一電池包發(fā)生故障，通過(guò)與該電池包對(duì)應(yīng)的半橋電路，將該電池包短接，直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元中其他電池包正常運(yùn)行；
15、當(dāng)某一直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元發(fā)生故障，通過(guò)打開(kāi)該直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元的直流開(kāi)關(guān)，將該直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元切出，嵌套式功率模塊中其他直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元正常運(yùn)行；
16、當(dāng)某一嵌套式功率模塊發(fā)生故障，通過(guò)閉合該嵌套式功率模塊中的交流開(kāi)關(guān)，將該嵌套式功率模塊短接，每相鏈?zhǔn)絻?chǔ)能橋臂中其他嵌套式功率模塊正常運(yùn)行。
17、綜上，本專(zhuān)利技術(shù)提供的是一種高性價(jià)比的基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)及其控制方法，每相鏈?zhǔn)絻?chǔ)能橋臂包括多個(gè)級(jí)聯(lián)的嵌套式功率模塊，每個(gè)嵌套式功率模塊包括若干直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元和h橋電路，所述直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元包括多個(gè)儲(chǔ)能模塊、直流電抗器、直流開(kāi)關(guān)，儲(chǔ)能模塊包括電池包以及與電池包連接的半橋電路。本專(zhuān)利技術(shù)中所述嵌套式功率模塊包含多個(gè)半橋電路和一個(gè)h橋電路，每一個(gè)半橋電路與電池包連接，每一個(gè)半橋電路可用于通過(guò)控制全控型半導(dǎo)體器件開(kāi)通或關(guān)斷時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)電池充放電電量、荷電控制；將所述嵌套式功率模塊的多個(gè)半橋電路、直流電抗器、直流開(kāi)關(guān)串接后得到一組直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元，每一組直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部荷電狀態(tài)均衡控制；所述嵌套式功率模塊可包括多組并聯(lián)的直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元和h橋電路，可通過(guò)控制h橋電路中功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件的開(kāi)通或關(guān)斷時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)多組直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元實(shí)現(xiàn)荷電狀態(tài)均衡控制。
18、本專(zhuān)利技術(shù)提供的嵌套式功率模塊，不僅具備以上電池包荷電狀態(tài)均衡控制的效果，還具備如下優(yōu)勢(shì)：
19、1)半橋電路具備任意1組電池包故障后被旁路，不會(huì)造成直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元故障停機(jī)；<本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括與電網(wǎng)的三相線分別連接的三相鏈?zhǔn)絻?chǔ)能橋臂，其特征在于，每相鏈?zhǔn)絻?chǔ)能橋臂包括多個(gè)級(jí)聯(lián)的嵌套式功率模塊，每個(gè)嵌套式功率模塊包括若干直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元和H橋電路，若干直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元并聯(lián)后與所述H橋電路的直流側(cè)連接，所述H橋電路的交流側(cè)連接交流開(kāi)關(guān)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述半橋電路包括兩個(gè)全控型半導(dǎo)體器件，兩個(gè)全控型半導(dǎo)體器件串接，兩個(gè)全控型半導(dǎo)體器件之間形成半橋中點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所述直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元中，第一個(gè)儲(chǔ)能模塊的半橋中點(diǎn)依次與直流電抗器、直流開(kāi)關(guān)連接，直流開(kāi)關(guān)連接到直流正端，第一個(gè)儲(chǔ)能模塊的負(fù)極與第二個(gè)儲(chǔ)能模塊的半橋中點(diǎn)連接，第二個(gè)儲(chǔ)能模塊的負(fù)極與第三個(gè)儲(chǔ)能模塊的半橋中點(diǎn)連接，以此類(lèi)推，最后一個(gè)儲(chǔ)能模塊的負(fù)極連接到直流負(fù)端，所述直流正端、直流負(fù)端分別與所述H橋電路的直流側(cè)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，兩個(gè)全控型半導(dǎo)體器件分
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述電池包的兩端還并聯(lián)有電容器C0，所述電容器C0位于電池包與半橋電路之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述H橋電路包括四個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件，每?jī)蓚€(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件同向串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)橋臂，兩個(gè)橋臂并聯(lián)連接，且兩個(gè)橋臂中點(diǎn)分別連接交流正端和交流負(fù)端，交流正端和交流負(fù)端之間并聯(lián)所述交流開(kāi)關(guān)；每個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)組件包括并聯(lián)設(shè)置的全控型半導(dǎo)體器件和單向不可控半導(dǎo)體器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，四個(gè)所述全控型半導(dǎo)體器件均采用IGBT，四個(gè)所述單向不可控半導(dǎo)體器件均采用二極管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，若干直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元并聯(lián)后還并聯(lián)一個(gè)電容器C1，所述電容器C1位于若干并聯(lián)的直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元與所述H橋電路之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，三相鏈?zhǔn)絻?chǔ)能橋臂的交流正端依次通過(guò)橋臂電抗器、橋臂等效電阻、網(wǎng)側(cè)電抗器連接到電網(wǎng)的三相線，三相鏈?zhǔn)絻?chǔ)能橋臂的交流負(fù)端均連接到公共點(diǎn)。
10.一種基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)的控制方法，應(yīng)用于權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述控制方法包括以下故障切除模式：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括與電網(wǎng)的三相線分別連接的三相鏈?zhǔn)絻?chǔ)能橋臂，其特征在于，每相鏈?zhǔn)絻?chǔ)能橋臂包括多個(gè)級(jí)聯(lián)的嵌套式功率模塊，每個(gè)嵌套式功率模塊包括若干直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元和h橋電路，若干直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元并聯(lián)后與所述h橋電路的直流側(cè)連接，所述h橋電路的交流側(cè)連接交流開(kāi)關(guān)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，所述半橋電路包括兩個(gè)全控型半導(dǎo)體器件，兩個(gè)全控型半導(dǎo)體器件串接，兩個(gè)全控型半導(dǎo)體器件之間形成半橋中點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所述直流鏈?zhǔn)絻?chǔ)能單元中，第一個(gè)儲(chǔ)能模塊的半橋中點(diǎn)依次與直流電抗器、直流開(kāi)關(guān)連接，直流開(kāi)關(guān)連接到直流正端，第一個(gè)儲(chǔ)能模塊的負(fù)極與第二個(gè)儲(chǔ)能模塊的半橋中點(diǎn)連接，第二個(gè)儲(chǔ)能模塊的負(fù)極與第三個(gè)儲(chǔ)能模塊的半橋中點(diǎn)連接，以此類(lèi)推，最后一個(gè)儲(chǔ)能模塊的負(fù)極連接到直流負(fù)端，所述直流正端、直流負(fù)端分別與所述h橋電路的直流側(cè)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于嵌套式功率模塊的高壓級(jí)聯(lián)儲(chǔ)能系統(tǒng)，其特征在于，兩個(gè)全控型半導(dǎo)體器件分別為全控型半導(dǎo)體器件q1和全控型半導(dǎo)體器件q2，全控型半導(dǎo)體器件q1和全控型半導(dǎo)體器件q2均采用mosfet，全控型半導(dǎo)體器件q1的漏極與電池包正極連接，全控型半導(dǎo)體器件q2的源極與電池包負(fù)極連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌套式功...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張紅波，林衛(wèi)星，左文平，張明露，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：廈門(mén)和儲(chǔ)能源科技有限公司，
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