[發明專利]一種兩級充放電系統

有效

• 申請號: 201210056901.3
• 申請日: 2012-03-06
• 公開（公告）號: CN102611173A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 段善旭;陳昌松;蔡濤;劉寶其;方支劍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H02J7/02
• 分類號: H02J7/02;H02J7/10
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 方放

技術領域

本發明屬于雙向功率變換系統，具體涉及一種兩級充放電系統，適用于兆瓦級功率儲能系統應用。

背景技術

大規模電池儲能電站具有工況轉換快、運行靈活、高效、安全環保、運行維護費低、建設周期短、可擴展性強等特點，可用于支撐電網末端電壓，改善電網電能質量，對關鍵負荷實現不間斷供電，在其規模達到一定程度后還可以實現負荷搬運。大規模電池儲能電站建設的關鍵在于大規模充放電技術，大規模充放電技術包含了儲能載體(動力電池、儲能電池)，也包括適用于大規模電池儲能的大功率雙向交直流變流器和雙向直流變流器(BDC)以及由此構成的能量變換系統。從系統的層面出發，又包括對大規模電池儲能系統構架的研究，以及系統與電網之間電能質量的調節與能量調度的分析，同時還必須分析電網故障時系統的獨立孤島運行特性。

現有的電池儲能系統往往被用于平抑光伏、風力等新能源并網后引入的功率波動，提高系統穩定性和電能質量，增強變流器低電壓穿越能力。常見的儲能系統有單級系統和兩級系統。單級系統結構比兩級系統簡單，但其充放電深度受電池端電壓的影響，電池工作范圍較小，華中科技大學的曾杰在其博士論文“可再生能源發電與微網中儲能系統的構建與控制研究，2009”中，提出一種用于平抑風力發電有功輸出的儲能系統，包括雙向交直流變流器和相應的控制單元，用于850千瓦的風力發電系統，文中進行了電力系統級別的仿真，雖然該儲能系統容量可超過0.5兆瓦，但其特點是采用單級結構，系統容量只占整個風力發電系統容量的較小部分，儲能系統運行于并網充放電模式，以提供短時間的功率支撐，減小風電輸出功率的波動對電網的影響。

兩級系統通過雙向直流變流器連接電池組可以有效避免單級系統充放電深度受電池端電壓的影響，電池工作范圍較小這一缺點。清華大學的金一丁等人在其論文“電池儲能系統的非線性控制器，2009”中，提出一種用于鈉硫電池儲能系統的兩級儲能系統，包括雙向交直流變流器、雙向直流變流器和相應的控制單元，雙向直流變流器由三組斬波電路構成，僅工作于并網充放電工況，其容量為75kVA，功率支撐時間較短。

發明內容

本發明提供一種兩級充放電系統，解決現有兩級充放電系統存在的容量小、功率支撐時間短和運行模式簡單的問題，實現多模式和高可靠運行。

本發明的一種兩級充放電系統，包括雙向交直流變流器、控制器和N臺雙向直流變流器，雙向交直流變流器通過直流母線和N臺雙向直流變流器輸入端并聯，控制器生成第一～第六路驅動信號送至雙向交直流變流器，控制器生成第七～第(6+2N)路驅動信號送至N臺雙向直流變流器，N臺雙向直流變流器輸出端分別用于連接N組電池，N＝1～10，其特征在于：

A.所述控制器包括模式判斷模塊、孤島運行模塊、并網放電模塊、并網充電模塊、分段恒流充電模塊和恒流恒壓充電模塊；

(1)模式判斷模塊進行下述操作：

(1.1)置工作模式變量n＝0，第i組電池充電次數計數值j_i＝0，i＝1～N；

(1.2)周期性判斷模式輸入變量m是否等于當前工作模式變量n，是則轉步驟(1.4)；否則轉步驟(1.3)；

(1.3)將模式輸入變量m的值賦給工作模式變量n；

(1.4)判別工作模式變量n：

n＝1，轉孤島運行模塊；

n＝2，轉并網放電模塊；

n＝3，轉并網充電模塊；

n＝4，轉分段恒流充電模塊；

n＝5，轉恒流恒壓充電模塊；

(2)孤島運行模塊進行下述操作：

(2.1)對交流母線的初始三相交流電壓u_sa，b，c、初始三相交流電流i_sa，b，c以及初始直流母線電壓u_sdc、第i臺初始電池電壓u_sbati和第i臺初始電池電流i_sbati進行濾波，得到三相交流電壓u_a，b，c、三相交流電流i_a，b，c、直流母線電壓u_dc、第i組電池電壓u_bati、第i臺輸出電池電流i_bati，i＝1～N；

(2.2)利用計數器獲得相角x為當前時刻計數值，X＝mod(10⁶/2^T)，mod表示對括號內的值取整，T為0～7的整數；計數器每20×2^Tns加1；