[發明專利]一種電力儲能用大容量組合型變換器

有效

• 申請號: 201210156463.8
• 申請日: 2012-05-18
• 公開（公告）號: CN102709937A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 張輝;劉金虹;李潔
• 申請（專利權）人: 西安理工大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/32
• 代理公司: 西安弘理專利事務所 61214
• 代理人: 李娜

技術領域

本發明涉及一種電力儲能用大容量組合型變換器，具體涉及一種電力儲能用電壓源型變換器。

背景技術

由于傳統能源的日益匱乏和環境日趨惡化，隨著高溫超導材料的發現和電力電子技術的快速發展，超導儲能(SMES）裝置在電力系統中的應用越來越廣泛，也極大地促進了新能源的發展。目前的電力儲能用電力控制裝置多數是由電力電子開關元件構成的電壓源型變換器，通過對電壓源型變換器輸出電壓的幅值和相位進行控制，使之快速地調節系統的有功功率、無功功率（包括諧波）。但新能源發電像風電（如風力發電）、太陽能發電（光伏發電）自身所固有的隨機性、間歇性等特征決定了其對電網調峰和系統安全運行帶來的影響，因此必須有先進的儲能技術做支撐。超導磁儲能技術主要用于電力系統的調峰、填谷、調頻、調相、緊急事故備用，并且還可以提高儲能的密度和效率、動態響應能力的增強以及性能檢測等。

新能源發電及電網向大容量、超大規模的方向發展，大容量變換器被用于電力系統中。現有的電力儲能用電壓源型變換器，其大功率的電力電子開關元件與超導電感直接串聯，承受與超導電感相同的電流，而超導電感的電流承受能力（可以達到數千甚至數萬安培）遠遠超過大功率的電力電子開關元件，導致電力儲能功率轉換效率受到抑制；同時，為達到大型電力儲能系統大功率交換的要求，電力電子開關元件應承擔更高的電壓（數千伏），而現有的拓撲結構由于開關頻率低，導致直流電壓側的電壓波動劇烈，大大降低了電力儲能功率轉換效率，也限制了更大功率電力儲能系統的實現。

發明內容

本發明的目的在于提供一種電力儲能用大容量組合型變換器，解決現有技術存在的開關元件無法承受過高的電壓降和過電流、功率轉換效率低以及環流等問題，實現大容量電力儲能。

本發明的目的是這樣實現的，一種電力儲能用大容量組合型變換器，包括兩電平三相電壓源型變流器（VSC）、兩象限斬波器和超導電感，所述兩電平三相電壓源型變流器的交流側通過等值電感電阻LR相連，再通過變壓器T接入電網，直流側并聯穩壓電容器C及等效蓄電池B,并串聯所述兩象限斬波器，所述兩象限斬波器通過平波電感L1與所述超導電感連接構成雙向電壓源型變換器。

所述雙向電壓源型變換器為兩個且通過所述超導電感并聯為兩級雙向電壓源型變換器。

所述雙向電壓源型變換器為至少三個且通過所述超導電感并聯為多級雙向電壓源型變換器。

本發明具有如下有益效果，本發明采用兩電平三相電壓源型變流器級聯的方式，配合斬波器實現超導磁體的充放電控制，能靈活實現能量的快速流動，有效的降低了諧波含量，解決了大功率變換過程中開關管的耐壓、耐流等問題，避免了現有技術存在的環流問題，實現了大功率變換。

附圖說明

圖1為本發明雙向電壓源型變換器結構圖；

圖2為本發明兩級級聯雙向電壓源型變換器結構圖；

圖3為本發明多級級聯雙向電壓源型變換器結構圖；

圖4為本發明斬波器充電模式的IGBT的時序圖；

圖5為本發明斬波器等效電路圖；

圖6為本發明斬波器充電模式等效電路圖；

圖7為本發明斬波器放電模式等效電路圖；

圖8為本發明斬波器續流模式等效電路圖。

圖中，1.兩電平三相電壓源型變流器，2.兩象限斬波器，Lsc.超導電感，L.并網電感，R.線路等效阻抗，T.變壓器，C.穩壓電容器，B.等效蓄電池，L1.平波電感。

具體實施方式

實施例1，一種電力儲能用大容量組合型變換器，參見圖1，包括兩電平三相電壓源型變流器1、兩象限斬波器2和超導電感Lsc，兩電平三相電壓源型變流器1的交流側通過并網電感L和線路等效阻抗R與多組線圈變壓器T相連，再通過多輸出變壓器T接入電網，直流側并聯穩壓電容器C及等效蓄電池B,并串聯所述兩象限斬波器2，兩象限斬波器2通過平波電感L1與超導電感Lsc連接構成雙向電壓源型變換器。

當超導磁體失超時，等效蓄電池B工作，使能量迅速轉移到等效蓄電池B中，不至于能量損失；平波電感L1主要用來濾除多組線圈變壓器T產生的高頻電流諧波。通過控制斬波器2的IGBT管的開通和關斷，控制超導電感Lsc的充放電速度以及工作模式。