[發(fā)明專利]一種大功率儲(chǔ)能變流器及其主電路

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310260423.2
• 申請(qǐng)日: 2013-06-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103618327A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李正力;曹智慧;張宇;張向煒;陳世鋒;韓海倫;胡麗明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 許繼集團(tuán)有限公司;許繼電源有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/32
• 分類號(hào): H02J3/32;H02M7/81;H02M1/12;H02M1/14;H02M1/44
• 代理公司: 鄭州睿信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 胡泳棋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大功率儲(chǔ)能變流器及其主電路。

背景技術(shù)

電源結(jié)構(gòu)和用電特征的變化，使電力系統(tǒng)對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)的需求加大，可再生能源發(fā)電的分布式發(fā)電技術(shù)已成為我國(guó)能源領(lǐng)域的發(fā)展重點(diǎn)，但風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源發(fā)電具有不穩(wěn)定和不連續(xù)的特點(diǎn)，屬于不穩(wěn)定能源，受自然條件、控制系統(tǒng)的影響很大，特別是存在高峰負(fù)荷時(shí)期新能源電場(chǎng)可能出力很小，而非高峰負(fù)荷時(shí)期新能源電場(chǎng)可能出力很大的問(wèn)題。電力系統(tǒng)對(duì)用戶的電能供應(yīng)必須時(shí)刻處于平衡狀態(tài)下，用戶需要多少電力，電廠和電網(wǎng)就得供給多少電力，既不能多，也不能少，一旦這平衡遭到破壞，輕則電能質(zhì)量惡化，造成頻率和電壓不穩(wěn)，重則引發(fā)大規(guī)模停電事故。

為了平衡發(fā)電和用電之間的偏差就需要平衡功率，儲(chǔ)能系統(tǒng)則可以通過(guò)在負(fù)荷非高峰時(shí)期儲(chǔ)存能量，而在負(fù)荷高峰時(shí)期釋放能量，使新能源電場(chǎng)系統(tǒng)運(yùn)行得更加高效經(jīng)濟(jì)，大規(guī)模分布式儲(chǔ)能技術(shù)則可以很好的解決風(fēng)能、太陽(yáng)能發(fā)電功率波動(dòng)引發(fā)的相關(guān)問(wèn)題。作為負(fù)荷平衡裝置和備用電源，儲(chǔ)能系統(tǒng)也是智能電網(wǎng)和分布式能源系統(tǒng)必需的關(guān)鍵技術(shù)，用于解決其故障率高、系統(tǒng)容量小、負(fù)荷波動(dòng)大等問(wèn)題。可以說(shuō)，儲(chǔ)能技術(shù)是新能源產(chǎn)業(yè)革命的核心，沒(méi)有儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，就不可能有可再生能源的大規(guī)模應(yīng)用和發(fā)展。

大功率儲(chǔ)能變流器是儲(chǔ)能系統(tǒng)的重要組成部分，主要由開(kāi)關(guān)設(shè)備、三相高頻IGBT換流器、工頻變壓器（通過(guò)變壓器升壓，直流側(cè)有較寬的直流電壓范圍，有利于電池成組，并通過(guò)改變變壓器的變比可適應(yīng)多種電壓等級(jí)的電網(wǎng)應(yīng)用)、控制單元等構(gòu)成。在儲(chǔ)能工作狀態(tài)下，儲(chǔ)能變流器接收站級(jí)監(jiān)控指令控制設(shè)備對(duì)儲(chǔ)能介質(zhì)充電；在放電工作狀態(tài)下，儲(chǔ)能變流器接收站級(jí)監(jiān)控指令控制設(shè)備通過(guò)儲(chǔ)能介質(zhì)向電網(wǎng)放電，以實(shí)現(xiàn)削峰填谷的功能，同時(shí)也可用作局域網(wǎng)的后備應(yīng)急電源，并網(wǎng)時(shí)通過(guò)儲(chǔ)能變流器對(duì)儲(chǔ)能介質(zhì)充電儲(chǔ)存能量，離網(wǎng)后儲(chǔ)能介質(zhì)通過(guò)儲(chǔ)能變流器對(duì)局域網(wǎng)絡(luò)放電提供電源支撐。

大功率儲(chǔ)能變流器主要針對(duì)于應(yīng)用在MW級(jí)及以上的儲(chǔ)能系統(tǒng)上，MW級(jí)及以上的儲(chǔ)能系統(tǒng)通常采用分布式并網(wǎng)設(shè)計(jì)方案，以1MW×nh為基本單元，每個(gè)單元內(nèi)部由兩套500kW儲(chǔ)能變流器及連接的儲(chǔ)能介質(zhì)及其管理系統(tǒng)構(gòu)成，其中每臺(tái)500kW儲(chǔ)能變流器通過(guò)隔離變壓器接入0.4kV或10kV交流電網(wǎng)，儲(chǔ)能變流器直流側(cè)連接儲(chǔ)能介質(zhì)根據(jù)工程需要配置，可構(gòu)成不同容量的1WM×nh級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)。

現(xiàn)有的儲(chǔ)能變流器技術(shù)中，較多采用光伏逆變器改制而成，存在以下問(wèn)題：1）光伏逆變器是單向能量變換裝置，僅能夠?qū)崿F(xiàn)從光伏（直流源）到電網(wǎng)的能量單向流動(dòng)；2）逆變器和變流器的控制模式差異較大；3）在運(yùn)行充電模式時(shí)，因光伏逆變器直流側(cè)缺少濾波電路，可能會(huì)因直流紋波較大導(dǎo)致儲(chǔ)能介質(zhì)的使用壽命大幅下降。還有部分設(shè)計(jì)采用的是兩級(jí)變換的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用兩級(jí)變換時(shí)，如果單機(jī)做到大功率或超大功率時(shí)就存在制造成本大幅上升和控制保護(hù)更加復(fù)雜的問(wèn)題，可靠性低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種大功率儲(chǔ)能變流器及其主電路，用以解決現(xiàn)有大功率儲(chǔ)能變流器采用兩級(jí)變換的制造成本高、控制復(fù)雜、可靠性低的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案是：一種大功率儲(chǔ)能變流器主電路，包括一個(gè)雙向AC/DC變流模塊，該雙向AC/DC變流模塊由至少兩個(gè)三相全橋IGBT功率變換單元并聯(lián)組成，所述雙向AC/DC變流模塊的交流側(cè)用于連接電網(wǎng)，直流側(cè)用于連接儲(chǔ)能介質(zhì)。

各所述三相全橋IGBT功率變換單元的交流側(cè)均連接有LCL濾波器，并聯(lián)后的直流輸出側(cè)連接一個(gè)CL濾波器，各所述LCL濾波器共用一組電感和一組電容。

所述雙向AC/DC變流模塊的交流側(cè)還設(shè)有交流EMI濾波器，直流側(cè)設(shè)有直流EMI濾波器。

所述三相全橋IGBT功率變換單元的直流側(cè)還連接有直流母線電容。

本發(fā)明還提供一種大功率儲(chǔ)能變流器，包括儲(chǔ)能變流器主電路和儲(chǔ)能控制器，所述儲(chǔ)能控制器設(shè)有用于控制IGBT閥的光纖觸發(fā)及檢測(cè)端口、用于連接儲(chǔ)能介質(zhì)管理系統(tǒng)的通訊端口和用于連接站級(jí)監(jiān)控的通訊端口，所述儲(chǔ)能變流器主電路包括一個(gè)雙向AC/DC變流模塊，該雙向AC/DC變流模塊由兩個(gè)三相全橋IGBT功率變換單元并聯(lián)組成，所述雙向AC/DC變流模塊的交流側(cè)用于連接電網(wǎng)，直流側(cè)用于連接儲(chǔ)能介質(zhì)，所述光線觸發(fā)與檢測(cè)端口與所述雙向AC/DC模塊連接。

各所述三相全橋IGBT功率變換單元的交流側(cè)均連接有LCL濾波器，并聯(lián)后的直流輸出側(cè)連接一個(gè)CL濾波器，各所述LCL濾波器共用一組電感和一組電容。

所述雙向AC/DC變流模塊的交流側(cè)還設(shè)有交流EMI濾波器，直流側(cè)設(shè)有直流EMI濾波器。