[發明專利]鏈式可變直流模擬源與高壓儲能變換器一體機及控制系統

有效

• 申請號: 201310327112.3
• 申請日: 2013-07-31
• 公開（公告）號: CN103368196A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 陳國棟;王山山;周悅;曹瑞霞;王瑞婷;朱沁
• 申請（專利權）人: 上海電氣集團股份有限公司
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32
• 代理公司: 上海兆豐知識產權代理事務所(有限合伙) 31241
• 代理人: 章蔚強

技術領域

本發明涉及電力系統儲能技術領域，具體涉及一種鏈式可變直流模擬源與高壓儲能變換器一體機及控制系統，用于對儲能電池的模擬和對高壓儲能系統控制策略的驗證。

背景技術

隨著傳統能源的枯竭和環境的日益惡化，可再生能源得到廣泛地應用。光伏、風電等可再生能源受到其自身固有的波動性和間歇性特點的制約，在大規模并網后，會帶來輸出功率波動的問題，嚴重威脅了電網的穩定運行。電池儲能技術可以有效平滑新能源發電系統的功率輸出，提高電力系統的安全性、可靠性，但電池儲能系統的大規模應用至少面臨著以下兩大難題：

一是儲能電池價格高昂，大規模電池組集成技術難度大，項目開發建設成本高。高壓儲能變換器在研發過程中按照功率要求匹配一套相應的儲能電池，會極大地增加企業的研發成本和初期設計風險，一旦出錯將造成社會資源的重大浪費。另外，儲能電池在使用前需要對電池電壓、容量、內阻、充放電電壓電流特性等數十項參數進行測試，目前普遍采用的直流電源充電，電阻式放電方法會讓大量電能轉化為熱能而白白消耗，隨著儲能電池的大規模應用，這種能源浪費問題更加凸顯。亟需開發一種既節能又高效的批量化電池檢測裝置，并且能夠在儲能項目的開發初期，用替代裝置模擬電池特性進行變換器的結構和算法的創新。

二是缺乏針對大型高壓儲能系統控制策略的驗證手段。大規模儲能系統應用，為了提高整機效率，必然向高壓化發展，如何有效控制儲能電池的組內、組間能量流動，驗證高壓儲能變換器的相內、相間均衡問題，成為變換器設計與控制策略研究的重中之中。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鏈式可變直流模擬源與高壓儲能變換器一體機，能夠批量化地檢測儲能電池的工作特性，降低了功耗，通過電池模擬裝置與實際儲能電池的配合，降低了實驗投資和占地面積，是一種較為理想的驗證高壓儲能變換器控制策略尤其相內、相間均衡特性的實驗平臺。同時，提供了該一體機的控制系統，以便對一體機進行有效控制，進一步提高其效率及價值。

實現上述目的的技術方案是：

本發明之一的一種鏈式可變直流模擬源與高壓儲能變換器一體機，外接電網和并網電抗器，所述一體機包括多繞組移相變壓器和3N個功率單元，N為正整數，其中：

所述多繞組移相變壓器的原邊接入所述電網；

每N個功率單元串聯構成一相，三相星型連接，引出的三個高壓輸出端經所述并網電抗器接入所述電網；

所述3N個功率單元包括m個儲能單元和n個模擬單元，m+n=3N且m、n均為自然數，其中：

每個儲能單元包括并聯的第一H橋功率模塊和儲能電池，該儲能單元通過其內的第一H橋功率模塊的兩個輸出端與同相相鄰的儲能單元或者模擬單元串聯；

每個模擬單元包括并聯的第二H橋功率模塊和電池模擬裝置，該模擬單元通過其內的第二H橋功率模塊的兩個輸出端與同相相鄰的儲能單元或者模擬單元串聯；所述電池模擬裝置包括電抗器、PWM（脈沖寬度調制）整流器、直流電容和端子，其中：

所述電抗器的一端連接所述多繞組移相變壓器的一組次級繞組，另一端連接所述PWM整流器的輸入端；

所述PWM整流器、直流電容和端子均與所述第二H橋功率模塊并聯。

上述的鏈式可變直流模擬源與高壓儲能變換器一體機，其中，所述第一H橋功率模塊和第二H橋功率模塊結構相同，包括四個帶反并聯二極管的開關器件，每兩個開關器件串聯形成的支路相互并聯；相串聯的兩個開關器件的串聯端作為一個輸出端。

上述的鏈式可變直流模擬源與高壓儲能變換器一體機，其中，所述每個儲能單元還包括電阻、開關和電容，其中：

所述儲能電池的一端通過所述電阻連接所述第一H橋功率模塊的一輸入端，儲能電池的另一端連接所述第一H橋功率模塊的另一輸入端；

所述開關與所述電阻并聯；

所述電容與所述第一H橋功率模塊并聯。

上述的鏈式可變直流模擬源與高壓儲能變換器一體機，其中，所述儲能電池為鋰電池、液流電池、鈉硫電池、鉛酸電池或者超級電容器。

本發明之二的基于本發明之一的鏈式可變直流模擬源與高壓儲能變換器一體機的控制系統，包括采樣處理單元、中央數據處理器、PWM信號生成電路、光纖通訊驅動電路、人機界面以及與各功率單元一一對應的3N個單元控制器，其中：

所述采樣處理單元采樣電網電壓和輸入電流信息，并進行離散化數字化的處理后，輸出給所述中央數據處理器；