[發明專利]一種基于級聯H橋和多端口直流變換器的發電儲能裝置

無效

• 申請號: 201310475501.0
• 申請日: 2013-10-12
• 公開（公告）號: CN103490448A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 王政;儲凱;程明
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02M7/5387
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明屬于電工、電力電子、新能源發電領域，涉及一種基于級聯H橋和多端口全橋隔離型直流/直流變換器的發電儲能裝置，適用于分布式發電系統、新能源汽車能量管理系統。

背景技術

能源和環境問題日益突出，新能源發電技術得到快速的發展。然而，相比于傳統的發電方式，新能源發電具有波動性，為了提高電能質量，需要加入儲能裝置。下面以光伏發電為例，進行具體的說明。光伏發電具有節約能源、機械部件少等優點，是一種很有前景的新能源發電技術。然而，光伏電流會隨著光照強度發生改變，輸出電壓也會隨著光伏模塊的溫度發生改變。由于隨機氣候條件，光伏功率存在波動，為了補償固有的光伏功率波動，提供高電能的質量，需要使用能量存儲系統，因此蓄電池可以平滑不規則的光伏輸出功率。當發電系統和電網脫離，形成孤島模式時，光伏/蓄電池混合發電系統可以提供穩定的輸出功率。

光伏、蓄電池的電壓等級較低，一般需要經過直流/直流變換器進行升壓，才能滿足并網逆變器的要求。直流/直流變換器分為非隔離型和隔離型，非隔離型直流/直流變換器所需元器件較少，拓撲結構簡單，但是，其升壓范圍有限，而且不能實現很好的電氣隔離。隔離型直流/直流變換器具有電氣隔離功能、升壓范圍寬。在集成多個直流電源時，多端口隔離型直流/直流結構緊湊、功率密度高、易于實現軟開關、減小功率損耗。

功率變換器是光伏發電系統的重要組成部分，但是功率開關器件的快速開關動作會產生較大的電壓變化，容易產生電磁干擾問題。傳統的光伏和蓄電池直流/直流變換器都是獨立，所需直流/直流變換器個數多，結構復雜。另外，傳統的光伏和蓄電池并網逆變器采用獨立的并網逆變器，并網諧波較大。

發明內容

技術問題：針對現有技術的不足，本發明提出一種電磁兼容性好，交流輸出電壓和電流諧波小，結構緊湊，系統效率高的基于級聯H橋和多端口直流變換器的發電儲能裝置。

技術方案：本發明的一種基于級聯H橋和多端口直流變換器的發電儲能裝置，包括在交流側級聯的多個發電子系統單元、將發電子系統單元與外部的電網相連接的濾波電感。每個發電子系統單元包括第一全橋變換器、第二全橋變換器、與第一全橋變換器直流端連接的發電模塊、與第二全橋變換器直流端連接的儲能模塊、同時與第一全橋變換器交流端和第二全橋變換器交流端連接的多繞組變壓器、與多繞組變壓器連接的第三全橋變換器、與第三全橋變換器的直流端連接的H橋變換器，H橋變換器的交流輸出端與濾波電感連接。

本發明中，上述第一全橋變換器、第二全橋變換器、第三全橋變換器和多繞組變壓器組成多端口全橋隔離型直流/直流變換器，實現發電/儲能混合裝置的能量管理。上述多端口全橋隔離型直流/直流變換器可以采用移相控制或者解耦控制策略，多端口之間的功率可進行雙向流動。整個工作過程中，系統對發電模塊進行最大功率點跟蹤，并對儲能模塊的充放電電流進行控制。當發電功率大于并網逆變器輸出功率時，其剩余的功率將為儲能模塊充電；當發電功率小于并網逆變器輸出功率時，不足的功率由儲能模塊提供。

本發明中，發電模塊可以為光伏電池、燃料電池或風力發電機。

本發明中，儲能模塊可以為蓄電池、超級電容、飛輪或超導磁體。

上述各發電子系統單元中的H橋逆變器，在交流側進行級聯，可以獲得多電平的輸出電壓，改善電磁兼容性能和諧波性能。而且可以減小逆變器的功率等級，便于模塊化設計，進行大規模生產。

相同的單相系統可以進行擴充，構成三相基于級聯H橋和多端口直流變換器的發電儲能裝置。

有益效果：本發明與現有技術相比，具有以下優點：

（1）由于電網側基于H橋級聯的逆變器將多個發電子系統單元的直流母線電壓進行了級聯，通過一定控制策略可在電網輸出側產生多電平的逆變器輸出電壓，改善電網電流的諧波性能。

（2）由于電網側基于H橋級聯的逆變器將多個發電子系統單元的直流母線電壓進行了級聯，相當于多個直流母線電壓相加。在交流輸出電壓幅值不變的情況下，使得每個直流母線電壓降低。各個發電子系統單元中共模和差模電壓減小，變換器電磁干擾減小。同時，各個發電子系統單元中電壓上升率dv/dt減小。

（3）由于系統中既有發電模塊又有儲能模塊，該系統具有一定的容錯能力，在電網電壓跌落時，發電模塊發出的電能可有效存儲于儲能模塊中，不至于發出的電能無法輸出造成系統出現過壓或過流現象。

（4）多端口的直流/直流變換器，利用變壓器漏感和開關器件的寄生電容，實現諧振，從而實現零電壓開關，降低了損耗；系統采用移相控制或者解耦控制，方便實現混合能量源之間的功率分配。