[實(shí)用新型]一種儲(chǔ)能電壓平衡電力電子電能變換系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420146928.6
• 申請(qǐng)日: 2014-03-30
• 公開（公告）號(hào): CN204258322U
• 公開（公告）日: 2015-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張良華;張賢貴
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 張良華;張賢貴
• 主分類號(hào): H02J3/28
• 分類號(hào): H02J3/28;H02J3/18;H02J3/01;H02M1/14;H02M3/335
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種儲(chǔ)能電壓平衡電力電子電能變換系統(tǒng)，特別是儲(chǔ)能系統(tǒng)中儲(chǔ)能單元串聯(lián)成組后的電壓平衡系統(tǒng)及其充放電變換系統(tǒng)，尤其適用于電動(dòng)車輛、儲(chǔ)能系統(tǒng)、不間斷電源UPS、通信電源和消費(fèi)類電子產(chǎn)品中串聯(lián)儲(chǔ)能模組的電壓平衡和與電網(wǎng)連接的充放電變換，也可擴(kuò)展應(yīng)用于通過儲(chǔ)能單元串聯(lián)實(shí)現(xiàn)的直流變換系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著清潔環(huán)保的二次能源電能的廣泛應(yīng)用，電能的存儲(chǔ)變得越來越重要，電能存儲(chǔ)不僅可為用電設(shè)備提供后備的不間斷電能，保障用電設(shè)備供電安全，也可調(diào)節(jié)電網(wǎng)的峰值負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)消峰填谷，保障電力的高效傳輸和低成本利用。目前，可實(shí)現(xiàn)電能存儲(chǔ)的方式主要有電容儲(chǔ)能（如電解電容和超級(jí)電容器等）、化學(xué)儲(chǔ)能（如鋰離子電池、鈉流電池、液流電池和燃料電池等）等，因構(gòu)成儲(chǔ)能模塊的單個(gè)儲(chǔ)能單體（ESC－Energy?Storage?Cell）具有輸出電壓等級(jí)低、容量小等不足，為滿足實(shí)際應(yīng)用需要，通過將多個(gè)儲(chǔ)能單體進(jìn)行并聯(lián)形成儲(chǔ)能單元(ESU－Energy?Storage?Unit)，將儲(chǔ)能單元（單體）串聯(lián)形成儲(chǔ)能模塊（ESM－Energy?Storage?Module），從而增加儲(chǔ)能輸出電壓等級(jí)和存儲(chǔ)容量。然而，由于儲(chǔ)能單體在材料、生產(chǎn)工藝、使用環(huán)境和溫度等方面存在差異，并在使用過程中儲(chǔ)能單體的老化，導(dǎo)致儲(chǔ)能單體的輸出電壓、內(nèi)部阻抗和容量等特征參數(shù)出現(xiàn)不一致，這直接影響串聯(lián)成組后儲(chǔ)能模塊的使用容量、壽命和安全等性能，也限制了儲(chǔ)能模塊的輸出電壓等級(jí)。因此，為提高儲(chǔ)能模塊的輸出電壓等級(jí)和使用性能，滿足用電負(fù)荷的需要，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的高效互動(dòng)，迫切需要儲(chǔ)能單元或儲(chǔ)能模塊串聯(lián)后實(shí)現(xiàn)其電壓平衡和與電網(wǎng)對(duì)接實(shí)現(xiàn)互動(dòng)的電力電子電能變換系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是提供一種儲(chǔ)能電壓平衡電力電子電能變換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能單元串聯(lián)后的電壓平衡，并對(duì)儲(chǔ)能模組進(jìn)行充放電，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能模組與電網(wǎng)的電氣隔離，并與電網(wǎng)形成互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)消峰填谷、諧波治理和無功補(bǔ)償。通過高頻軟開關(guān)電壓平衡變換器對(duì)儲(chǔ)能模組進(jìn)行均衡控制、延長儲(chǔ)能設(shè)備的使用壽命并降低使用成本。

為解決以上問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案，本方案所述功率開關(guān)均為功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，分為二極管、MOSFET、IGBT、IGCT、GTO和晶閘管等，或者上述器件通過串并聯(lián)復(fù)合而成的功率開關(guān)器件。

一種儲(chǔ)能電壓平衡電力電子電能變換系統(tǒng)，包括儲(chǔ)能模組、電壓平衡變換器、電網(wǎng)側(cè)逆變器、電網(wǎng)負(fù)荷、儲(chǔ)能側(cè)逆變器和獨(dú)立負(fù)荷，其特征在于：

N個(gè)所述儲(chǔ)能模組串聯(lián)后通過導(dǎo)線連接在儲(chǔ)能側(cè)逆變器的直流母線上，每個(gè)儲(chǔ)能模組通過多路導(dǎo)線與電壓平衡變換器的多路原邊直流端口連接；所述電壓平衡變換器，其副邊直流端口通過多路導(dǎo)線與電網(wǎng)側(cè)逆變器的多路輸入直流端口連接；所述電網(wǎng)側(cè)逆變器，其輸出側(cè)通過單相或者三相電力導(dǎo)線，經(jīng)過開關(guān)SW1和開關(guān)SW2與電網(wǎng)相連；所述電網(wǎng)負(fù)荷連接到開關(guān)SW1和開關(guān)SW2之間；所述儲(chǔ)能側(cè)逆變器，其直流側(cè)通過電力導(dǎo)線直接與串聯(lián)后的儲(chǔ)能模組輸出端相聯(lián)，其通過單相或多相電力導(dǎo)線與獨(dú)立負(fù)荷進(jìn)行連接。

如上所述的儲(chǔ)能電壓平衡電力電子電能變換系統(tǒng)，其特征在于，所述電壓平衡變換器由N路相同配置的獨(dú)立電壓平衡變換器并聯(lián)構(gòu)成，N路獨(dú)立電壓平衡變換器的每路原邊直流端口一對(duì)一并聯(lián)并形成M路原邊直流端口，N路獨(dú)立電壓平衡變換器的每路副邊直流端口一對(duì)一并聯(lián)并形成L路副邊直流端口。

如上所述的儲(chǔ)能電壓平衡電力電子電能變換系統(tǒng)，其特征在于，所述獨(dú)立電壓平衡變換器，包括原邊M路串聯(lián)的半橋或全橋電路，副邊L路相互之間隔離的半橋或全橋電路，多繞組高頻變壓器Tx，以及變壓器Tx原副邊高頻電感Lsx；半橋或全橋電路將直流變換成高頻交流，通過高頻變壓器傳輸?shù)搅硪宦钒霕蚧蛉珮螂娐罚?jīng)整流將高頻交流轉(zhuǎn)換成直流；高頻變壓器Tx原副邊所有繞組繞制在一個(gè)磁芯，并共用一個(gè)磁路。

如上所述的儲(chǔ)能電壓平衡電力電子電能變換系統(tǒng)，其特征在于：

所述原邊或副邊的半橋電路的電路結(jié)構(gòu)為電容C_1x和電容C_2x串聯(lián)后與直流濾波電容C_dc并聯(lián)，并與直流側(cè)并聯(lián)，功率開關(guān)S_HB1和功率開關(guān)S_HB2串聯(lián)后與直流側(cè)并聯(lián)，電容串聯(lián)的中點(diǎn)N與功率開關(guān)串聯(lián)的中點(diǎn)P作為交流側(cè)輸出端；