[發(fā)明專利]一種原邊集成式模塊化獨(dú)立控制電池儲(chǔ)能系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710232424.4
• 申請(qǐng)日: 2017-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN106899030B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁暉;李乾;李丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/32
• 分類號(hào): H02J3/32;H02M3/335
• 代理公司: 北京鴻元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11327
• 代理人: 陳英俊;楊樺

本發(fā)明公開了一種原邊集成式模塊化獨(dú)立控制電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，所述電池儲(chǔ)能系統(tǒng)包括電池單元，由串聯(lián)的多組電池模塊組成；主功率變換器，用于控制電池單元的主電流，主功率變換器與電池單元并聯(lián)，且主功率變換器接入三相交流電網(wǎng)；以及輔助功率變換器，與多組電池模塊連接并分別對(duì)每組電池模塊進(jìn)行閉環(huán)獨(dú)立控制，用于控制每組電池模塊的充放電電流與主電流的差值。本發(fā)明通過主功率變換器和輔助功率變換器實(shí)現(xiàn)對(duì)電池模塊的差異電流部分進(jìn)行獨(dú)立控制，而無需對(duì)全部電池電流進(jìn)行獨(dú)立控制，且原邊采用集成單繞組結(jié)構(gòu)，減小變流器的損耗和成本，并提高電池模塊的能量利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及儲(chǔ)能系統(tǒng)領(lǐng)域以及電力電子變換器領(lǐng)域，具體地，涉及一種原邊集成式模塊化獨(dú)立控制電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著環(huán)境和能源問題在全球范圍內(nèi)成為焦點(diǎn)，可再生能源發(fā)電已經(jīng)發(fā)展成為智能電網(wǎng)的重要?jiǎng)恿?，其間歇性和波動(dòng)性對(duì)電網(wǎng)電壓頻率等產(chǎn)生影響。其中，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)由于具有緩解間歇性電源的功率波動(dòng)、優(yōu)化電網(wǎng)質(zhì)量等功能而備受關(guān)注。

圖1是傳統(tǒng)的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖。如圖1所示，將上百只單體電池集中串聯(lián)，并采用集中型大功率變換器并網(wǎng)。由于單體電池之間SOC(荷電量)、容量、內(nèi)阻等存在不一致性，大量串聯(lián)應(yīng)用使電池容量和能量利用率降低，壽命縮短。

圖2是現(xiàn)有模塊化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)示意圖。如圖2所示，根據(jù)電池模塊化柔性成組概念，將傳統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中的大規(guī)模串聯(lián)電池組分成若干個(gè)低壓電池模塊，每個(gè)電池模塊通過功率變換器構(gòu)成儲(chǔ)能模塊，再通過不同連接方式接入電網(wǎng)，構(gòu)成柔性成組儲(chǔ)能系統(tǒng)。

現(xiàn)有的模塊化電池儲(chǔ)能系統(tǒng)通常采用全功率獨(dú)立控制型儲(chǔ)能系統(tǒng)。全功率獨(dú)立控制型柔性成組儲(chǔ)能系統(tǒng)主要有三種結(jié)構(gòu)：一、H橋級(jí)聯(lián)型柔性成組儲(chǔ)能系統(tǒng)，采用三相交流輸出結(jié)構(gòu)，每個(gè)子模塊直流側(cè)為相互獨(dú)立的電池模塊，經(jīng)各自的H橋DC/AC變換器后產(chǎn)生低壓交流電壓，模塊級(jí)聯(lián)后產(chǎn)生并網(wǎng)所需交流電壓，接入三相交流電網(wǎng)。電池模塊充放電時(shí)的全部功率通過H橋進(jìn)行變換及控制，造成變流器的成本、體積、損耗隨總功率而增加，中低電壓場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)效率較低。二、模塊化多電平變流器(MMC，modular-multilevel-converter)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)交、直流電網(wǎng)功率傳輸?shù)耐瑫r(shí)也可以實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電池模塊的全功率獨(dú)立控制。子模塊電流中包含直流分量、一次諧波分量及二次諧波分量，造成模塊開關(guān)器件電流應(yīng)力大，通態(tài)損耗較大。變流器的成本、體積隨總功率而增加，不適合中低電壓場(chǎng)合應(yīng)用。三、DC-DC級(jí)聯(lián)型柔性成組儲(chǔ)能系統(tǒng)，通過N個(gè)相同的DC-DC型儲(chǔ)能模塊級(jí)聯(lián)而成，可以構(gòu)成單獨(dú)的直流儲(chǔ)能系統(tǒng)，接入中間直流母線或直流電網(wǎng)，也可以通過傳統(tǒng)并網(wǎng)變流器接入交流電網(wǎng)。DC-DC變換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制簡(jiǎn)單、可靠性高，不存在交流分量，開關(guān)器件電流應(yīng)力低于H橋級(jí)聯(lián)，系統(tǒng)效率較高。但是模塊全功率通過DC-DC變換器，開關(guān)管流過全部電流、絕對(duì)損耗較大；DC-DC變換器的成本、體積隨總功率而增加，在系統(tǒng)中占較大比例。

在以上現(xiàn)有的全功率獨(dú)立控制型柔性成組儲(chǔ)能系統(tǒng)中，不論電流差異大小，電池模塊的全部充放電電流都要流過各自的變流器開關(guān)器件，造成器件電流應(yīng)力大、成本高、導(dǎo)通損耗大，隨著系統(tǒng)容量的增加，問題更加突出。通常在合理配置電池容量的情況下，各電池模塊容量基本在一定范圍內(nèi)，即使是梯次利用電池，容量差異也不會(huì)太大，所需要的充放電電流也不會(huì)有太大差異，因此沒有必要對(duì)全部電池電流進(jìn)行獨(dú)立控制，而僅需對(duì)其中部分的差異電流進(jìn)行控制，就可以實(shí)現(xiàn)電池模塊能量利用率的提高。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上問題，本發(fā)明的目的是提供一種原邊集成式模塊化獨(dú)立控制電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有全功率型模塊化柔性成組儲(chǔ)能系統(tǒng)中，開關(guān)器件流過電池模塊的全部充放電電流，而導(dǎo)致器件電流應(yīng)力大、成本高和導(dǎo)通損耗大的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明所述原邊集成式模塊化獨(dú)立控制電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，包括：

電池單元，包括串聯(lián)的多組電池模塊；