[發明專利]一種易于擴展的獨立電流控制電池儲能系統及其控制方法

在審

• 申請號: 201711032867.5
• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107769390A
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 康龍云;吳璟玥;馮元彬;王則灃
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J15/00
• 分類號: H02J15/00;H02J3/38;H02M3/335;H02J7/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 陳宏升

技術領域

本發明涉及儲能系統領域以及電力電子變換器領域，具體涉及一種易于擴展的獨立電流控制電池儲能系統及其控制方法。

背景技術

隨著環境污染、氣候變暖以及化石燃料儲量的大幅度降低，利用可再生能源發電成為研究熱點。新能源發電大規模并網的不穩定性、間歇性、不可預測性將會給電力系統的穩定運行帶來新的挑戰，而儲能是應對這一挑戰的最佳技術之一。其中，電池儲能以其安裝方便快捷、建造周期短、擴容改造方便、容易實現模塊化等優勢，已經得到了廣泛應用。

現有的模塊化電池儲能系統通常采用全功率獨立控制型柔性成組儲能系統。其主要有三種拓撲結構：H橋級聯型柔性成組儲能系統、模塊化多電平變流器(MMC，modular-multilevel-converter)電池儲能系統和DC-DC級聯型柔性成組系統。在這現有的三種全功率獨立控制柔性成組系統中，不論模塊電池電流差異的大小，電池模塊的全部充放電電流都要流過各自的變流器開關器件，造成器件電流應力大，導通損耗大等功率損耗，特別是在系統容量增加到較大基數時，問題更加突出。

發明內容

為解決現有技術所存在的技術問題，本發明的目的在于提供一種易于擴展的獨立電流控制可根據實際并網電壓等級的需求擴展的電池儲能系統，同時結合軟開關技術以及更加高效、安全的同步控制策略，減小變流器的損耗、體積、成本以及重量，以提高電池模塊的能量利用率。

本發明的另一目的在于提供一種易于擴展的獨立電流控制電池儲能系統的控制方法。

本發明的目的采用以下技術方案來實現：

一種易于擴展的獨立電流控制的電池儲能系統，包括主功率變換器，電池單元，輔助功率變換器和控制電路；所述主功率變換器一端與電池單元并聯，另一端接入三相電網；所述電池單元由n組電池模塊或n組電池單體串聯組成；所述輔助功率變換器包括原邊集成式高頻隔離變壓器，原邊變換器和副邊變換器；其中原邊變換器一端與電池單元連接，另一端與原邊集成式高頻隔離變壓器連接；副邊變換器一端與電池單元連接，另一端與原邊集成式高頻隔離變壓器連接；控制電路分別與主功率變換器、輔助功率變換器連接。

所述主功率變換器包括：第一電容器、第一電感器、第二電感器、第三電感器、第一開關管、第二開關管、第三開關管、第四開關管、第五開關管、第六開關管；其中第一電容器與電池單元并聯，第一開關管至第六開關管分別反并聯一個二極管，所述第一開關管的發射極端連接在第一電感器的第一端，第一開關管的集電極與電池單元的正極連接，所述第二開關管的集電極端連接在第一電感器的第一端，第二開關管的發射極端與電池單元的負極連接，第三開關管的發射極端連接在第二電感器的第一端，第三開關管的集電極端與電池單元的正極連接，第四開關管的集電極端連接在第二電感器的第一端，第四開關管的發射極端與電池單元的負極連接，第五開關管的發射極端連接在第三電感器的第一端，第五開關管的集電極與電池單元的正極連接，第六開關管的集電極端連接在第三電感器的第一端，第六開關管的發射極端與電池單元的負極連接，所述第一電感器、第二電感器和第三電感器的第二端分別接入三相交流電網的U_c、U_b、U_a相。

所述電池單元為串聯的N個電池模塊和串聯的N個電池單體中的一種，N≥2。

所述原邊集成式高頻隔離變壓器包括L個集成原邊繞組N個副邊繞組，N＝ML，M取值范圍為15～20。

所述原邊變換器包括L個單元，其中第一個單元包含：第一原電感器、第七開關管、第八開關管、第九開關管、第十開關管；第一原電感器一端連接原邊繞組第二端，另一端連接在第九開關管和第十開關管之間；第七開關管至第十開關管分別反并聯一個二極管；第七開關管的集電極端連接在電池單元正極，第七開關管發射極連接在集成原邊繞組的第一端；所述第八開關管的集電極端連接在集成原邊繞組的第一端，第八開關管的發射極端連接在電池單元的負極；第九開關管的集電極端連接在電池單元的正極，第九開關管的發射極端連接在集成原邊繞組的第二端；第十開關管的集電極端連接在集成原邊繞組的第二端，第十開關管的發射極端連接在電池單元的負極；第二個單元至第L個單元結構依此類推，原邊變換器之間串聯。