[發(fā)明專利]一種用于混合儲能的雙級儲能系統(tǒng)主電路及其功率模塊

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• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN113113923A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張文波;陳亞琳;雷建明;鄭睿
• 申請（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;H02M7/219;H02M7/797;H02M3/158;H02M1/12
• 代理公司: 蕪湖思誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34138
• 代理人: 房文亮

本發(fā)明公開一種用于混合儲能的雙級儲能系統(tǒng)主電路及其功率模塊，包括儲能系統(tǒng)主電路和功率模塊，所述儲能系統(tǒng)主電路采用雙級拓撲結(jié)構(gòu)，前一級AC/DC為三相PWM整流電路，后一級雙向DC/DC為Buck/Boost電路，涉及儲能技術(shù)領(lǐng)域，功率模塊采用一體化設(shè)計，有效降低了模塊設(shè)計的復(fù)雜度，散熱性能好、可靠性高、安裝方便、結(jié)構(gòu)緊湊，可根據(jù)不同功率需求，通過相同封裝不同功率等級的IGBT模塊，可滿足不同功率等級要求；儲能系統(tǒng)采用鉛碳電池和超級電容相結(jié)合的混合儲能方式，利用鉛碳電池具有能量大，超級電容充放電瞬時速度快，使用壽命長、功率密度高，可以實現(xiàn)在并/離網(wǎng)模式下恒流恒壓充放電以及平滑切換功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及儲能技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于混合儲能的雙級儲能系統(tǒng)主電路及其功率模塊。

背景技術(shù)

目前，隨著新能源發(fā)電及微電網(wǎng)技術(shù)的逐漸發(fā)展、用戶的峰谷差價不斷擴大，這給電網(wǎng)的穩(wěn)定安全運行帶來了新的問題。采用容量大的鉛酸電池、超級電容儲能等技術(shù)，可有效的解決用電供需緊張問題，提高電能質(zhì)量，增加電網(wǎng)運行安全。儲能系統(tǒng)用變流器作為儲能系統(tǒng)的重要部件，不僅要具備充放電功能，而且要滿足并離網(wǎng)雙模式的快速無縫切換。

功率模塊是儲能系統(tǒng)變流器的重要組成部分，與其他大功率組件一樣，由于元器件較多較雜散，布置空間有限，且布置須集中，對散熱要求高，如何實現(xiàn)在有限的空間內(nèi)兼顧功率模塊的散熱性與模塊組件的小型化、模塊化，是業(yè)界一直關(guān)注并期望解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種用于混合儲能的雙級儲能系統(tǒng)主電路及其功率模塊，功率模塊采用一體化設(shè)計，有效降低了模塊設(shè)計的復(fù)雜度，散熱性能好、可靠性高、安裝方便、結(jié)構(gòu)緊湊，可根據(jù)不同功率需求，通過相同封裝不同功率等級的IGBT模塊，可滿足不同功率等級要求；儲能系統(tǒng)采用鉛碳電池和超級電容相結(jié)合的混合儲能方式，利用鉛碳電池具有能量大，超級電容充放電瞬時速度快，使用壽命長、功率密度高，可以實現(xiàn)在并/離網(wǎng)模式下恒流恒壓充放電以及平滑切換功能。

一種用于混合儲能的雙級儲能系統(tǒng)主電路及其功率模塊，包括儲能系統(tǒng)主電路和功率模塊，所述儲能系統(tǒng)主電路采用雙級拓撲結(jié)構(gòu)，前一級AC/DC為三相PWM整流電路，后一級雙向DC/DC為Buck/Boost電路，所述三相PWM整流電路包括依次耦合的電網(wǎng)側(cè)開關(guān)、交流EMC濾波器、預(yù)充電回路、交流熔斷器、LCL濾波器和三相PWM整流模塊，所述Buck/Boost電路包括Buck/Boost斬波模塊，所述Buck/Boost斬波模塊輸出側(cè)經(jīng)直流LC濾波到直流斷路器開關(guān)Q02和直流接觸器KM3；

所述功率模塊包括固定在散熱器上的三相PWM整流橋IGBT模塊和斬波IGBT模塊，所有的IGBT模塊單元都通過導(dǎo)熱硅脂安裝在風(fēng)冷散熱器上，且IGBT模塊單元通過層疊直流母排的正、負極接線端子相連，所述層疊直流母排正負極還分別與八個直流支撐電容正負極相連接，所述三相PWM整流橋IGBT模塊的輸出側(cè)連接交流輸入側(cè)接線銅排，所述斬波IGBT模塊的輸出側(cè)連接直流輸出側(cè)接線銅排，所述交流輸入側(cè)接線銅排上安裝有交流電流霍爾，所述直流輸出側(cè)接線銅排上安裝有直流電流霍爾；

上述儲能系統(tǒng)主電路包括并網(wǎng)運行模式和離網(wǎng)運行模式，

儲能系統(tǒng)主電路并網(wǎng)運行時：通過電壓外環(huán)以及電流內(nèi)環(huán)與電壓前饋相結(jié)合，外環(huán)采用直流電壓PI 調(diào)節(jié)，使母線電容以及輸出電壓保持恒定，儲能介質(zhì)允許的電壓值作為電壓給定值，通過測量元件直接測到的直流母線電壓作為電壓實際值，將直流電壓外環(huán)調(diào)節(jié)限幅后，其輸出量作為電流內(nèi)環(huán)有功電流的給定值；

能系統(tǒng)主電路離網(wǎng)運行時：采用定電壓和定頻率控制，控制輸出電壓的幅值以及頻率，儲能系統(tǒng)的設(shè)定值作為控制給定值，輸出電流的大小根據(jù)負載的大小變化，三相獨立的相電壓作為系統(tǒng)外環(huán)控制，然后通過PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，變?yōu)榻涣魅嚯妷?，再與其瞬時值比較，生成三相調(diào)制波。

優(yōu)選的，所述預(yù)充電回路包括預(yù)充電熔斷器、預(yù)充電接觸器和預(yù)充電電阻，該電路主要作用為直流母排電容預(yù)儲電能。

優(yōu)選的，所述儲能系統(tǒng)主電路的輸出負載為儲能介質(zhì)，連接鉛碳電池和超級電容。