[發明專利]一種并離網儲能系統的超級電容預充電電路及控制方法

在審

• 申請號: 202110522386.2
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113162207A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 王偉岸;雷志方;陳國棟;方彬鵬;侯北;喬道驥
• 申請（專利權）人: 上海電氣集團股份有限公司
• 主分類號: H02J7/34
• 分類號: H02J7/34;H02J3/28;H02J3/38
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊

本發明公開了一種并離網儲能系統的超級電容預充電電路及控制方法，電路包括快速并離網開關電路、三相交流斷路器、兩相LCL交流濾波電路、單相全橋不控整流電路、直流斷路器、直流電容濾波電路、直流預充電路和超級電容器組；控制方法包括：基于常見的并離網儲能系統構造出了超級電容預充電電路，然后充分利用系統原有的電壓采樣電路、電流采樣電路、整流器電路、晶閘管驅動電路和系統控制器，并基于提出的限電流峰值控制算法實現了超級電容的限峰值電流預充電。本發明通過對原有并離網儲能系統的電路重構，未絲毫改動原有系統電路結構，未增和任何元器件，該技術方案提高超級電容預充電效率，簡化系統結構，降低系統成本，提高系統的可靠性。

技術領域

本發明涉及一種并離網儲能系統的超級電容預充電電路及控制方法，屬于電力電子技術應用領域。

背景技術

隨著風力發電和光伏發電的大規模發展，越來越多的基于可再生能源的分布式電源系統逐漸接入主動配電網。由于可再生能源隨機波動性強，儲能系統，尤其是電力儲能系統因其控制靈活、使用方便而逐步大規模接入主動配電網，以平抑可再生能源的隨機波動。電力儲能系統通常可分為大容量儲能的能量型儲能系統和具有快速響應特性的功率型儲能系統。一般而言，單一類型的儲能系統適用范圍受限，且無法得到高效應用。而混合儲能系統由于可充分利用不同類型儲能系統在技術特性上的互補性，可以滿足不同負載和平抑不同能量波動的需要。基于此，除了常見得鋰電池儲能系統，功率型的超級電容儲能系統和密度型的全釩液流電池儲能系統更多地參與主動配電網的功率調節，實現了主動配電網的運行優化，助力了智能電網的建設。

而基于超級電容的并離網儲能系統和基于礬液流電池的并離網儲能系統存在起始電壓為零的問題，因此需要0V起充預充電。目前，電力電子系統中對超級電容等0V起充預充電的技術方案主要有兩種實現形式，第一種使用開關電源充電器對超級電容進行恒流預充電，第二種是將電網電壓整流后用電阻限電流0V起充電。

上述兩種方案存在如下缺點：

1、額外配備充電器的超級電容預充電方案增加了系統的復雜度，可靠性低。且在大容量的電力電子系統中為了快速預充，充電器不僅要滿足高電壓等級的充電需求，同時要滿足大功率快速預充的需求。這樣的高壓大功率充電器多為專用充電器，市場上選擇較少，成本較高且體積較大。

2、基于預充電電阻的限電流充電方案，為了實現快速預充電，系統需要額外配置大功率的功率電阻和對應的控制開關，雖然方案簡單，但會增加系統功率損耗和系統散熱設計壓力。

發明內容

本發明要解決的技術問題是如何利用現有的并離網儲能系統，在對系統結構不做絲毫改動的基礎上構造出超級電容預充電電路，并利用原有的控制系統實現并離網儲能系統中超級電容的預充電，解決上述常見超級電容預充電方案存在的問題。

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是提供了一種并離網儲能系統的超級電容預充電電路，其特征在于：包括快速并離網開關電路、基于三相儲能變流器系統的預充電重構電路和超級電容器組；

所述快速并離網開關電路為三相的雙向晶閘管電路組成，包括晶閘管和晶閘管驅動電路；

所述三相儲能變流器系統主要包括：三相交流斷路器、直流斷路器、三相LCL交流濾波電路、直流電容濾波電路、直流預充電路和三相全橋電路；

所述基于三相儲能變流器系統的預充電重構電路主要包括：三相交流斷路器、直流斷路器、兩相LCL交流濾波電路、直流電容濾波電路、直流預充電路和單相全橋不控整流電路；

所述超級電容器組是由多個超級電容器模塊串并聯組成，而所述超級電容器模塊由多個超級電容器單體串并聯后形成。

進一步，所述快速并離網開關一端連接三相電網，一端連接三相儲能變流器系統的交流斷路器；

所述三相交流斷路器一端連接快速并離網開關，一端連接三相LCL交流濾波電路；