一種儲(chǔ)能電壓平衡電力電子電能變換系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種儲(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。通過(guò)對(duì)高頻軟開關(guān)的電壓平衡變換器的控制，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能模組的均衡控制、延長(zhǎng)儲(chǔ)能設(shè)備的使用壽命并降低使用成本，同時(shí)，為電網(wǎng)側(cè)逆變器提供多路隔離直流電壓。通過(guò)該電能變換系統(tǒng)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(wú)功補(bǔ)償。本實(shí)用新型通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，具有電網(wǎng)和儲(chǔ)能側(cè)電氣隔離、控制簡(jiǎn)單、體積小、效率高和成本低等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種儲(chǔ)能電壓平衡電力電子電能變換系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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(guò)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)】
[0002]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(lái)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(guò)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(guò)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】

[0003]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(wú)功補(bǔ)償。通過(guò)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(zhǎng)儲(chǔ)能設(shè)備的使用壽命并降低使用成本。
[0004]為解決以上問(wèn)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(guò)串并聯(lián)復(fù)合而成的功率開關(guān)器件。
[0005]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:
[0006]N個(gè)所述儲(chǔ)能模組串聯(lián)后通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)單相或者三相電力導(dǎo)線，經(jīng)過(guò)開關(guān)SWl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)SWl和開關(guān)SW2之間；所述儲(chǔ)能側(cè)逆變器，其直流側(cè)通過(guò)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(guò)單相或多相電力導(dǎo)線與獨(dú)立負(fù)荷進(jìn)行連接。
[0007]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。
[0008]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Zsx ;半橋或全橋電路將直流變換成高頻交流，通過(guò)高頻變壓器傳輸?shù)搅硪宦钒霕蚧蛉珮螂娐?，?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。
[0009]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:
[0010]所述原邊或副邊的半橋電路的電路結(jié)構(gòu)為電容^和電容‘串聯(lián)后與直流濾波電容4并聯(lián)，并與直流側(cè)并聯(lián)，功率開關(guān)Shbi和功率開關(guān)S _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；
[0011]所述原邊或副邊的全橋電路的電路結(jié)構(gòu)為直流側(cè)并入直流濾波電容4，功率開關(guān)Sfbi和功率開關(guān)S FB2、以及功率開關(guān)Sfb3和功率開關(guān)S FB4分別串聯(lián)后并入直流母線，電容Crs一端串聯(lián)功率開關(guān)Sfb3和功率開關(guān)Sfb4串接的中點(diǎn)O，另一端形成交流側(cè)輸出端P，功率開關(guān)Sfbi和功率開關(guān)S FB2串接的中點(diǎn)N作為交流側(cè)另一輸出端。
[0012]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，所述儲(chǔ)能模組，由多個(gè)儲(chǔ)能子模組串聯(lián)構(gòu)成；儲(chǔ)能子模組分為儲(chǔ)能單元、儲(chǔ)能模塊和自平衡儲(chǔ)能模塊三種；儲(chǔ)能單元由多個(gè)儲(chǔ)能單體并聯(lián)構(gòu)成；儲(chǔ)能模塊由多個(gè)儲(chǔ)能單元串聯(lián)構(gòu)成。
[0013]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，所述自平衡儲(chǔ)能模塊由η個(gè)儲(chǔ)能子模塊和η個(gè)自平衡儲(chǔ)能模塊電壓平衡變換器構(gòu)成；自平衡儲(chǔ)能模塊電壓平衡變換器的原邊和副邊采用半橋電路；每個(gè)儲(chǔ)能子模塊由m個(gè)儲(chǔ)能單元串聯(lián)，并與帶有m組原邊直流端口的自平衡儲(chǔ)能模塊電壓平衡變換器直接并聯(lián)；n個(gè)自平衡儲(chǔ)能模塊電壓平衡變換器副邊的一路電壓平衡端口直接并聯(lián)，并為自平衡儲(chǔ)能模塊的內(nèi)部負(fù)載提供直流電，內(nèi)部負(fù)載包括冷卻裝置、控制器、顯示器和傳感器。
[0014]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，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器，包括直流側(cè)電壓配置模塊和逆變器模塊；直流側(cè)電壓配置模塊的特征在于，M組電壓平衡變換器的所有直流輸出通過(guò)電氣互連，形成滿足電網(wǎng)側(cè)逆變器要求的直流配置端口 ；逆變器模塊為兩電平逆變器，三電平逆變器和級(jí)聯(lián)逆變器；兩電平逆變器的特征在于，多個(gè)半橋電路并聯(lián)在帶電容Cd。的直流母線上，每個(gè)半橋輸出端經(jīng)由低通濾波與電網(wǎng)相連；三電平逆變器的特征在于，多個(gè)三電平橋式電路并聯(lián)在由電容Cdclx和電容C <!。2!￡串聯(lián)的直流母線上，電容Ctklx和電容C <!。2!￡的連接點(diǎn)N直接并聯(lián)，每個(gè)三電平橋式電路輸出端經(jīng)由低通濾波與電網(wǎng)相連，電容的一端與直流母線中點(diǎn)連接點(diǎn)N相連；級(jí)聯(lián)逆變器由多個(gè)單相級(jí)聯(lián)逆變器共用端子Nn構(gòu)成。
[0015]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，所述單相級(jí)聯(lián)逆變器由η個(gè)全橋逆變器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，與電網(wǎng)連接側(cè)串聯(lián)的電感‘id和抑制諧振的電阻瞞個(gè)全橋逆變器包括功率開關(guān)Sfb1、功率開關(guān)Sfb2、功率開關(guān)Sfb3和功率開關(guān)S FB4，濾波電感Za和濾波電容C ;功率開關(guān)Sfbi和功率開關(guān)S FB2，功率開關(guān)Sfb3和功率開關(guān)S FB4分別串聯(lián)后并聯(lián)接入直流側(cè)，高頻濾波電容Cd。也并聯(lián)接入直流側(cè)；四個(gè)功率開關(guān)的連接中點(diǎn)O和連接中點(diǎn)Q與濾波電感4的兩端相連，濾波電感4的另兩端連接到端子P和端子N，濾波電容C也與端子P、端子N連接；濾波電感4分為兩個(gè)繞組，且同名端相反，并繞制在一個(gè)磁路上；多個(gè)全橋逆變模塊的交流輸出側(cè)的端子Px和端子N x形成級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多模塊交流側(cè)串聯(lián)；抑制諧振電阻R與電感‘id串聯(lián)后一端與端子P i相連，另一端與端子P &id連接，端子P toid與端子N n一同接入電網(wǎng)。
[0016]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，所述儲(chǔ)能側(cè)逆變器為兩電平逆變器和三電平逆變器；所述獨(dú)立負(fù)荷為交直流負(fù)載和交直流電源。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果是:儲(chǔ)能電壓平衡電力電子電能變換系統(tǒng)，不僅實(shí)現(xiàn)串聯(lián)儲(chǔ)能模組的電壓平衡，而且可與電網(wǎng)形成互動(dòng)，通過(guò)對(duì)儲(chǔ)能模組的充電和放電，實(shí)現(xiàn)消峰填谷、諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償，并為電網(wǎng)關(guān)鍵負(fù)荷提供后備電源；通過(guò)電壓平衡變換器實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能模組與電網(wǎng)側(cè)的電氣隔離，系統(tǒng)具有電能轉(zhuǎn)換效率高，控制簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。電壓平衡變換器可實(shí)現(xiàn)高頻軟開關(guān)，具有轉(zhuǎn)換效率高、可靠性好、體積小、重量輕和成本低等特點(diǎn)，可快速實(shí)現(xiàn)各個(gè)儲(chǔ)能模組的電壓平衡，具有高穩(wěn)定的靜態(tài)電壓平衡性能和快速的動(dòng)態(tài)電壓平衡性能。當(dāng)串聯(lián)的某一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)能模組故障，與電壓平衡變換器斷開后，電壓平衡變換器仍能正常工作，并維持系統(tǒng)工作狀態(tài)不變。電壓平衡變換器，通過(guò)N路并聯(lián)的獨(dú)立電壓平衡變換器的移相控制，減小電壓平衡變換器的輸入輸出電流紋波；電壓平衡變換器可提高系統(tǒng)的可靠性，實(shí)現(xiàn)故障的獨(dú)立電壓平衡變換器在線更換，實(shí)現(xiàn)即插即用；同時(shí)，根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化投入運(yùn)行的并聯(lián)獨(dú)立電壓平衡變換器數(shù)量，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。通過(guò)對(duì)電壓平衡變換器的副邊直流側(cè)進(jìn)行并聯(lián)連接，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)串聯(lián)儲(chǔ)能模組之間的電壓平衡，同時(shí)提供副邊其它隔離直流側(cè)的電壓平衡，為電網(wǎng)側(cè)逆變器提供隔離直流和平衡電壓。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型所示的儲(chǔ)能電壓平衡電力電子電能變換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖2是本實(shí)用新型所示的儲(chǔ)能模組與電壓平衡變換器連接結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖3是本實(shí)用新型所示的獨(dú)立電壓平衡變換器電路結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖4是本實(shí)用新型所示的獨(dú)立電壓平衡變換器中的半橋電路結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖5是本實(shí)用新型所示的獨(dú)立電壓平衡變換器中的全橋電路結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖6是本實(shí)用新型所示的電壓平衡變換器結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖7是本實(shí)用新型所示的自平衡儲(chǔ)能模塊結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖8是本實(shí)用新型所示的電網(wǎng)側(cè)逆變器結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖9是本實(shí)用新型所示的兩電平逆變器結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖10是本實(shí)用新型所示的三電平逆變器結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖11是本實(shí)用新型所示的級(jí)聯(lián)逆變器結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖12是本實(shí)用新型所示的單相級(jí)聯(lián)逆變器結(jié)構(gòu)圖。
[0030]圖13是本實(shí)用新型所示的單相級(jí)聯(lián)逆變器的全橋逆變器結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]以下通過(guò)【具體實(shí)施方式】，結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0032]參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例中，一種儲(chǔ)能電壓平衡電力電子電能變換系統(tǒng)，基于模塊化設(shè)計(jì)，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。N個(gè)儲(chǔ)能模組串聯(lián)后滿足儲(chǔ)能側(cè)逆變器的直流電壓要求，每個(gè)儲(chǔ)能模組通過(guò)多路導(dǎo)線與電壓平衡變換器的多路原邊直流端口連接；電壓平衡變換器的副邊直流端口通過(guò)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；電網(wǎng)側(cè)逆變器的輸出側(cè)通過(guò)單相或者三相電力導(dǎo)線，經(jīng)過(guò)開關(guān)SWl和開關(guān)SW2與電網(wǎng)相連；電網(wǎng)負(fù)荷連接到開關(guān)SWl和開關(guān)SW2之間；當(dāng)兩個(gè)開關(guān)全開通時(shí)，電網(wǎng)側(cè)逆變器可向電網(wǎng)輸送電能，亦可通過(guò)電網(wǎng)向儲(chǔ)能模組充電。當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，開關(guān)SW2斷開，開關(guān)SWl閉合，儲(chǔ)能系統(tǒng)向電網(wǎng)負(fù)荷供電，提供后備電源支撐。儲(chǔ)能側(cè)逆變器直流側(cè)直接與串聯(lián)后的儲(chǔ)能模組并聯(lián)，并通過(guò)單相或多相電力導(dǎo)線與獨(dú)立負(fù)荷進(jìn)行連接。
[0033]參見(jiàn)圖2，本實(shí)施例中，儲(chǔ)能模組與電壓平衡變換器連接結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)能模組由M個(gè)儲(chǔ)能子模組串聯(lián)構(gòu)成；電壓平衡變換器采用一路獨(dú)立電壓平衡變換器，其原邊M個(gè)直流端口分別與M個(gè)儲(chǔ)能子模組的直流端口直接并聯(lián)；電壓平衡變換器的所有L路副邊輸出直流端口為電網(wǎng)側(cè)逆變器提供隔離直流。儲(chǔ)能子模組分為儲(chǔ)能單元、儲(chǔ)能模塊和自平衡儲(chǔ)能模塊三種；儲(chǔ)能單元由多個(gè)儲(chǔ)能單體并聯(lián)構(gòu)成；儲(chǔ)能模塊由多個(gè)儲(chǔ)能單元串聯(lián)構(gòu)成。
[0034]參見(jiàn)圖3，本實(shí)施例中，獨(dú)立電壓平衡變換器包括原邊M路相互之間隔離的半橋或全橋電路，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Lsi ;半橋或全橋電路將直流變換成高頻交流，通過(guò)高頻變壓器傳輸?shù)搅硪宦钒霕蚧蛉珮螂娐?，?jīng)整流將高頻交流轉(zhuǎn)換成直流；高頻變壓器Tx原副邊M+L個(gè)繞組繞制在一個(gè)磁芯，并共用一個(gè)磁路。原邊各繞組變比為根據(jù)儲(chǔ)能模塊的電壓變比進(jìn)行設(shè)置，副邊各繞組變比可根據(jù)實(shí)際需要選擇升壓或降壓。高頻電感Lsi用來(lái)調(diào)整原副邊電路阻抗，保證原邊或副邊任意兩路交流端口之間的阻抗相同。高頻電感在滿足電感值精度的情況下可直接利用變壓器的漏感，也可采用外接分立電感。
[0035]參見(jiàn)圖4，本實(shí)施例中，獨(dú)立電壓平衡變換器中原邊或副邊的半橋電路，其電路結(jié)構(gòu)為電容^和電容‘串聯(lián)后與直流濾波電容G并聯(lián)，并與直流側(cè)并聯(lián)，功率開關(guān)Shbi和功率開關(guān)Shb2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。
[0036]參見(jiàn)圖5，本實(shí)施例中，獨(dú)立電壓平衡變換器中原邊或副邊的全橋電路，其電路結(jié)構(gòu)為直流側(cè)并入直流濾波電容4，功率開關(guān)Sfbi和功率開關(guān)S FB2、以及功率開關(guān)Sfb3和功率開關(guān)Sfb4分別串聯(lián)后并入直流母線，電容Crs一端串聯(lián)功率開關(guān)S FB3和功率開關(guān)S FM串接的中點(diǎn)O，另一端形成交流側(cè)輸出端P，功率開關(guān)Sfbi和功率開關(guān)Sfb2串接的中點(diǎn)N作為交流側(cè)另一輸出端。
[0037]參見(jiàn)圖6，本實(shí)施例中，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。通過(guò)并聯(lián)提高電壓平衡變換器傳輸功率等級(jí)，減少其輸入輸出電流的紋波，同時(shí)減小其高頻濾波電容的容值與體積。通過(guò)并聯(lián)實(shí)現(xiàn)電壓平衡變換器的冗余備份，提高系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)當(dāng)某一路并聯(lián)的獨(dú)立電壓平衡變換器出現(xiàn)故障后，可實(shí)現(xiàn)在線運(yùn)行更換，并即插即用。根據(jù)傳輸功率的大小，通過(guò)封鎖獨(dú)立電壓平衡變換器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在線調(diào)整實(shí)際投入運(yùn)行的獨(dú)立電壓平衡變換器數(shù)量，提高電壓平衡變換器的運(yùn)行效率。當(dāng)電壓平衡變換器有η個(gè)獨(dú)立電壓平衡變換器投入運(yùn)行時(shí)，每個(gè)運(yùn)行的獨(dú)立電壓平衡變換器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)相互移相π /η，從而減小電壓平衡變換器的輸出電流紋波。
[0038]參見(jiàn)圖7，本實(shí)施例中，自平衡儲(chǔ)能模塊由η個(gè)儲(chǔ)能子模塊和η個(gè)自平衡儲(chǔ)能模塊電壓平衡變換器構(gòu)成；自平衡儲(chǔ)能模塊電壓平衡變換器的原邊和副邊采用半橋電路；每個(gè)儲(chǔ)能子模塊由m個(gè)儲(chǔ)能單元串聯(lián)，并與帶有m組原邊直流端口的自平衡儲(chǔ)能模塊電壓平衡變換器直接并聯(lián)；n個(gè)自平衡儲(chǔ)能模塊電壓平衡變換器副邊的一路電壓平衡端口直接并聯(lián)，并為自平衡儲(chǔ)能模塊的內(nèi)部負(fù)載提供直流電，內(nèi)部負(fù)載包括冷卻裝置、控制器、顯示器和傳感器。
[0039]參見(jiàn)圖8，本實(shí)施例中，電網(wǎng)側(cè)逆變器包括直流側(cè)電壓配置模塊和逆變器模塊。直流側(cè)電壓配置模塊將N組電壓平衡變換器的所有副邊直流端口通過(guò)電氣互連，形成滿足逆變器模塊要求的直流端口。N組電壓平衡變換器中至少有一路副邊直流端口直接進(jìn)行并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)N組儲(chǔ)能模組的電壓平衡；或者，通過(guò)逆變器模塊的電壓調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)N組電壓平衡變換器副邊直流端口的電壓平衡，從而實(shí)現(xiàn)N組儲(chǔ)能模組的電壓平衡。N組電壓平衡變換器的所有副邊直流端口可并聯(lián)成一個(gè)直流端口，或者所有副邊直流端口分組串聯(lián)再并聯(lián)，滿足兩電平逆變器直流母線對(duì)直流端口的配置要求。為滿足三電平逆變器直流母線對(duì)直流端口的配置要求，將電壓平衡變換器的所有副邊直流端口分兩組并聯(lián)后再串聯(lián)，形成兩個(gè)串聯(lián)直流端口。為滿足級(jí)聯(lián)逆變器直流母線對(duì)直流端口的配置要求，分組并聯(lián)成m路隔離直流端口。逆變器模塊分為兩電平逆變器，三電平逆變器和級(jí)聯(lián)逆變器。兩電平逆變器結(jié)構(gòu)如圖9所示，多個(gè)半橋電路并聯(lián)在帶電容Cd。的直流母線上，每個(gè)半橋電路輸出端經(jīng)由L 一 C 一R — L低通濾波與電網(wǎng)相連。三電平逆變器結(jié)構(gòu)如圖10所示，多個(gè)三電平橋式電路并聯(lián)在由電容Cdcax和電容Ctk2x串聯(lián)的直流母線上，電容Cdclx和電容Ctk2,連接點(diǎn)N直接并聯(lián)，每個(gè)三電平橋式電路輸出端經(jīng)由L 一 C 一 R — L低通濾波與電網(wǎng)相連，低通濾波的公共端與連接點(diǎn)N相連。級(jí)聯(lián)逆變器結(jié)構(gòu)如圖11所示，級(jí)聯(lián)逆變器由N個(gè)單相級(jí)聯(lián)逆變器共用端子Nn構(gòu)成。
[0040]參見(jiàn)圖12，本實(shí)施例中，單相級(jí)聯(lián)逆變器由η個(gè)全橋逆變器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，與電網(wǎng)連接側(cè)串聯(lián)電感‘id和抑制諧振的電阻R。單相級(jí)聯(lián)逆變器中的全橋逆變器結(jié)構(gòu)，如圖13所示，每個(gè)全橋逆變器包括功率開關(guān)Sfb1、功率開關(guān)Sfb2、功率開關(guān)Sfb3和功率開關(guān)S FB4，濾波電感Za和濾波電容C，功率開關(guān)Sfbi和功率開關(guān)S FB2、功率開關(guān)Sfb3和功率開關(guān)S FB4分別串聯(lián)后并聯(lián)接入直流側(cè)，高頻濾波電容Cd。也并聯(lián)接入直流側(cè)。四個(gè)功率開關(guān)的連接中點(diǎn)O和連接中點(diǎn)Q與濾波電感4的兩端相連，濾波電感4的另兩端連接到端子P和端子N，電容C也與端子P、端子N連接。濾波電感Za分為兩個(gè)繞組，且同名端相反，并繞制在一個(gè)磁路上，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)共模抑制和差模濾波。多個(gè)全橋逆變模塊的交流輸出側(cè)端子Px和端子\形成級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多模塊交流側(cè)串聯(lián)。抑制諧振電阻R與電感串聯(lián)后一端與端子P1相連，另一端與端子Ptoid連接，端子P toid與端子N n—同接入電網(wǎng)，抑制諧振電阻R與電感‘id可利用電網(wǎng)線路自身阻抗。
[0041]參見(jiàn)圖9，本實(shí)施例中，儲(chǔ)能側(cè)逆變器采用兩電平逆變器；參見(jiàn)圖10，本實(shí)施例中，儲(chǔ)能側(cè)逆變器采用三電平逆變器。獨(dú)立負(fù)荷為交直流負(fù)載和交直流電源，如三相交流電動(dòng)機(jī)或三相交流發(fā)電機(jī)。
【權(quán)利要求】
1.一種儲(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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)單相或者三相電力導(dǎo)線，經(jīng)過(guò)開關(guān)SWl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)SWl和開關(guān)SW2之間；所述儲(chǔ)能側(cè)逆變器，其直流側(cè)通過(guò)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(guò)單相或多相電力導(dǎo)線與獨(dú)立負(fù)荷進(jìn)行連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1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。
3.根據(jù)權(quán)利要求2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Zsx ;半橋或全橋電路將直流變換成高頻交流，通過(guò)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。
4.根據(jù)權(quán)利要求3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^lx和電容^串聯(lián)后與直流濾波電容Q并聯(lián)，并與直流側(cè)并聯(lián)，功率開關(guān)Shbi和功率開關(guān)Shb2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； 所述原邊或副邊的全橋電路的電路結(jié)構(gòu)為直流側(cè)并入直流濾波電容4，功率開關(guān)Sfm和功率開關(guān)SFB2、以及功率開關(guān)Sfb3和功率開關(guān)S FB4分別串聯(lián)后并入直流母線，電容匕一端串聯(lián)功率開關(guān)Sfb3和功率開關(guān)S FB4串接的中點(diǎn)O，另一端形成交流側(cè)輸出端P，功率開關(guān)S FB1和功率開關(guān)Sfb2串接的中點(diǎn)N作為交流側(cè)另一輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1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，所述儲(chǔ)能模組，由多個(gè)儲(chǔ)能子模組串聯(lián)構(gòu)成；儲(chǔ)能子模組分為儲(chǔ)能單元、儲(chǔ)能模塊和自平衡儲(chǔ)能模塊三種；儲(chǔ)能單元由多個(gè)儲(chǔ)能單體并聯(lián)構(gòu)成；儲(chǔ)能模塊由多個(gè)儲(chǔ)能單元串聯(lián)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5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，所述自平衡儲(chǔ)能模塊由η個(gè)儲(chǔ)能子模塊和η個(gè)自平衡儲(chǔ)能模塊電壓平衡變換器構(gòu)成；自平衡儲(chǔ)能模塊電壓平衡變換器的原邊和副邊采用半橋電路；每個(gè)儲(chǔ)能子模塊由m個(gè)儲(chǔ)能單元串聯(lián)，并與帶有m組原邊直流端口的自平衡儲(chǔ)能模塊電壓平衡變換器直接并聯(lián)；n個(gè)自平衡儲(chǔ)能模塊電壓平衡變換器副邊的一路電壓平衡端口直接并聯(lián)，并為自平衡儲(chǔ)能模塊的內(nèi)部負(fù)載提供直流電，內(nèi)部負(fù)載包括冷卻裝置、控制器、顯示器和傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1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，所述電網(wǎng)側(cè)逆變器，包括直流側(cè)電壓配置模塊和逆變器模塊；直流側(cè)電壓配置模塊的特征在于，M組電壓平衡變換器的所有直流輸出通過(guò)電氣互連，形成滿足電網(wǎng)側(cè)逆變器要求的直流配置端口 ；逆變器模塊為兩電平逆變器，三電平逆變器和級(jí)聯(lián)逆變器；兩電平逆變器的特征在于，多個(gè)半橋電路并聯(lián)在帶電容Cd。的直流母線上，每個(gè)半橋輸出端經(jīng)由低通濾波與電網(wǎng)相連；三電平逆變器的特征在于，多個(gè)三電平橋式電路并聯(lián)在由電容Cdelx和電容Cde2x串聯(lián)的直流母線上，電容Cdelx和電容Cde2,連接點(diǎn)N直接并聯(lián)，每個(gè)三電平橋式電路輸出端經(jīng)由低通濾波與電網(wǎng)相連，電容的一端與直流母線中點(diǎn)連接點(diǎn)N相連；級(jí)聯(lián)逆變器由多個(gè)單相級(jí)聯(lián)逆變器共用端子Nn構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7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，所述單相級(jí)聯(lián)逆變器由η個(gè)全橋逆變器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，與電網(wǎng)連接側(cè)串聯(lián)的電感和抑制諧振的電阻足每個(gè)全橋逆變器包括功率開關(guān)S FB1、功率開關(guān)Sfb2、功率開關(guān)Sfb3和功率開關(guān)S FB4，濾波電感4和濾波電容C ;功率開關(guān)S FB1和功率開關(guān)S FB2，功率開關(guān)Sfb3和功率開關(guān)S FB4分別串聯(lián)后并聯(lián)接入直流側(cè)，高頻濾波電容Cd。也并聯(lián)接入直流側(cè)；四個(gè)功率開關(guān)的連接中點(diǎn)O和連接中點(diǎn)Q與濾波電感4的兩端相連，濾波電感4的另兩端連接到端子P和端子N，濾波電容C也與端子p、端子N連接；濾波電感Za分為兩個(gè)繞組，且同名端相反，并繞制在一個(gè)磁路上；多個(gè)全橋逆變模塊的交流輸出側(cè)的端子Px和端子N x形成級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多模塊交流側(cè)串聯(lián)；抑制諧振電阻R與電感‘id串聯(lián)后一端與端子P i相連，另一端與端子P toid連接，端子Ptoid與端子N n—同接入電網(wǎng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1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，所述儲(chǔ)能側(cè)逆變器為兩電平逆變器和三電平逆變器；所述獨(dú)立負(fù)荷為交直流負(fù)載和交直流電源。
【文檔編號(hào)】H02J3/01GK204258322SQ201420146928
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年3月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月30日
【發(fā)明者】張良華, 張賢貴 申請(qǐng)人:張良華, 張賢貴