专利名称：一种电力储能用大容量组合型变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力储能用大容量组合型变换器，具体涉及一种电力储能用电压源型变换器。
背景技术：
由于传统能源的日益匮乏和环境日趋恶化，随着高温超导材料的发现和电力电子技术的快速发展，超导储能(SMES)装置在电力系统中的应用越来越广泛，也极大地促进了新能源的发展。目前的电力储能用电力控制装置多数是由电力电子开关元件构成的电压源型变换器，通过对电压源型变换器输出电压的幅值和相位进行控制，使之快速地调节系统的有功功率、无功功率(包括谐波)。但新能源发电像风电(如风力发电)、太阳能发电(光伏发电)自身所固有的随机性、间歇性等特征决定了其对电网调峰和系统安全运行带来的影响，因此必须有先进的储能技术做支撑。超导磁储能技术主要用于电力系统的调峰、填谷、调频、调相、紧急事故备用，并且还可以提高储能的密度和效率、动态响应能力的增强以及性能检测等。新能源发电及电网向大容量、超大规模的方向发展，大容量变换器被用于电力系统中。现有的电力储能用电压源型变换器，其大功率的电力电子开关元件与超导电感直接串联，承受与超导电感相同的电流，而超导电感的电流承受能力(可以达到数千甚至数万安培)远远超过大功率的电力电子开关元件，导致电力储能功率转换效率受到抑制；同时，为达到大型电力储能系统大功率交换的要求，电力电子开关元件应承担更高的电压(数千伏)，而现有的拓扑结构由于开关频率低，导致直流电压侧的电压波动剧烈，大大降低了电力储能功率转换效率，也限制了更大功率电力储能系统的实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电力储能用大容量组合型变换器，解决现有技术存在的开关元件无法承受过高的电压降和过电流、功率转换效率低以及环流等问题，实现大容 量电力储能。本发明的目的是这样实现的，一种电力储能用大容量组合型变换器，包括两电平三相电压源型变流器(VSC)、两象限斩波器和超导电感，所述两电平三相电压源型变流器的交流侧通过等值电感电阻LR相连，再通过变压器T接入电网，直流侧并联稳压电容器C及等效蓄电池B，并串联所述两象限斩波器，所述两象限斩波器通过平波电感LI与所述超导电感连接构成双向电压源型变换器。所述双向电压源型变换器为两个且通过所述超导电感并联为两级双向电压源型变换器。所述双向电压源型变换器为至少三个且通过所述超导电感并联为多级双向电压源型变换器。本发明具有如下有益效果，本发明采用两电平三相电压源型变流器级联的方式，配合斩波器实现超导磁体的充放电控制，能灵活实现能量的快速流动，有效的降低了谐波含量，解决了大功率变换过程中开关管的耐压、耐流等问题，避免了现有技术存在的环流问题，实现了大功率变换。
图I为本发明双向电压源型变换器结构图；图2为本发明两级级联双向电压源型变换器结构图；图3为本发明多级级联双向电压源型变换器结构图；图4为本发明斩波器充电模式的IGBT的时序图；图5为本发明斩波器等效电路图； 图6为本发明斩波器充电模式等效电路图；图7为本发明斩波器放电模式等效电路图；图8为本发明斩波器续流模式等效电路图。图中，I.两电平三相电压源型变流器，2.两象限斩波器，Lsc.超导电感，L.并网电感，R.线路等效阻抗，T.变压器，C.稳压电容器，B.等效蓄电池，LI.平波电感。
具体实施例方式实施例1，一种电力储能用大容量组合型变换器，参见图1，包括两电平三相电压源型变流器I、两象限斩波器2和超导电感Lsc，两电平三相电压源型变流器I的交流侧通过并网电感L和线路等效阻抗R与多组线圈变压器T相连，再通过多输出变压器T接入电网，直流侧并联稳压电容器C及等效蓄电池B，并串联所述两象限斩波器2，两象限斩波器2通过平波电感LI与超导电感Lsc连接构成双向电压源型变换器。当超导磁体失超时，等效蓄电池B工作，使能量迅速转移到等效蓄电池B中，不至于能量损失；平波电感LI主要用来滤除多组线圈变压器T产生的高频电流谐波。通过控制斩波器2的IGBT管的开通和关断，控制超导电感Lsc的充放电速度以及工作模式。实施例2，一种电力储能用大容量组合型变换器，为二级双向电压源型变换器，参见图2，由两个双向电压源型变换器通过超导电感Lsc并联而成。其结构形式为两电平三相电压源型变流器I、两象限斩波器2和超导电感Lsc，两电平三相电压源型变流器I的交流侧通过并网电感L和线路等效阻抗R与多组线圈变压器T相连，再通过多输出变压器T接入电网，直流侧并联稳压电容器C及等效蓄电池B，并串联所述两象限斩波器2，两象限斩波器2通过平波电感LI与超导电感Lsc连接构成双向电压源型变换器；各级两电平三相电压源型变流器I的交流侧通过并网电感L和线路等效阻抗R与多输出变压器T的副边连接，多组线圈变压器T的原边接入电网，直流侧并联稳压电容器C，再与斩波器2串联，每一级斩波器的输出端与超导电感Lsc连接。通过两级级联使各个开关管承受的电压电流减半，实现大功率变换。实施例3，一种电力储能用大容量组合型变换器，为三级双向电压源型变换器，参见图3，由三个双向电压源型变换器并联而成，其结构形式为两电平三相电压源型变流器I、两象限斩波器2和超导电感Lsc，两电平三相电压源型变流器I的交流侧通过并网电感L和线路等效阻抗R与多组线圈变压器T相连，再通过多输出变压器T接入电网，直流侧并联稳压电容器C及等效蓄电池B，并串联所述两象限斩波器2，两象限斩波器2通过平波电感LI与超导电感Lsc连接构成双向电压源型变换器；各级两电平三相电压源型变流器I的交流侧通过并网电感L和线路等效阻抗R与多组线圈变压器T的副边连接，多组线圈变压器T的原边接入电网，直流侧并联稳压电容器C，再与斩波器2串联，每一级斩波器的输出端与超导电感Lsc连接。采用三级或三级以上双向电压源型变换器，可以减小流过每一级的开关管电流和电压，从而实现大功率的变换。 图4开关管IGBT的脉冲充电时的时序图，Vgl7、Vgl8分别是IGBT管G17、IGBT管G18的驱动脉冲电压；Vg27、Vg28分别是IGBT管G27、IGBT管G28的驱动脉冲电压信号。其中Vgl7、Vg27的信号必须一致，Vgl8、Vg28的信号必须一致。图5为斩波器主电路等效电路图。下面结合图5说明斩波器的工作情况，当超导电感Lsc充电时，两电平三相电压源型变流器VSCl工作在整流模式，此时，斩波器的IGBT管G18 (或G17)和IGBT管G28 (或G27)保持常通状态，IGBT管G17 (或G18)和IGBT管G27 (或G28)斩波控制。通过控制IGBT管G17(或G18)和IGBT管G27(或G28)的占空比可以控制超导电感的充电速度，如图6所示，为超导充电时电流的流向图；当超导电感Lsc放电时，两电平三相电压源型换流器VSCl工作在逆变模式，斩波器的IGBT管G18、G17、G27、G28都关断不导通。电流通过续流二极管 D17、D18、D27和D28向VSCl侧放电，图7所示为斩波器放电模式等效电路图。当超导电感Lsc工作在续流模式时，斩波器的IGBT管G18和G17只有一个常断一个常通，同理IGBT管G28和G27也只有一个常断一个常通，即IGBT管G18 (或G17)和IGBT管G27 (或G28)常断，由二极管D18(或D17)和二极管D28(或D27)续流，如图8所示，为斩波器续流模式等效电路图。
权利要求
1.一种电力储能用大容量组合型变换器，其特征在于包括两电平三相电压源型变流器(I)、两象限斩波器(2)和超导电感Lsc，所述两电平三相电压源型变流器(I)的交流侧通过等值电感电阻LR与多输出变压器(T)相连，再通过多组线圈变压器(T)接入电网，直流侧并联稳压电容器(C)及等效蓄电池(B)，并串联所述两象限斩波器(2)，所述两象限斩波器(2)通过平波电感(LI)与所述超导电感(Lsc)连接构成双向电压源型变换器。
2.如权利要求I所述的电力储能用大容量组合型变换器，其特征在于所述双向电压源型变换器为两个且通过所述超导电感(Lsc)并联为两级双向电压源型变换器。
3.如权利要求I所述的电力储能用大容量组合型变换器，其特征在于所述双向电压源型变换器为至少三个且通过所述超导电感(Lsc)并联为多级双向电压源型变换器。
全文摘要
一种电力储能用大容量组合型变换器，包括两电平三相电压源型变流器(VSC)、斩波器和超导电感，所述两电平三相电压源型变流器的交流侧通过等值电感电阻LR相连，再通过多组线圈变压器T接入电网，直流侧并联稳压电容器C及等效蓄电池B，并串联所述两象限斩波器，所述两象限斩波器通过平波电感L1与所述超导电感连接构成双向电压源型变换器。本发明采用两电平三相电压源型变流器级联的方式，配合斩波器实现超导磁体的充放电控制，能灵活实现能量的快速流动，有效的降低了谐波含量，解决了大功率变换过程中开关管的耐压、耐流等问题，避免了现有技术存在的环流问题，实现了大功率变换。
文档编号H02J3/32GK102709937SQ20121015646
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者刘金虹, 张辉, 李洁 申请人:西安理工大学