一种储能变流器及其系统的制作方法

本发明创造属于电力电子的，具体涉及了一种储能变流器及其系统。

背景技术：

1、近年来国内的科研院所、高校和企业针对大容量电池储能系统关键技术开展了深入研究。现阶段应用最为广泛的为低压储能系统，但其存在隔离变压器，占地面积大，损耗高，系统整体效率较低。同时储能变流器开关频率低，影响了储能系统的输出电能质量。

2、传统技术方案采用桥式两电平或者中性点钳位三电平拓扑结构构建pcs(储能变流器)，采用传统方案的pcs输出电压较低(一般低于1.2kv)，功率容量也较小(通常单机不大于2000kw)，要实现高电压大规模储能，一般采用多台低压小容量pcs在交流侧并联，然后经过升压变压器后接入高压电网，带来的问题是系统效率降低，而且并联的台数不宜过多，否则控制层级多导致控制指令响应慢，容易出现内部环流和谐振问题。上述问题制约了储能系统的容量扩展，限制了储能系统在电力系统中应发挥的作用。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明创造提出了一种储能变流器及其系统。本技术所采用的储能变流器，包括：多个连接电抗器和多条功率链路；每条所述功率链路都串联有至少一个所述连接电抗器；多条串联了所述连接电抗器的所述功率链路通过星型或三角型连接，形成所述储能变流器；每条所述功率链路中包括有多个储能电池单元和相互级联的多个功率单元；所述功率单元与所述储能电池单元一一对应，每个所述功率单元都连接有一个储能电池单元，其中每条所述功率链路中的功率单元数量相同。所以本技术采用高压直挂方式，无需升压变压器，降低了方案整体设备造价，级联后的等效开关频率高，系统输出电能质量好，每个功率单元直流侧单独配置储能电池，直流侧接入的电池串并联数少，最大化避免“短板效应”从而大幅度提高了储能电池的利用率。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案包含两个个方面。

3、第一方面，本技术提供了一种储能变流器，包括：多个连接电抗器和多条功率链路；每条所述功率链路都串联有至少一个所述连接电抗器；多条串联了所述连接电抗器的所述功率链路通过星型或三角型连接，形成所述储能变流器；每条所述功率链路中包括有多个储能电池单元和相互级联的多个功率单元；所述功率单元与所述储能电池单元一一对应，每个所述功率单元都连接有一个储能电池单元，其中每条所述功率链路中的功率单元数量相同。

4、在一些实施例中，所述功率单元包括：双向dc/dc模块、dc/ac模块、旁路装置和取能装置；所述双向dc/dc模块的输入端与所述储能电池单元的输出端电连接；所述dc/ac模块的输入端与所述双向dc/dc模块的输出端电连接；所述旁路装置与所述dc/ac模块的输出端电连接，用于当所述功率单元或所述储能电池单元发生故障时，将所述功率单元的交流输出端旁路；所述取能装置同时与所述电池管理模块、双向dc/dc模块、所述dc/ac模块以及所述旁路装置电连接，为所述电池管理模块、双向dc/dc模块、所述dc/ac模块以及所述旁路装置供能。

5、在一些实施例中，所述双向dc/dc模块包括：双向直流变换器、dc驱动电路和第一控制器；所述双向直流变换器的输入端与所述储能电池单元电连接，所述双向直流变换器的输出端与所述dc/ac模块的输入端电连接，用于调整所述储能电池单元输出的电压；所述双向直流变换器中包括有多个全控型功率半导体器件；多个所述全控型功率半导体器件的集电极和发射极之间都反向并联有续流二极管；所述dc驱动电路与所述双向直流变换器中的多个所述全控型功率半导体器件电连接，用于产生pwm脉冲触发信号，使得所述全控型功率半导体器件导通或关断；所述第一控制器与所述dc驱动电路通信连接，与所述取能装置电连接，用于通过所述dc驱动电路控制多个所述全控型功率半导体器件导通或关断，且还用于获取所述双向直流变换器的电压、电流和温度信号。

6、在一些实施例中，所述dc/ac模块包括：h桥逆变电路、ac驱动电路和第二控制器；所述h桥逆变电路的输入端与所述双向dc/dc模块的输出端电连接，所述h桥逆变电路的输出端设置有输出端子；所述h桥逆变电路包括：h桥逆变拓扑、支撑电容c1和电阻r1；所述支撑电容c1与所述电阻r1分别并联在所述h桥逆变拓扑的直流侧；所述支撑电容器c1用于为所述h桥逆变拓扑的直流侧提供稳定的直流电压；所述电阻r1作为停机后所述支撑电容c1的放电回路；所述h桥逆变拓扑中包括有多个全控型功率半导体器件，且多个所述全控型功率半导体器件的集电极与发射极之间都反向并联有续流二极管；所述ac驱动电路与所述h桥逆变拓扑电连接，用于控制所述h桥逆变拓扑中多个所述全控型功率半导体器件的导通或关闭；所述第二控制器与所述ac驱动电路通信连接，且与所述取能装置电连接，用于通过ac驱动电路控制所述h桥逆变拓扑中各个所述全控型功率半导体器件的导通或关闭，还用于采集所述支撑电容c1的电容电压以及驱动故障信号。

7、在一些实施例中，所述旁路装置包括：旁路开关和旁路电源控制器；所述旁路开关的动作端分别与所述dc/ac模块的输出端电连接；所述旁路电源控制器与所述旁路开关的受控端电连接，用于控制所述旁路开关闭合或断开，使得所述功率单元在所述功率链路中的接入状态发生改变。

8、在一些实施例中，所述旁路电源控制器包括：旁路控制电路、第三dc/dc模块和辅助开关；所述第三dc/dc模块的输入端与所述取能装置的输出端电连接，所述第三dc/dc模块的输出端与所述辅助开关的第一端电连接；所述旁路控制电路与所述取能装置的输出端电连接，且所述旁路控制电路还与所述辅助开关的受控端电连接，用于接收外界给予的指令信号，根据所述指令信号控制所述辅助开关闭合或断开；所述旁路控制电路还与所述旁路开关通信连接，用于获取所述旁路开关的状态信息；所述辅助开关的第二端与所述旁路开关电连接，同时所述辅助开关的受控端与所述旁路控制电路电连接，用于受到所述旁路控制电路的控制进行关断或闭合，其中当所述辅助开关处于闭合状态时，所述第三dc/dc模块输出的直流电压会作用到所述旁路开关，使得所述旁路开关被控。

9、在一些实施例中，所述取能装置包括：第一dc/dc模块、第二dc/dc模块和电力二极管；所述第一dc/dc模块的输入端与所述储能电池单元的输出端电连接；所述第二dc/dc模块的输入端与所述支撑电容c1的两端电连接；所述电力二极管的正极与所述第一dc/dc模块的输出端的正极电连接；所述第一dc/dc模块的输出端的负极与所述第二dc/dc模块的输出端的负极连接，并引出所述取能装置的输出端的负极；所述电力二极管的负极与所述第二dc/dc模块的输出端的正极连接，并引出所述取能装置的输出端的正极；所述第二dc/dc模块输出的直流电压大于所述第一dc/dc模块输出的直流电压，使得所述取能装置优先从所述支撑电容c1取能，当所述支撑电容c1出现失电等情况时，自动切换到从所述储能电池单元取能。

10、在一些实施例中，所述储能电池单元包括：储能电池组，电池组开关k1，电池管理模块；所述储能电池组通过所述电池组开关k1与所述双向dc/c模块电连接；所述电池管理模块与所述取能装置电连接，用于监测所述储能电池组的状态。

11、第二方面，本技术提出了一种储能变流器系统，包括：启动装置、控制柜和如第一方面任一所述的一种储能变流器；所述启动装置的一端与电网电连接，另一端与所述储能变流器的端部电连接，用于储能变流器启动工作前的软充电；所述控制柜与所述储能变流器中的每个所述功率单元通信连接，用于控制每个所述功率单元以及采集每个所述功率单元的运行状态信号。

12、在一些实施例中，所述启动装置包括：旁路开关、充电电阻和氧化锌避雷器；所述旁路开关、所述充电电阻、所述氧化锌避雷器和所述连接电抗器集成在一个柜体内形成启动装置。

13、本发明创造的有益效果：本技术所采用的储能变流器，包括：多个连接电抗器和多条功率链路；每条所述功率链路都串联有至少一个所述连接电抗器；多条串联了所述连接电抗器的所述功率链路通过星型或三角型连接，形成所述储能变流器；每条所述功率链路中包括有多个储能电池单元和相互级联的多个功率单元；所述功率单元与所述储能电池单元一一对应，每个所述功率单元都连接有一个储能电池单元，其中每条所述功率链路中的功率单元数量相同。