[发明专利]一种易于扩展的独立电流控制电池储能系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及储能系统领域以及电力电子变换器领域，具体涉及一种易于扩展的独立电流控制电池储能系统及其控制方法。

背景技术

随着环境污染、气候变暖以及化石燃料储量的大幅度降低，利用可再生能源发电成为研究热点。新能源发电大规模并网的不稳定性、间歇性、不可预测性将会给电力系统的稳定运行带来新的挑战，而储能是应对这一挑战的最佳技术之一。其中，电池储能以其安装方便快捷、建造周期短、扩容改造方便、容易实现模块化等优势，已经得到了广泛应用。

现有的模块化电池储能系统通常采用全功率独立控制型柔性成组储能系统。其主要有三种拓扑结构：H桥级联型柔性成组储能系统、模块化多电平变流器(MMC，modular-multilevel-converter)电池储能系统和DC-DC级联型柔性成组系统。在这现有的三种全功率独立控制柔性成组系统中，不论模块电池电流差异的大小，电池模块的全部充放电电流都要流过各自的变流器开关器件，造成器件电流应力大，导通损耗大等功率损耗，特别是在系统容量增加到较大基数时，问题更加突出。

发明内容

为解决现有技术所存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种易于扩展的独立电流控制可根据实际并网电压等级的需求扩展的电池储能系统，同时结合软开关技术以及更加高效、安全的同步控制策略，减小变流器的损耗、体积、成本以及重量，以提高电池模块的能量利用率。

本发明的另一目的在于提供一种易于扩展的独立电流控制电池储能系统的控制方法。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种易于扩展的独立电流控制的电池储能系统，包括主功率变换器，电池单元，辅助功率变换器和控制电路；所述主功率变换器一端与电池单元并联，另一端接入三相电网；所述电池单元由n组电池模块或n组电池单体串联组成；所述辅助功率变换器包括原边集成式高频隔离变压器，原边变换器和副边变换器；其中原边变换器一端与电池单元连接，另一端与原边集成式高频隔离变压器连接；副边变换器一端与电池单元连接，另一端与原边集成式高频隔离变压器连接；控制电路分别与主功率变换器、辅助功率变换器连接。

所述主功率变换器包括：第一电容器、第一电感器、第二电感器、第三电感器、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管、第五开关管、第六开关管；其中第一电容器与电池单元并联，第一开关管至第六开关管分别反并联一个二极管，所述第一开关管的发射极端连接在第一电感器的第一端，第一开关管的集电极与电池单元的正极连接，所述第二开关管的集电极端连接在第一电感器的第一端，第二开关管的发射极端与电池单元的负极连接，第三开关管的发射极端连接在第二电感器的第一端，第三开关管的集电极端与电池单元的正极连接，第四开关管的集电极端连接在第二电感器的第一端，第四开关管的发射极端与电池单元的负极连接，第五开关管的发射极端连接在第三电感器的第一端，第五开关管的集电极与电池单元的正极连接，第六开关管的集电极端连接在第三电感器的第一端，第六开关管的发射极端与电池单元的负极连接，所述第一电感器、第二电感器和第三电感器的第二端分别接入三相交流电网的U_c、U_b、U_a相。

所述电池单元为串联的N个电池模块和串联的N个电池单体中的一种，N≥2。

所述原边集成式高频隔离变压器包括L个集成原边绕组N个副边绕组，N＝ML，M取值范围为15～20。

所述原边变换器包括L个单元，其中第一个单元包含：第一原电感器、第七开关管、第八开关管、第九开关管、第十开关管；第一原电感器一端连接原边绕组第二端，另一端连接在第九开关管和第十开关管之间；第七开关管至第十开关管分别反并联一个二极管；第七开关管的集电极端连接在电池单元正极，第七开关管发射极连接在集成原边绕组的第一端；所述第八开关管的集电极端连接在集成原边绕组的第一端，第八开关管的发射极端连接在电池单元的负极；第九开关管的集电极端连接在电池单元的正极，第九开关管的发射极端连接在集成原边绕组的第二端；第十开关管的集电极端连接在集成原边绕组的第二端，第十开关管的发射极端连接在电池单元的负极；第二个单元至第L个单元结构依此类推，原边变换器之间串联。