[发明专利]一种适用于复合储能介质串联接入的多端口变流器

说明书

本发明公开了一种适用于复合储能介质串联接入的多端口变流器，包括串联连接的至少2个储能介质，与储能介质并联的功率电路，以及与功率电路并联的滤波电路；其中，功率电路包含三相桥臂和控制每相桥臂输出的双向开关，每相桥臂包含至少2个逆导功率开关管；滤波电路为LCL滤波器。通过合理控制功率器件的通断，可以实现两种储能介质的协同工作，充分发挥储能变流器中两种储能介质的优势，实现两种储能介质的优势互补，延长储能介质的寿命，实现经济最优。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体设计一种适用于复合储能介质串联接入的多端口变流器。

背景技术

智能电网中，储能已成为大规模集中式和分布式新能源发电接入和利用的重要支撑技术。在能源互联网发展背景下，储能的作用和地位将发生显著变化。基于储能在电力系统中的应用基础，储能的功能将进一步得到拓展，一些储能技术将获得新的发展机遇。传统意义的电力储能可定义为实现电力存储和双向转换的技术，包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、超导磁储能、电池储能等，利用这些储能技术，电能以机械能、电磁场、化学能等形式存储下来，并适时反馈回电力网络。能源互联网中的电力储能不仅包含实现电能双向转换的设备，还应包含电能与其他能量形式的单向存储与转换设备。

近来，储能电池、超级电容器、超导电磁储能和高效率飞轮等中小规模储能技术取得长足的进步，从而有力拓展了储能技术的应用范围。凭借这些传统和新兴、不同规模的储能技术，其应用可贯穿电力系统发输、变、配、用、电各个环节，以全面提升电力系统的运行效率、可靠性、电能质量和资产价值。

在能量/功率密度方面，电池储能具有较高的能量密度，钠硫电池的能量密度高达200W·h/kg；抽水蓄能、超导磁储能、超级电容器和飞轮储能能量密度大都低于30Wh·kg。但超级电容器储能和飞轮储能具有很高的功率密度，可以大功率放电，且响应时间快，适用于应对电压暂降和瞬时停电、提高用户的电能质量，抑制电力系统低频振荡和提高系统稳定性等。在循环寿命方面，电磁储能的循环次数高达数万次，如超导磁和超级电容器；机械储能如抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能的寿命主要取决于系统中机械部件的寿命，受传统机械工程技术的影响很大，系统寿命大于15年；电池储能系统的循环寿命与电极材料的性能和失效机理相关，其中钠硫电池的循环次数可达4500次，远高于铅酸电池、锂离子电池。

因此，超级电容器、蓄电池等多种储能介质共同工作，可以兼顾充放电速度和储能容量。一种传统的方法是将多种储能介质分别用双向变流器与三相电网相连。但此方案下，每一个三相变流器均需要一组控制器、滤波器以及变流器之间的通信装置以便协调工作。若采用多端口变流器则可以只采用一组控制器、一组滤波器，并且不需要通信装置。因此，多端口变流器在混合储能领域有着重要运用。

发明内容

本发明提供了一种适用于复合储能介质串联接入的多端口变流器，该多端口变流器是一种基于复合储能结构的储能变流器，可以充分发挥蓄电池和超级电容两种储能介质的优势。

本发明的技术方案为：

一种适用于复合储能介质串联接入的多端口变流器，其特征在于，包括：串联连接的至少2个储能介质，与储能介质并联的功率电路，以及与功率电路并联的滤波电路；

其中，功率电路包含三相桥臂和控制每相桥臂输出的双向开关，每相桥臂包含至少2个逆导功率开关管；

滤波电路为LCL滤波器。

其中，所述储能介质为蓄电池和/或超级电容器。可以是多个蓄电池和超级电容器交错串联，并不限制蓄电池和超级电容器的类型，具体地，在一个实施方式中，所述多端口变流器中包含串联连接的2个储能介质，其中，一个储能介质为蓄电池，另一个储能介质为超级电容器。为方便说明，以如下拓扑举例：蓄电池的负极和超级电容正极相连，蓄电池正极接功率电路上桥臂，超级电容负极接功率电路下桥臂。