[发明专利]用于超导磁储能系统的斩波器

说明书

本发明涉及一种用于超导磁储能系统的斩波器，包括n+m个结构相同的斩波器子模块，斩波器子模块SM₁的中间端子与直流母线的正极相连，斩波器子模块SM_k，k＝2,3,…,n+m，的中间端子与斩波器子模块SM_k‑1的下端子相连，斩波器子模块SM_n+m的下端子与直流母线的负极相连。斩波器子模块由一个半桥电路、一个电容C和一个单相斩波器并联构成，其中，半桥电路包括两路并联器件，一路为串联的两个IGBT，即T₁和T₂，一路为串联的两个二极管，即D₁和D₂。

技术领域

本发明涉及超导磁储能系统领域，涉及一种斩波器。

背景技术

超导磁储能(Superconducting Magnetic Energy Storage，SMES)系统是将能量储存在超导磁体中的一种快速、高效的储能装置。SMES系统相较于机械储能、电化学储能等储能装置，具有响应速度快、循环次数多、功率密度大及能量转换率高等优势，进而可用于抑制光伏、风电等新能源并网引起的电力系统频率波动；提升电网的暂态稳定性；增强重要负荷的供电可靠性等。

斩波器作为SMES系统的核心部分，主要功能是实现超导磁体与电网之间的可控能量交换。目前SMES系统多采用单相斩波器，由于开关器件关断电压的限制，单相斩波器只适用于电压等级较低的场合。中点钳位型单相斩波器的每个开关器件的关断电压仅为直流母线极对极电压的一半，适用于电压等级较高的场合，但这类结构的控制逻辑复杂、扩展性差，且易产生中点电位漂移。

显著提升单相斩波器的电压等级在技术上存在困难，将多个单相斩波器串联至较高电压等级是解决这一难题的有效措施，同时，由多个单相斩波器串联构成的斩波器可接入多个超导磁体，进而可有效提升SMES系统整体的储能量，但该斩波器可靠性较低，某一单相斩波器故障会导致斩波器整体退出运行，同时，斩波器中各电容及各超导磁体的参数在实际工程中难以保证完全一致，进而难以维持各电容电压均衡及各超导磁体电流均衡。电容电压不均衡可能引起部分器件过电压，超导磁体电流不均衡会造成部分超导磁体优先完成充、放电过程，而剩余超导磁体被迫停止充、放电，进而削弱SMES系统整体的放电深度。

发明内容

本发明提出一种超导磁储能系统斩波器均压均流控制方法，特别适用于高电压等级、大储能量超导磁储能系统，允许多个超导磁体接入以提升系统整体储能量，同时，该结构具备均压和均流能力、可靠性高且扩展性强，可应用于电压等级较高的场合。技术方案如下：

一种用于超导磁储能系统的斩波器，包括n+m个结构相同的斩波器子模块，斩波器子模块SM₁的中间端子与直流母线的正极相连，斩波器子模块SM_k，k＝2,3,…,n+m，的中间端子与斩波器子模块SM_k-1的下端子相连，斩波器子模块SM_n+m的下端子与直流母线的负极相连。斩波器子模块由一个半桥电路、一个电容C和一个单相斩波器并联构成，其中，半桥电路包括两路并联器件，一路为串联的两个IGBT，即T₁和T₂，一路为串联的两个二极管，即D₁和D₂，半桥电路中各器件连接方式为：T₁的集电极、D₁的阴极与电容C的正极相连，T₁的发射极、T₂的集电极、D₁的阳极与D₂的阴极相连于斩波器子模块的中间端子，T₂的发射极、D₂的阳极与电容C的负极相连斩波器子模块的下端子。