[发明专利]一种用于混合储能的双级储能系统主电路及其功率模块

说明书

本发明公开一种用于混合储能的双级储能系统主电路及其功率模块，包括储能系统主电路和功率模块，所述储能系统主电路采用双级拓扑结构，前一级AC/DC为三相PWM整流电路，后一级双向DC/DC为Buck/Boost电路，涉及储能技术领域，功率模块采用一体化设计，有效降低了模块设计的复杂度，散热性能好、可靠性高、安装方便、结构紧凑，可根据不同功率需求，通过相同封装不同功率等级的IGBT模块，可满足不同功率等级要求；储能系统采用铅碳电池和超级电容相结合的混合储能方式，利用铅碳电池具有能量大，超级电容充放电瞬时速度快，使用寿命长、功率密度高，可以实现在并/离网模式下恒流恒压充放电以及平滑切换功能。

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种用于混合储能的双级储能系统主电路及其功率模块。

背景技术

目前，随着新能源发电及微电网技术的逐渐发展、用户的峰谷差价不断扩大，这给电网的稳定安全运行带来了新的问题。采用容量大的铅酸电池、超级电容储能等技术，可有效的解决用电供需紧张问题，提高电能质量，增加电网运行安全。储能系统用变流器作为储能系统的重要部件，不仅要具备充放电功能，而且要满足并离网双模式的快速无缝切换。

功率模块是储能系统变流器的重要组成部分，与其他大功率组件一样，由于元器件较多较杂散，布置空间有限，且布置须集中，对散热要求高，如何实现在有限的空间内兼顾功率模块的散热性与模块组件的小型化、模块化，是业界一直关注并期望解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于混合储能的双级储能系统主电路及其功率模块，功率模块采用一体化设计，有效降低了模块设计的复杂度，散热性能好、可靠性高、安装方便、结构紧凑，可根据不同功率需求，通过相同封装不同功率等级的IGBT模块，可满足不同功率等级要求；储能系统采用铅碳电池和超级电容相结合的混合储能方式，利用铅碳电池具有能量大，超级电容充放电瞬时速度快，使用寿命长、功率密度高，可以实现在并/离网模式下恒流恒压充放电以及平滑切换功能。

一种用于混合储能的双级储能系统主电路及其功率模块，包括储能系统主电路和功率模块，所述储能系统主电路采用双级拓扑结构，前一级AC/DC为三相PWM整流电路，后一级双向DC/DC为Buck/Boost电路，所述三相PWM整流电路包括依次耦合的电网侧开关、交流EMC滤波器、预充电回路、交流熔断器、LCL滤波器和三相PWM整流模块，所述Buck/Boost电路包括Buck/Boost斩波模块，所述Buck/Boost斩波模块输出侧经直流LC滤波到直流断路器开关Q02和直流接触器KM3；

所述功率模块包括固定在散热器上的三相PWM整流桥IGBT模块和斩波IGBT模块，所有的IGBT模块单元都通过导热硅脂安装在风冷散热器上，且IGBT模块单元通过层叠直流母排的正、负极接线端子相连，所述层叠直流母排正负极还分别与八个直流支撑电容正负极相连接，所述三相PWM整流桥IGBT模块的输出侧连接交流输入侧接线铜排，所述斩波IGBT模块的输出侧连接直流输出侧接线铜排，所述交流输入侧接线铜排上安装有交流电流霍尔，所述直流输出侧接线铜排上安装有直流电流霍尔；

上述储能系统主电路包括并网运行模式和离网运行模式，

储能系统主电路并网运行时：通过电压外环以及电流内环与电压前馈相结合，外环采用直流电压PI 调节，使母线电容以及输出电压保持恒定，储能介质允许的电压值作为电压给定值，通过测量元件直接测到的直流母线电压作为电压实际值，将直流电压外环调节限幅后，其输出量作为电流内环有功电流的给定值；

能系统主电路离网运行时：采用定电压和定频率控制，控制输出电压的幅值以及频率，储能系统的设定值作为控制给定值，输出电流的大小根据负载的大小变化，三相独立的相电压作为系统外环控制，然后通过PI调节器调节，变为交流三相电压，再与其瞬时值比较，生成三相调制波。

优选的，所述预充电回路包括预充电熔断器、预充电接触器和预充电电阻，该电路主要作用为直流母排电容预储电能。

优选的，所述储能系统主电路的输出负载为储能介质，连接铅碳电池和超级电容。