[发明专利]级联型高压直挂DC-DC电池储能系统及其参数设计方法

说明书

本发明公开了一种级联型高压直挂DC‑DC电池储能系统及其参数设计方法。所述级联型高压直挂DC‑DC电池储能系统，包括直流母线和直流链路，且直流母线和直流链路通过直流电抗器连接，所述直流链路包括两个以上级联的H桥子模块，任意一个H桥子模块包括全桥单元、电池单元和低通滤波器，所述全桥单元包括IGBT模块和反并联二极管。该技术方案的有益效果在于，级联型高压直挂DC‑DC电池储能系统通过将至少两个H桥子模块级联在一起，能够实现较低的输出电压谐波，从而在中高压直流电网储能变流器拓扑中，降低开关过程dv/dt，克服电路中存在直流耐压能力低的问题。此外，采用模块化设计，有效降低故障率和直流储能变换器成本。

技术领域

本发明涉及电气工程领域，具体涉及级联型高压直挂DC-DC电池储能系统及其参数设计方法。

背景技术

随着世界经济的发展，能源紧缺与环境污染问题日益突出，大量开发和利用清洁可再生新能源是实现人类可持续发展的必经之路。可再生能源的大力发展给电力技术带来了新的挑战和机遇。一方面，风能、太阳能等可再生能源具有高度的间歇性和随机性，此类能源的大规模接入影响电网运行安全和电能质量。另一方面，随着半导体器件和电力设备制造技术的发展，基于电力电子变换的直流输电与直流电网技术在功率密度、经济性、控制灵活性等各方面的优势日益显现。在中高压电力传输方面，直流电网技术经历了从点对点直流输电到多端直流输电再到互联组网的发展历程；在中压电力汇集方面，直流电网技术也得到了广泛的关注和研究。为了充分发挥电池储能系统的市场潜力和实现其在能源、电力等相关行业的重要作用，适应近年来能源领域的快速发展要求，将电池储能系统嵌入到直流电网中进行功率调节，提高直流电网可靠性，同时能够提供紧急电力支撑，具有良好的应用前景。

但是，在中高压直流电网储能变流器拓扑中，存在开关过程dv/dt较大，使得电路中存在直流耐压能力低的问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的级联型高压直挂DC-DC电池储能系统及其参数设计方法。

依据本发明的一个方面，提供了一种级联型高压直挂DC-DC电池储能系统，包括直流母线和直流链路，且直流母线和直流链路通过直流电抗器连接，所述直流链路包括两个以上级联的H桥子模块，任意一个H桥子模块包括全桥单元、电池单元和低通滤波器，所述全桥单元包括IGBT模块和反并联二极管。优选的，所述全桥单元包括4个IGBT模块。IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品。

依据本发明的又一方面，提供了一种电池储能系统的参数设计方法，包括：定义H桥直流侧电容电压为V_ba，配置级联数为M，稳态运行时投入H桥子模块数量在N～N+1之间波动，级联H桥子模块输出电压在0和V_ba之间切换，则整个直流链路稳态对应输出电压为NV_ba～(N+1)V_ba，设(N+1)V_ba占空比为D，则NV_ba占空比为1-D；

三角载波频率为f_c，等效开关频率为Mf_c，则电流脉动频率为Mf_c。

可选地，定义直流母线电压为V_g，直流母线电流为i_L，直流电感为L，

电池储能系统处于充电状态，当直流链路输出电压为NV_ba时，V_gNV_ba，i_L上升，持续时间为电路方程为

当直流链路输出电压为(N+1)V_ba时，V_g(N+1)V_ba，i_L下降，持续时间为电路方程为