[发明专利]一种基于MMC模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于MMC(Modular Multilevel Converter)模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑可用于高压电力系统领域，使电网供给负载可靠，高质量的电压。

背景技术

目前，电网至少存在以下九种问题：断电、雷击尖峰、浪涌、频率震荡、电压突变、电压波动、频率漂移、电压跌落、脉冲干扰等。可再生能源例如光伏或风能所产生的电能也极其的不稳定，新能源并网应用的规模越大，电网就越不安全，根据国内外风光电站并网的实践，借助储能技术可以实现新能源发电功率的平衡输出，使大规模风电及太阳能电力方便可靠地并入常规电网。

目前电力储能设备都是通过变压器与电网相并联的，采用变压器，使设备投资大、占地多，成本高，生产周期长。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于MMC模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构，该拓扑并联在电网上，可抑制电网的那些电力污染，可补偿光伏或风能发电的不稳定性，给电网上的负载提供不间断、干净、稳定、无频率突变、高质量的正弦波电压。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于MMC模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构，该拓扑结构包括三相，每相由多个半桥型功率模块与电池储能模块构成的子单元串联在一起，经缓冲电感接入电网。

所述的半桥型功率模块由偶数n个功率单元串联而成，分为上下两组，每组的功率单元个数为n/2个，输出相电压电平阶梯数为n/2+1，线电压电平数为n+1；每相的输出端为两组单元的中点处，且输出端与每组单元之间以耦合或非耦合电感连接。

所述的功率单元为半桥结构，开关器件IGBT1和IGBT2相串联，再并联直流电容C，并且开关器件IGBT1和IGBT2分别反并联二极管D1、D2；IGBT1与IGBT2的公共端，电容C与IGBT2的公共端作为每个单元的输出端，与其他单元相连。

所述的电池储能模块由电池组E及开关S串联后，与电容C并联。所述的开关S还并联电阻R′，当开关S为高速可关断器件，如IGBT时，还可省掉与其相并联的电阻R′。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)输入端无变压器，进而使该种的电池储能拓扑装置与同电压、功率等级下的有变压器的相比较，生产周期减小一半，体积减小一半，成本降低一半，占地面积减小一半，运输方便，结构简单；

2)电池储能具有能量效率高，可实现快速充放电，寿命长。

3)调制方法采用载波移相的方法，可以产生多阶梯正弦波，以较小的开关频率获得很好的输出电压波形；

4)减小或提高容量等级比较简单，只需减少或增多串联的单元数目即可。

附图说明

图1是基于MMC模块化多电平的无变压器电池储能拓扑结构；

图2是基于MMC模块化多电平的无变压器电池储能拓扑基本单元结构图。

具体实施方式

见图1，一种基于MMC模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构，该拓扑结构包括三相，每相由多个半桥型功率模块与电池储能模块构成的子单元串联在一起，经缓冲电感L接入电网。电感L还连接缓冲电阻R，缓冲电阻R与开关K2并联后，与断路器K1连接。

半桥型功率模块由偶数n个功率单元串联而成，分为上下两组，每组的功率单元个数为n/2个，输出相电压电平阶梯数为n/2+1，线电压电平数为n+1；每相的输出端为两组单元的中点处，且输出端与每组单元之间以耦合或非耦合电感L_A、L_B、L_C连接。

见图2，功率单元为半桥结构，开关器件IGBT1和IGBT2相串联，再并联直流电容C，并且开关器件IGBT1和IGBT2分别反并联二极管D1、D2；IGBT1与IGBT2的公共端，电容C与IGBT2的公共端作为每个单元的输出端，与其他单元相连。

电池储能模块由电池组E及开关S串联后，与电容C并联，开关S还并联电阻R′。开关S控制电池吸收或释放电能。当开关S为高速可关断器件，如IGBT时，还可省掉与其相并联的电阻R′。