[发明专利]一种两级充放电系统

说明书

技术领域

本发明属于双向功率变换系统，具体涉及一种两级充放电系统，适用于兆瓦级功率储能系统应用。

背景技术

大规模电池储能电站具有工况转换快、运行灵活、高效、安全环保、运行维护费低、建设周期短、可扩展性强等特点，可用于支撑电网末端电压，改善电网电能质量，对关键负荷实现不间断供电，在其规模达到一定程度后还可以实现负荷搬运。大规模电池储能电站建设的关键在于大规模充放电技术，大规模充放电技术包含了储能载体(动力电池、储能电池)，也包括适用于大规模电池储能的大功率双向交直流变流器和双向直流变流器(BDC)以及由此构成的能量变换系统。从系统的层面出发，又包括对大规模电池储能系统构架的研究，以及系统与电网之间电能质量的调节与能量调度的分析，同时还必须分析电网故障时系统的独立孤岛运行特性。

现有的电池储能系统往往被用于平抑光伏、风力等新能源并网后引入的功率波动，提高系统稳定性和电能质量，增强变流器低电压穿越能力。常见的储能系统有单级系统和两级系统。单级系统结构比两级系统简单，但其充放电深度受电池端电压的影响，电池工作范围较小，华中科技大学的曾杰在其博士论文“可再生能源发电与微网中储能系统的构建与控制研究，2009”中，提出一种用于平抑风力发电有功输出的储能系统，包括双向交直流变流器和相应的控制单元，用于850千瓦的风力发电系统，文中进行了电力系统级别的仿真，虽然该储能系统容量可超过0.5兆瓦，但其特点是采用单级结构，系统容量只占整个风力发电系统容量的较小部分，储能系统运行于并网充放电模式，以提供短时间的功率支撑，减小风电输出功率的波动对电网的影响。

两级系统通过双向直流变流器连接电池组可以有效避免单级系统充放电深度受电池端电压的影响，电池工作范围较小这一缺点。清华大学的金一丁等人在其论文“电池储能系统的非线性控制器，2009”中，提出一种用于钠硫电池储能系统的两级储能系统，包括双向交直流变流器、双向直流变流器和相应的控制单元，双向直流变流器由三组斩波电路构成，仅工作于并网充放电工况，其容量为75kVA，功率支撑时间较短。

发明内容

本发明提供一种两级充放电系统，解决现有两级充放电系统存在的容量小、功率支撑时间短和运行模式简单的问题，实现多模式和高可靠运行。

本发明的一种两级充放电系统，包括双向交直流变流器、控制器和N台双向直流变流器，双向交直流变流器通过直流母线和N台双向直流变流器输入端并联，控制器生成第一～第六路驱动信号送至双向交直流变流器，控制器生成第七～第(6+2N)路驱动信号送至N台双向直流变流器，N台双向直流变流器输出端分别用于连接N组电池，N＝1～10，其特征在于：

A.所述控制器包括模式判断模块、孤岛运行模块、并网放电模块、并网充电模块、分段恒流充电模块和恒流恒压充电模块；

(1)模式判断模块进行下述操作：

(1.1)置工作模式变量n＝0，第i组电池充电次数计数值j_i＝0，i＝1～N；

(1.2)周期性判断模式输入变量m是否等于当前工作模式变量n，是则转步骤(1.4)；否则转步骤(1.3)；

(1.3)将模式输入变量m的值赋给工作模式变量n；

(1.4)判别工作模式变量n：

n＝1，转孤岛运行模块；

n＝2，转并网放电模块；

n＝3，转并网充电模块；

n＝4，转分段恒流充电模块；

n＝5，转恒流恒压充电模块；

(2)孤岛运行模块进行下述操作：

(2.1)对交流母线的初始三相交流电压u_sa，b，c、初始三相交流电流i_sa，b，c以及初始直流母线电压u_sdc、第i台初始电池电压u_sbati和第i台初始电池电流i_sbati进行滤波，得到三相交流电压u_a，b，c、三相交流电流i_a，b，c、直流母线电压u_dc、第i组电池电压u_bati、第i台输出电池电流i_bati，i＝1～N；

(2.2)利用计数器获得相角x为当前时刻计数值，X＝mod(10⁶/2^T)，mod表示对括号内的值取整，T为0～7的整数；计数器每20×2^Tns加1；