[发明专利]一种含Z源网络的电池储能功率转换系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力设备设计技术领域，具体涉及一种含Z源网络的电池储能功率转换系统及其控制方法。

背景技术

2011年我国光伏装机为3GW，而国家能源局统计数据指出，光伏并网装机容量仅为2.14GW。这意味着，全国光伏装机中约有29%光伏系统尚未并网。电池储能系统不仅能够提高间歇性能源并网发电能力，而且在电力系统的发电、输电、配电和用电环节中都发挥着积极的作用，可以完成电网的削峰填谷、过负荷冲击调节、频率调节及提高电能质量，达到电网安全性的目的。其中锂电池因其比能量大、循环寿命长、安全性能好、可快速充放电、自放电少和无记忆效应等优点，在间歇性能源并网发电方面有很好的应用前景。

电池储能系统的一个重要组成部分就是能量转换系统（power conversion system，PCS）。通过PCS可以实现电池储能系统直流电池与交流电网之间的双向能量传递，通过控制策略实现对电池系统的充放电管理、对网侧负荷功率的跟踪、对电池储能系统充放电功率的控制、对正常及孤岛运行方式下网侧电压的控制等。PCS装置已在太阳能、风能等分布式发电技术中有较多的应用，并逐渐应用于飞轮储能、超级电容器、电池储能等小容量双向功率传递的储能系统中。近些年来，随着电池技术与电力电子技术的不断进步，使得PCS拓扑结构能够不断改进。新型PCS拓扑结构正向着具有更小装置整体损耗、更高可靠性以及形成更加方便和高效的模块化结构方向发展。

申请号为201110193855.7，名称为“基于锂电池和超级电容的储能并网电路及其控制方法”，提出储能并网电路及其控制思路。但在系统结构方面，其使用DC/DC设备，增加设备数量且功率很难做大，并使双向能量转换环节效率降低；在控制策略方面，没有考虑对电池系统进行保护，不利于电池系统长期安全稳定运行。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种含Z源网络的电池储能功率转换系统及其控制方法，本发明提供的方案克服现有功率转换系统在设备复杂、双向功率转换效率低、缺少储能电池系统保护、直流链电压允许波动范围小、逆变桥臂开关管不能直通、并网谐波滤波效果不好等缺点。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种含Z源网络的电池储能功率转换系统，其改进之处在于，所述功率转换系统包括锂电池系统、Z源网络、双向DC/AC变流器、滤波电路和DSP芯片；所述锂电池系统、Z源网络、双向DC/AC变流器、滤波电路依次连接；

所述锂电池系统用于电能的存储与释放；

所述的Z源网络用于调节锂电池系统充电电压和放电电压；

所述锂电池系统的直流输出和输入经过Z源网络调节后通过双向DC/AC变流器转换为三相交流输出；所述双向DC/AC变流器输出通过滤波电路滤波后连接到电网，采用DSP芯片的SVPWM调制技术控制双向DC/AC变流器；

所述双向DC/AC变流器用于将直流电压输出转换为三相交流电压输出；

所述滤波电路是用于滤除所述双向DC/AC变流器的交流电压输出谐波；

所述DSP芯片用于对所述锂电池系统、Z源网络和双向DC/AC变流器的控制。

其中，所述锂电池系统通过Z源网络连接到双向DC/AC变流器的直流端；所述双向DC/AC变流器的交流端连接滤波电路；所述DSP 芯片通过隔离驱动电路连接到双向DC/AC变流器的电子开关器件。

其中，所述隔离驱动电路包括隔离器和驱动器。

其中，所述锂电池系统由锂电池单体串并联组成。

其中，在所述锂电池系统和Z源网络之间设有IGBT模块S₇。

其中，所述Z源网络的拓扑为升降压拓扑，所述Z源网络包括两个等值电感和两个等值电容；所述两个等值电容呈X形放置，所述两个等值电容之间不连接；每个等值电容一端均连接一个等值电感，每个等值电容另一端均连接另一等值电感。

其中，所述两个等值电感分别用L₁和L₂表示；所述两个等值电容分别用C₁和C₂表示。

其中，所述滤波电路为LCL滤波器；所述LCL滤波器包括三组串联电感组和三个电容；所述三组串联电感组并联；每组串联电感组包括串联的两个电感；

所述三组串联电感组的三端分别连接双向DC/AC变流器三相的交流输出端；所述串联电感组的另外三端连接电网；

所述三个电容并联；每个电容的一端分别与另两个电容的一端相互连接形成公共端；每个电容的另一端分别连接三组串联电感组的公共端。