[发明专利]一种大功率模块化多电平锂电池储能变流器装置

说明书

技术领域

本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种大功率模块化多电平锂电池储能变流器装置。

背景技术

大容量储能技术的出现与发展颠覆了传统电力系统中电能不能大量存储的概念，大容量电力储能装置的建立一方面对电网的合理应用起到了“削峰填谷”的作用，可以提高电力系统的供电可靠性和电能质量，另一方面对风能和太阳能等间歇性式可再生能源发电安全可靠的接入电网起到了关键作用。由于大规模储能系统可以贯穿电力系统发、输、配、用的各个环节，不仅对传统电力起到改善和改良作用，而且储能技术的发展和应用也将给智能电网的规划、设计、布局以及运行管理等方面带来革命性的变化。

储能变流器作为电网和储能电池的连接者，肩负着电池充电及电能回网的重任，是电力储能系统中的关键设备之一，其输出电压电流的质量对化学电池的安全性能、使用寿命以及电网的稳定运行起着至关重要的作用；其运行方式、控制精度以及响应速度直接关系着整个储能系统的性能。随着电池储能大规模系统集成、大规模电池储能电站的迅速发展，电网对储能变流器性能的要求也将上升到一个更高的层次。

发明内容

模块化多电平技术在直流输电工程中已经得到大规模应用，但在电池储能系统中还是崭新的尝试，本发明涉及一种大功率模块化多电平锂电池储能变流器装置，模块化多电平锂电池储能变流器装置的优势主要体现在更高电压、更大功率的场合，而这一优势正是适应电网大规模储能应用的必然要求。储能变流器装置包括主功率模块和硬件控制系统，所述主功率模块采用模块化级联结构，

每相主回路按照电压等级分为10-30个子电平模块，每相的多个所述子电平模块相互级联；

每级所述子电平模块包括H桥储能变流器模块、储能锂电池和底层控制器；低压网侧通过所述H桥储能变流器模块与所述储能锂电池相连；

各个所述底层控制器采样各自的电池电压、电流和温度信息传输至所述硬件控制系统；

所述硬件控制系统包括相互连接通信的主控制器DSP、辅助控制器FPGA和上位机控制模块。

本发明提供的第一优选实施例中：所述储能变流器装置进行双向储能充放电管理时：

充电模式下单个所述H桥储能变流器模块将交流电压整流为所述储能锂电池需求的直流电压，放电模式下，所述储能锂电池放电产生的直流电能经所述H桥储能变流器模块逆变为交流电能；每相的多个所述H桥储能变流模块的交流电压通过级联叠加后形成高压正弦波形。

本发明提供的第二优选实施例中：所述底层控制器包括FPGA及其外围电路，与所述硬件控制系统相互通信。

本发明提供的第三优选实施例中：所述主控制器DSP接收所述上位机控制模块下发的运行命令，控制所述辅助控制器FPGA内部事件管理器，对所述主功率电路实时运行电压电流值进行采样、计算、处理，，采样信号经处理后形成反馈并与系统给定相比较，反馈和给定值PI运算的结果送至事件管理器，发出占空比可调的PWM驱动波形，对每个所述子电平模块进行驱动。

本发明提供的第四优选实施例中：所述主控制器DSP和辅助控制器FPGA通过16位的地址总线和19位的数据总线相连接；所述主控制器DSP所有的IO口都与所述辅助控制器FPGA相连接，输入输出信号都经所述辅助控制器FPGA去毛刺和削抖处理。

本发明提供的第五优选实施例中：所述硬件控制系统还包括与所述主控制器DSP和辅助控制器FPGA相连接通信的外围电路；

所述外围电路包括电压电流采样电路、功率管驱动电路、功率管保护电路、上位机与下位机通信电路；

所述电压电流采样电路测量各路电压电流信号送至主控制器DSP进行采样处理；所述功率管驱动电路对辅助控制器FPGA输出的功率管PWM驱动信号进行功率放大后送至所述主功率模块；所述功率管保护电路采集所述每级子电平模块输出的过流保护信号和过温保护信号传输至所述辅助控制器FPGA；所述主控制器DSP通过所述上位机与下位机的通信电路与所述上位机控制模块进行连接通信。

本发明提供的第六优选实施例中：所述电压电流采样电路包括霍尔电压传感器、霍尔电流传感器、调理电路和光耦隔离电路，所述霍尔电压传感器和霍尔电流传感器测量各路电压电流信号后，输出电压电流值经所述信号调理电路范围限定以及所述光耦隔离电路1隔离后送至所述DSP进行采样处理；

所述功率管驱动电路包括功率放大器件和光耦隔离电路2，所述功率管驱动电路对FPGA输出的功率管PWM驱动信号进行功率放大，所述辅助控制器FPGA输出与所述功率放大器件之间加入光耦隔离电路2进行隔离；