[发明专利]一种超级电容储能站充电装置及控制方法

说明书

本发明提出一种超级电容储能站充电装置及控制方法，所述装置包括三相四线PWM整流器、隔离三电平DC/DC变换器，第一母线电容子单元和第二母线电容子单元；所述三相四线PWM整流器的交流输入端口并行接入电网系统，所述隔离三电平DC/DC变换器的高压输入端口接入所述三相四线PWM整流器的直流输出端口，所述隔离三电平DC/DC变换器的低压输出端口与超级电容器组连接；所述第一母线电容子单元、第二母线电容子单元串联连接后并联至所述三相四线PWM整流器的直流输出端口。本发明超级电容储能站充电装置能够实现小体积，高效率的隔离充电。所述装置采用最大功率充电控制策略，能够减小充电时间，从而缩短前期准备时间。

技术领域

本发明涉及电力系统控制技术领域，尤其涉及一种超级电容储能站充电装置及控制方法。

背景技术

支撑电磁发射技术的关键技术之一是脉冲电源技术。基于超级电容储能的脉冲电源具有使用寿命长，瞬间功率大，工作温度范围宽等特点可用作电磁发射的脉冲电源。在电磁发射前，应将超级电容储能站充电至满电荷状态。考虑到电磁发射一般安装在发射车或者舰船等移动载体，无法提供高质量的电网，且安装空间有限，因此对超级电容储能站的充电装置应对电网有较强适应性，且具有小体积。考虑到安全性，应采用变压器将超级电容储能站与电网电气隔离。传统的储能装置充电拓扑如图1所示。

参见图1可知，传统的储能装置充电拓扑采用两级式结构，前级采用三相三线PWM整流装置将交流电转换为直流电，实现单位功率因数整流。后级采用移相全桥DC/DC变换器为超级电容组充电，实现隔离充电。

传统的储能装置充电拓扑采用的移相全桥变换器开关管电压应力为直流母线电压。由于PWM整流器具有升压功能，因此直流母线电压较高。导致移相全桥变换器采用的开关管电压等级较高，而高电压等级的开关管往往具有较低的开关频率。较低的开关频率带来较大的高频变压器体积和较大的纹波电流。

发明内容

鉴于解决传统充电装置的DC/DC变换器开关频率低，导致高频变压器体积大，输出电流纹波大的问题，本发明提出了一种超级电容储能站充电装置及控制方法。

本发明的一个方面，提供了一种超级电容储能站充电装置，所述装置包括三相四线PWM整流器、隔离三电平DC/DC变换器，第一母线电容子单元和第二母线电容子单元；

所述三相四线PWM整流器的交流输入端口并行接入电网系统，所述隔离三电平DC/DC变换器的高压输入端口接入所述三相四线PWM整流器的直流输出端口，所述隔离三电平DC/DC变换器的低压输出端口与超级电容器组连接；

所述第一母线电容子单元、第二母线电容子单元串联连接后并联至所述三相四线PWM整流器的直流输出端口。

其中，所述隔离三电平DC/DC变换器包括上半桥子模块、下半桥子模块、第一电容单元和第一变压器单元；

所述上半桥子模块的直流输入端并联连接至所述第一母线电容子单元，所述下半桥子模块的直流输入端并联连接至所述第二母线电容子单元，所述上半桥子模块和所述下半桥子模块分别包括一桥臂中点，所述第一电容单元将所述上半桥子模块及所述下半桥子模块的所述桥臂中点串联连接至所述第一变压器的原边绕组。

其中，所述隔离三电平DC/DC变换器还包括第一换流辅助电路和第二换流辅助电路；

所述第一换流辅助电路包括第一辅助电感和第一辅助电容，所述第一辅助电感的一端连接所述上半桥子模块的桥臂中点，另一端连接所述第一辅助电容的正极，所述第一辅助电容的负极连接所述第一母线电容子单元的负极；

所述第二换流辅助电路包括第二辅助电感和第二辅助电容，所述第二辅助电感的一端连接所述下半桥子模块的桥臂中点，另一端连接所述第二辅助电容的正极，所述第二辅助电容的负极连接所述第二母线电容子单元的负极。