[发明专利]基于可控直流母线的分布式储能装置

说明书

本发明公开了一种基于可控直流母线的分布式储能装置，该储能装置包含可控直流母线部分和逆变器部分，可控直流母线部分由多个半桥电路构成的链式电路和buck/boost双向调压电路组成，逆变器部分由三相桥式变换器组成。链式电路由电压环经加入电压均衡算法的载波层叠调制得到开关信号，buck/boost双向调压电路由电压采样值除以电压给定值经PWM调制得到开关信号，逆变器电路由基于矢量控制的并网算法经PWM调制得到开关信号。所提直流母线结构将链式电路的降压优势和buck/boost电路的升压优势相结合，具备控制方法简单、稳定直流母线电压、降低储能成本和内阻损耗、均衡各储能单元出力、通用性强和易扩展等优势，适应低压大功率的分布式储能的特殊运行环境。

技术领域

本发明涉及分布式储能装置，特别涉及一种基于可控直流母线的分布式储能装置，属于分布式储能应用领域。

背景技术

随着特高压输电、能源互联网技术的发展，大量的区外来电的实时供给和新能源发电机组的不断投运，缓解了我国东部沿海地区经济高速发展带来的庞大电力需求，减轻了大气环保治理的压力。然而，特高压线路的输送容量巨大，一旦出现异常波动或者紧急事件，将导致局部电力紧缺，甚至产生大范围的系统振荡或解列，带来严重经济损失和恶劣社会影响。另一方面，以风能和太阳能为代表的新能源发电具有天然的波动性和间歇性，并网运行时其输出功率存在较大不确定性，使频率震荡和偏移事件愈发频繁，互联系统区域控制偏差信号(Area Control Error,ACE)的高频成分增加，自动发电控制(AutomaticGeneration Control,AGC)下发的AGC指令对调频机组的响应时延及爬坡速率要求更为严格。

储能装置作为一种快速可控的功率源，在日益复杂的源-网-荷系统中扮演着重要的能量缓冲作用。不同于传统大容量、集中式储能电站，分布式储能概念逐渐兴起，将储能装置装至变电站等场所不但可以大幅减少储能装置的需求容量，改善传统机组调频能力，实现额外创收，而且还能提高电网等效旋转备用容量，改善大电网对新能源发电及电力电子负荷的接纳能力，促进电网坚强稳定运行。但此为低压大电流运行环境，可能引起内阻损耗大、充放电出力不均、串联均压更为困难等问题。另外，在储能装置中加入均衡控制策略，例如SOC均衡算法、辅助均压回路等，可防止部分模组过充过放。均衡控制策略不但结构复杂，而且容易与载波移相调制产生交互影响，改变子模块输出电压间的移相关系，削弱载波移相调制的固有优势，增大并网电流THD。

基于链式结构的变换器作为一种高度模块化、多端口汇集并网的变换器，为上述问题提供了新的解决思路。但目前的研究工作主要集中于提高变换器输出电平数，减小输出波形畸变程度，较少关注辅助AGC调频和分布式储能领域。当链式变换器应用于储能装置设计时，因单体储能模组容量较低，大功率应用场合所需的储能模组数较多，即变换器级联数较多，装置本身便具备输出大量电平数的能力，进一步提高输出电平数、降低波形THD的需求较弱，且还会大幅增加开关器件的数量和电路复杂性。如何将高压大功率场合的链式变换器应用于低压大功率场合，并与超级电容储能和AGC调频特性合构成新型分布式储能概念中的关键装置，尚有较多问题亟待解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是低压大功率的分布式储能运行环境下基于链式变换器的储能装置出现的内阻损耗过高和双向调压困难的问题，及其由上述问题带来的散热需求强烈、装置效率过低、总直流电压约束较高、储能成本较高等问题。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种基于可控直流母线的分布式储能装置于，包括多个储能模组、多个半桥电路、buck/boost双向调压电路、三相桥式变换器以及滤波电感；多个半桥电路依次级联构成链式电路，链式电路与buck/boost双向调压电路并联构成可控直流母线，储能模组与半桥电路一一对应，一个储能模组接至一个半桥电路的输入端，可控直流母线的输出端接至三相桥式变换器，三相桥式变换器经滤波电感接入交流电网。

作为本发明的进一步技术方案，所述交流电网为三相线电压有效值380V的交流电网。