[发明专利]基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置及控制方法

说明书

本发明涉及储能技术，具体涉及一种基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置及控制方法，包括n个电池组、n个一对三LLC软开关谐振变换器、H桥级联三相逆变器和三相交流滤波器；每个电池组与一个一对三LLC软开关谐振变换器的输入端相连，每个一对三LLC软开关谐振变换器的三个输出端分别接入一个H桥级联三相逆变器的每相的一个H桥的直流输入端，三相逆变器每相的n个H桥的交流输出端依次串联，经三相交流滤波器连接至公共电网；n为正整数。该装置利用一对三的LLC谐振变换电路结构以及三相H桥的直流纹波相位对称分布的特点，在储能电池的输出端实现纹波相互抵消，避免了电流纹波直接注入电池，减少电池发热，延长电池寿命。

技术领域

本发明属于储能技术领域，特别涉及一种基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置及控制方法。

背景技术

目前市场应用比较成熟的储能系统采用磷酸铁锂电池和铅酸电池构成储能元件，其直流端经过直流-交流变换器连接到交流电网。为了满足容量和功率的需求，储能系统中使用的电池通常都是由几十上百个电池单体串并联构成电池组。由于单体之间的个体差异，运行中存在单体状态不一致的情况，而如果个别单体出现性能下降，则会导致整个电池组的性能下降，即电池组在使用过程中会出现所谓短板效应。

解决该矛盾的一种方法是将多个电池组通过级联型双向变换器连接，可以获得同等容量的输出，减少输出谐波，改善电能质量，同时缩短了电池串联的长度，从而大大降低单体电池性能下降对整体输出能力的影响。尽管目前的H桥级联型拓扑能够显著减少电池组在使用中的短板效应所造成的整体容量下降和能力利用率不高的问题，但是仍然存在以下问题：

(1)H桥逆变器固有的直流侧二倍频波动，会在电池的直流电流上叠加交流分量，导致电池内部温度额外升高、阻抗加大，电池组容量下降速度加快，从而影响电池组使用寿命

(2)在控制方法上，也有一些研究提出了抑制H桥直流侧纹波扰动的方法。但是这些控制方法只能减轻，而不能完全解决纹波电流对电池的影响。

(3)常见的H桥级联储能系统中，由于储能电池容量等参数的差异，各H桥直流侧的电压存在差异，经移相载波调制方法后，将导致交流输出侧谐波多，电能质量不高问题。且常规的用于H桥级联储能系统的控制方法是控制各个H桥的直流电压均衡或者电池的功率均衡，不适应于电池储能系统电池荷电状态管理的实际运行需求，对电池的短板效应的改善有限。

总体来说，现有的储能发电系统结构存在着短板效应导致的电池效率下降与电能质量不高的问题，通过级联型变换器的结构与控制方法上的改进，这个矛盾就可以得到一些缓解，但仍然存在着电流纹波对电池容量影响较大的问题，且系统控制方法复杂。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明提供一种新的电池储能系统变换器结构。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置，包括n个电池组、n个一对三LLC软开关谐振变换器、H桥级联三相逆变器和三相交流滤波器；每个电池组与一个一对三LLC软开关谐振变换器的输入端相连，每个一对三LLC软开关谐振变换器的三个输出端分别接入一个H桥级联三相逆变器的每相的一个H桥的直流输入端，三相逆变器每相的n个H桥的交流输出端依次串联，经三相交流滤波器连接至公共电网；n为正整数。

在上述的基于LLC软开关谐振电路的级联型储能装置中，一对三LLC软开关谐振变换器，包括高频逆变电路、LLC谐振网络和整流滤波电路依次连接；高频逆变电路为单相全桥电路或半桥电路；LLC谐振网络包括一个谐振电感L_r、两个谐振电容C_r1和C_r2以及一个高频变压器T，高频变压器T的原边绕组与谐振电感L_r和谐振电容C_r1串联，其副边绕组与谐振电容C_r2串联；整流滤波电路为一个单相全桥或半桥电路，与一个直流滤波电容并联。