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CN102013691A - 一种基于mmc模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构 - Google Patents

一种基于mmc模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于MMC模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构，每相由多个半桥型功率模块与电池储能模块构成的子单元串联在一起，经缓冲电感接入电网。所述的半桥型功率模块由偶数n个功率单元串联而成，分为上下两组，每组的功率单元个数为n/2个，输出相电压电平阶梯数为n/2+1，线电压电平数为n+1；每相的输出端为两组单元的中点处，且输出端与每组单元之间以耦合或非耦合电感连接。所述的功率单元为半桥结构，该拓扑并联在电网上，可抑制电网的那些电力污染，可补偿光伏或风能发电的不稳定性，给电网上的负载提供不间断、干净、稳定、无频率突变、高质量的正弦波电压。

Description

一种基于MMC模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构
技术领域
本发明涉及一种基于MMC(Modular Multilevel Converter)模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑可用于高压电力系统领域，使电网供给负载可靠，高质量的电压。
背景技术
目前，电网至少存在以下九种问题：断电、雷击尖峰、浪涌、频率震荡、电压突变、电压波动、频率漂移、电压跌落、脉冲干扰等。可再生能源例如光伏或风能所产生的电能也极其的不稳定，新能源并网应用的规模越大，电网就越不安全，根据国内外风光电站并网的实践，借助储能技术可以实现新能源发电功率的平衡输出，使大规模风电及太阳能电力方便可靠地并入常规电网。
目前电力储能设备都是通过变压器与电网相并联的，采用变压器，使设备投资大、占地多，成本高，生产周期长。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于MMC模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构，该拓扑并联在电网上，可抑制电网的那些电力污染，可补偿光伏或风能发电的不稳定性，给电网上的负载提供不间断、干净、稳定、无频率突变、高质量的正弦波电压。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于MMC模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构，该拓扑结构包括三相，每相由多个半桥型功率模块与电池储能模块构成的子单元串联在一起，经缓冲电感接入电网。
所述的半桥型功率模块由偶数n个功率单元串联而成，分为上下两组，每组的功率单元个数为n/2个，输出相电压电平阶梯数为n/2+1，线电压电平数为n+1；每相的输出端为两组单元的中点处，且输出端与每组单元之间以耦合或非耦合电感连接。
所述的功率单元为半桥结构，开关器件IGBT1和IGBT2相串联，再并联直流电容C，并且开关器件IGBT1和IGBT2分别反并联二极管D1、D2；IGBT1与IGBT2的公共端，电容C与IGBT2的公共端作为每个单元的输出端，与其他单元相连。
所述的电池储能模块由电池组E及开关S串联后，与电容C并联。所述的开关S还并联电阻R′，当开关S为高速可关断器件，如IGBT时，还可省掉与其相并联的电阻R′。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)输入端无变压器，进而使该种的电池储能拓扑装置与同电压、功率等级下的有变压器的相比较，生产周期减小一半，体积减小一半，成本降低一半，占地面积减小一半，运输方便，结构简单；
2)电池储能具有能量效率高，可实现快速充放电，寿命长。
3)调制方法采用载波移相的方法，可以产生多阶梯正弦波，以较小的开关频率获得很好的输出电压波形；
4)减小或提高容量等级比较简单，只需减少或增多串联的单元数目即可。
附图说明
图1是基于MMC模块化多电平的无变压器电池储能拓扑结构；
图2是基于MMC模块化多电平的无变压器电池储能拓扑基本单元结构图。
具体实施方式
见图1，一种基于MMC模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构，该拓扑结构包括三相，每相由多个半桥型功率模块与电池储能模块构成的子单元串联在一起，经缓冲电感L接入电网。电感L还连接缓冲电阻R，缓冲电阻R与开关K2并联后，与断路器K1连接。
半桥型功率模块由偶数n个功率单元串联而成，分为上下两组，每组的功率单元个数为n/2个，输出相电压电平阶梯数为n/2+1，线电压电平数为n+1；每相的输出端为两组单元的中点处，且输出端与每组单元之间以耦合或非耦合电感LA、LB、LC连接。
见图2，功率单元为半桥结构，开关器件IGBT1和IGBT2相串联，再并联直流电容C，并且开关器件IGBT1和IGBT2分别反并联二极管D1、D2；IGBT1与IGBT2的公共端，电容C与IGBT2的公共端作为每个单元的输出端，与其他单元相连。
电池储能模块由电池组E及开关S串联后，与电容C并联，开关S还并联电阻R′。开关S控制电池吸收或释放电能。当开关S为高速可关断器件，如IGBT时，还可省掉与其相并联的电阻R′。
见图1，多电平单元串联一种基于MMC的电池储能拓扑，结合一定的调制方法，可产生电网需要的多电平可变正弦波电压。该电池储能拓扑结构主要由三相组成，每相由n(n为偶数)个功率单元串联而成。串联单元个数称为单元级数，每相的输出端处于上、下两组单元的中点处，并且输出端与每组单元之间以耦合或非耦合电感连接，使输出波形更加平滑。该电池储能拓扑直接从A、B、C侧输出给电网高质量的交流高压。
当电网电压产生尖峰时，电压通过二极管向直流侧供电，开通每个单元(如图2所示)的开关S，此时，本发明的电池储能拓扑直流侧电容C和电池组E吸收电网尖峰，进而抑制了电网尖峰对电网上设备的影响。当电网电压突然跌落或中断时，通过控制每个单元(如图2所示)的IGBT1、IGBT2，开通开关S，此时，直流侧电容C和电池阻E中的能量回馈电网，使电网输出正常的正弦波。当电网电压正常时，关断IGBT1、IGBT2，关断开关S，此时，能量储存在电池组E中。
本发明的电池储能拓扑可为1～500KV的电网做储备电源，该电池储能拓扑通过单元串联的方法，输出高压，省掉了并网时所用的升压变压器，节约了大量成本且拓扑结构简单，易于拆卸和安装。所述的单元采用MMC单元，即标准功率单元，该类型单元是半桥结构，上下两个IGBT串联，再并联一个直流电容，电容后又并联一个电池。当需要提高电压等级时，只需要提高串联的单元数目即可。另外，由于采用多单元串联功率单元输出高压，可以通过调制算法输出多电平波形，产生高质量的正弦波电压。

Claims (5)

1.一种基于MMC模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构，其特征在于，该拓扑结构包括三相，每相由多个半桥型功率模块与电池储能模块构成的子单元串联在一起，经缓冲电感接入电网。
2.根据权利要求1所述的基于MMC模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构，其特征在于，所述的半桥型功率模块由偶数n个功率单元串联而成，分为上下两组，每组的功率单元个数为n/2个，输出相电压电平阶梯数为n/2+1，线电压电平数为n+1；每相的输出端为两组单元的中点处，且输出端与每组单元之间以耦合或非耦合电感连接。
3.根据权利要求2所述的基于MMC模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构，其特征在于，所述的功率单元为半桥结构，开关器件IGBT1和IGBT2相串联，再并联直流电容C，并且开关器件IGBT1和IGBT2分别反并联二极管D1、D2；IGBT1与IGBT2的公共端，电容C与IGBT2的公共端作为每个单元的输出端，与其他单元相连。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的基于MMC模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构，其特征在于，所述的电池储能模块由电池组E和开关S串联后，再与电容C并联。
5.根据权利要求4所述的基于MMC模块化多电平逆变器的无变压器电池储能拓扑结构，其特征在于，所述的开关S还并联电阻R′。
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