一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路，包括依次連接的交流濾波器、隔離變壓器、交流側(cè)濾波電路、PEBB(Power?Electronic?Building?Block)模塊1、PEBB模塊2和直流側(cè)濾波電路；交流濾波器與電網(wǎng)端連接，直流側(cè)濾波電路與儲(chǔ)能電池端連接。本實(shí)用新型提供的一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路，采用兩個(gè)PEBB模塊作為變流器功率器件，兩個(gè)PEBB模塊均采用Semikron公司生產(chǎn)的PEBB模塊Skiip(Semikron?integrated?intelligent?Power)613GD123-3DUL，采用SKiiP模塊作為變流器主功率電路的功率器件可以大大簡(jiǎn)化變流器設(shè)計(jì)過程，其標(biāo)準(zhǔn)化的驅(qū)動(dòng)接口更節(jié)省了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期，另外，該模塊的高性能和高抗干擾能力在一定程度上增加了變流器工作的穩(wěn)定性和可靠性，并且該P(yáng)EBB模塊中還包括電流及溫度傳感器、保護(hù)電路等，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
【專利說明】一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及儲(chǔ)能領(lǐng)域，具體涉及一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是人類賴以生存和社會(huì)發(fā)展進(jìn)步的基礎(chǔ)，當(dāng)今經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展使得對(duì)能源的需求日益增長(zhǎng)；但是煤炭、石油和天然氣等化石能源逐漸枯竭，而且其在使用過程中對(duì)環(huán)境造成了非常嚴(yán)重的污染和破壞，使得能源和環(huán)境問題成為了 21世紀(jì)人類迫切需要解決的兩大問題。近年來，隨著世界各國的努力開發(fā)和研究，人類在可再生能源的應(yīng)用領(lǐng)域取得了巨大的進(jìn)步。它與化石能源相比，最大的特點(diǎn)是可以永續(xù)利用，且廉價(jià)、清潔無污染等。另一方面，新能源發(fā)電也存在一定的弊端，例如風(fēng)能、太陽能等再生能源存在不連續(xù)，不穩(wěn)定，易受時(shí)間、季節(jié)和氣候等因素影響的特點(diǎn)。隨著這些新能源發(fā)電設(shè)備逐步實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)，電力系統(tǒng)也受到了比較嚴(yán)重的影響?，F(xiàn)今以電池儲(chǔ)能為代表的儲(chǔ)能技術(shù)的飛速進(jìn)步為上述問題提供了良好的解決途徑。通過配合有效的控制策略，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)能、太陽能等新能源發(fā)電的輸出功率平滑，調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓、頻率及相位的變化，提高供電質(zhì)量，并增強(qiáng)可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的關(guān)鍵核心為儲(chǔ)能變流器，它是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與儲(chǔ)能電池能量交互的基礎(chǔ)，決定了電池儲(chǔ)能技術(shù)是否能在電力系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為了滿足上述應(yīng)用需求，變流器必須具有良好的變流及濾波性能，本實(shí)用新型提供一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路，可以滿足不同類型、不同充放電電壓儲(chǔ)能電池的要求，并滿足儲(chǔ)能變流器并網(wǎng)運(yùn)行的基本要求，該雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路包括依次連接的交流濾波器、隔離變壓器、交流側(cè)濾波電路、PEBB模塊1、PEBB模塊2和直流側(cè)濾波電路；
[0004]所述交流濾波器與電網(wǎng)端連接，所述直流側(cè)濾波電路與儲(chǔ)能電池端連接
[0005]本實(shí)用新型提供的第一優(yōu)選實(shí)施例中:所述PEBB模塊I為交流側(cè)AC/DC模塊的電壓型三相橋式有源整流PEBB模塊，所述PEBB模塊2直流側(cè)DC/DC模塊為三相交錯(cuò)式直直變換PEBB模塊；
[0006]所述PEBB模塊I和PEBB模塊2均采用Semikron公司生產(chǎn)的PEBB模塊Skiip613GD123-3DUL ；
[0007]所述PEBB模塊包括六個(gè)IGBT管、電流及溫度傳感器和保護(hù)電路，所述六個(gè)IGBT管構(gòu)成三相半橋結(jié)構(gòu)。
[0008]本實(shí)用新型提供的第二優(yōu)選實(shí)施例中:所述交流濾波器選用夏弗納公司生產(chǎn)的FN3359型高性能三相濾波器。
[0009]本實(shí)用新型提供的第三優(yōu)選實(shí)施例中:所述隔離變壓器采用Y/ Λ繞組結(jié)構(gòu)，原副端變比1:1，額定容量150KVA ；
[0010]所述隔離變壓器一次側(cè)為三角形連接，接380V電網(wǎng)，二次側(cè)為星形聯(lián)結(jié)，接變流器電感輸出端。[0011]本實(shí)用新型提供的第四優(yōu)選實(shí)施例中:所述交流側(cè)濾波電路為L(zhǎng)CL拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0012]本實(shí)用新型提供的第五優(yōu)選實(shí)施例中:所述直流側(cè)濾波電路包括一個(gè)電感和三個(gè)電容；
[0013]所述三個(gè)電感分別串接在所述PEBB模塊2的三相半橋結(jié)構(gòu)的上橋E下橋C點(diǎn)與儲(chǔ)能電池的一端的連接線中；所述電容與所述儲(chǔ)能電池并聯(lián)。
[0014]本實(shí)用新型提供的一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路的有益效果包括:
[0015]1、本實(shí)用新型提供的一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路，采用兩個(gè)PEBB模塊作為變流器功率器件，其中交流側(cè)AC/DC模塊為三相電壓源整流器，實(shí)現(xiàn)雙向有源整流功能，直流側(cè)DC/DC模塊為直直變換器，實(shí)現(xiàn)升壓和降壓功能，兩個(gè)PEBB模塊均采用Semikron公司生產(chǎn)的PEBB模塊Skiip613GD123_3DUL，該P(yáng)EBB模塊集成了六個(gè)IGBT，構(gòu)成三相半橋結(jié)構(gòu)，耐壓值1200V，最大工作電流600A，另外，每個(gè)IGBT有一個(gè)反并聯(lián)寄生二極管，實(shí)現(xiàn)續(xù)流功能。采用SKiiP模塊作為變流器主功率電路的功率器件可以大大簡(jiǎn)化變流器設(shè)計(jì)過程，其標(biāo)準(zhǔn)化的驅(qū)動(dòng)接口更節(jié)省了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期，另外，該模塊的高性能和高抗干擾能力在一定程度上增加了變流器工作的穩(wěn)定性和可靠性。該模塊中的六個(gè)IGBT管可以通過6路幅值為15V的PWI波來進(jìn)行控制導(dǎo)通與關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)該模塊的整流和逆變運(yùn)行。并且該模塊中還包括電流及溫度傳感器、保護(hù)電路等，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
[0016]2、交流濾波器選用夏弗納公司生產(chǎn)的FN3359型高性能三相濾波器，該交流濾波器的實(shí)施例滿足大功率應(yīng)用需求，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變流器交流側(cè)諧波電流的抑制，從而減小變流器對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。
[0017]3、變流器系統(tǒng)中引入Y/Λ繞組隔離變壓器，既起到變流器和電網(wǎng)的隔離作用又濾除了三次諧波，作用明顯。
[0018]4、交流側(cè)濾波電路為L(zhǎng)CL拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在濾除高次諧波方面效果很好，并且濾波電路的總電感值也比較小，適合在高功率變流器中應(yīng)用。并且該濾波電路還可以隔離電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)與有源整流器交流電壓，使得變流器AC/DC模塊獲得一定的阻尼特性，利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
[0019]5、直流側(cè)濾波電路包括電感和電容元件，電感可以保證直流側(cè)輸出電流的連續(xù)性，并使得電流滿足紋波要求。電容與可以緩沖變流器交流側(cè)與直流側(cè)之間的能量交換，并且穩(wěn)定變流器直流側(cè)電壓并對(duì)其諧波電壓進(jìn)行抑制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]如圖1所示為本實(shí)用新型提供的一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路的結(jié)構(gòu)圖；
[0021]如圖2所示為本實(shí)用新型提供的一種交流濾波器的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]如圖3所示為本實(shí)用新型提供的一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路中隔離變壓器的連接方式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面根據(jù)附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]如圖1所示為本實(shí)用新型提供的一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路的結(jié)構(gòu)圖，由圖1可知，該雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路包括依次連接的交流濾波器、隔離變壓器、交流側(cè)濾波電路、PEBB模塊1、PEBB模塊2和直流側(cè)濾波電路，交流濾波器與電網(wǎng)端連接，直流側(cè)濾波電路與儲(chǔ)能電池端連接。采用兩個(gè)PEBB模塊作為變流器功率器件，其中交流側(cè)AC/DC模塊為三相電壓源整流器，實(shí)現(xiàn)雙向有源整流功能，直流側(cè)DC/DC模塊為直直變換器，實(shí)現(xiàn)升壓和降壓功能。
[0025]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型提供一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路采用的兩個(gè)PEBB模塊，包括交流側(cè)AC/DC模塊的電壓型三相橋式有源整流PEBB模塊I和直流側(cè)DC/DC模塊的三相交錯(cuò)式直直變換PEBB模塊2，兩個(gè)PEBB模塊均采用Semikron公司生產(chǎn)的PEBB模塊Skiip613GD123-3DUL,該P(yáng)EBB模塊集成了六個(gè)IGBT，構(gòu)成三相半橋結(jié)構(gòu)，耐壓值1200V，最大工作電流600A，另外，每個(gè)IGBT有一個(gè)反并聯(lián)寄生二極管，實(shí)現(xiàn)續(xù)流功能。采用SKiiP模塊作為變流器主功率電路的功率器件可以大大簡(jiǎn)化變流器設(shè)計(jì)過程，其標(biāo)準(zhǔn)化的驅(qū)動(dòng)接口更節(jié)省了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)周期，另外，該模塊的高性能和高抗干擾能力在一定程度上增加了變流器工作的穩(wěn)定性和可靠性。該模塊中的六個(gè)IGBT管可以通過6路幅值為15V的PWM波來進(jìn)行控制導(dǎo)通與關(guān)斷，從而實(shí)現(xiàn)該模塊的整流和逆變運(yùn)行。并且該模塊中還包括電流及溫度傳感器、保護(hù)電路等，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
[0026]其中交流側(cè)AC/DC模塊的電壓型三相橋式有源整流PEBB模塊1，實(shí)現(xiàn)雙向有源整流功能，直流側(cè)DC/DC模塊的三相交錯(cuò)式直直變換PEBB模塊2，實(shí)現(xiàn)升壓和降壓功能。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷較小且儲(chǔ)能電池電量小時(shí)，電網(wǎng)通過變流器向電池充電，AC/DC模塊工作在整流模式，直流輸出電壓700V，DC/DC模塊工作在降壓模式，輸出電壓為儲(chǔ)能電池所需的充電電壓；當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷較大且儲(chǔ)能電池電量充足時(shí)，儲(chǔ)能電池通過變流器向電網(wǎng)進(jìn)行放電，DC/DC模塊工作在升壓模式，將儲(chǔ)能電池的電壓升至700V，AC/DC模塊工作在逆變模式輸出380V交流電能。
[0027]本實(shí)用新型提供的一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路中的交流濾波器可以選用夏弗納公司生產(chǎn)的FN3359型高性能三相濾波器，如圖2所示為本實(shí)用新型提供的一種交流濾波器的實(shí)施例的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，該交流濾波器的實(shí)施例滿足大功率應(yīng)用需求，額定電流最高為2500A，額定電壓為300V到520V，其工作溫度范圍為-25到100攝氏度，泄漏電流小于6mA，該濾波器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變流器交流側(cè)諧波電流的抑制，從而減小變流器對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。
[0028]本實(shí)用新型提供的一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路中的隔離變壓器的實(shí)施例采用V Λ繞組結(jié)構(gòu)，原副端變比1: 1，額定容量150KVA。如圖3所示為本實(shí)用新型提供的一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路中隔離變壓器的連接方式的示意圖，隔離變壓器一次側(cè)為三角形連接，接380V電網(wǎng)，二次側(cè)為星形聯(lián)結(jié)，接變流器電感輸出端。當(dāng)儲(chǔ)能電池放電時(shí)，變流器相當(dāng)于電源向電網(wǎng)供電，由于變流器側(cè)為Y形連接結(jié)構(gòu)，三次諧波電流不能流通，因而主磁通和原副邊相電壓都有三次諧波分量出現(xiàn)，但三角形側(cè)所產(chǎn)生的三次諧波電流將在閉合的三角形繞組中形成環(huán)流而不會(huì)流入電網(wǎng)，從而保證了變流器并網(wǎng)電流質(zhì)量；當(dāng)儲(chǔ)能電池充電，變流器相當(dāng)于負(fù)載，由于電網(wǎng)側(cè)為三角形聯(lián)結(jié)，激磁電流中的三次諧波分量可以在三角形內(nèi)部流通，不會(huì)流入變流器系統(tǒng)。因此變流器系統(tǒng)中隔離變壓器的引入既起到變流器和電網(wǎng)的隔離作用又濾除了三次諧波，作用明顯。
[0029]本實(shí)用新型提供的一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路中的交流側(cè)濾波電路為L(zhǎng)CL拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該濾波電路在濾除高次諧波方面效果很好，并且濾波電路的總電感值也比較小，適合在高功率變流器中應(yīng)用。并且該濾波電路還可以隔離電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)與有源整流器交流電壓，使得變流器AC/DC模塊獲得一定的阻尼特性，利于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。該濾波電路中電感和電容元件參數(shù)的選取方法為:首先利用電流的紋波要求，得出濾波器的等效電感，然后利用諧振頻率作為中間參數(shù)，推導(dǎo)出了關(guān)于電流諧波的衰減比例為變量的二次方程，通過對(duì)方程的求解，可以很方便地求出濾波器的其他參數(shù)。
[0030]本實(shí)用新型提供的變流器主功率電路中的直流側(cè)濾波電路的實(shí)施例包括電感和電容元件。三個(gè)電感分別串接在三相半橋結(jié)構(gòu)的上橋E下橋C點(diǎn)與儲(chǔ)能電池的一端連接線中，可以保證直流側(cè)輸出電流的連續(xù)性，并使得電流滿足紋波要求。該電容與儲(chǔ)能電池并聯(lián)，可以緩沖變流器交流側(cè)與直流側(cè)之間的能量交換，并且穩(wěn)定變流器直流側(cè)電壓并對(duì)其諧波電壓進(jìn)行抑制。電感參數(shù)選擇時(shí)考慮直流電流的紋波要求，電容參數(shù)選擇時(shí)需要綜合考慮電容對(duì)直流側(cè)電壓的快速跟蹤性和穩(wěn)定性的影響。
[0031]最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:依然可以對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本實(shí)用新型精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路，其特征在于，所述雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路包括依次連接的交流濾波器、隔離變壓器、交流側(cè)濾波電路、PEBB模塊1、PEBB模塊2和直流側(cè)濾波電路； 所述交流濾波器與電網(wǎng)端連接，所述直流側(cè)濾波電路與儲(chǔ)能電池端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路，其特征在于，所述PEBB模塊I為交流側(cè)AC/DC模塊的電壓型三相橋式有源整流PEBB模塊，所述PEBB模塊2直流側(cè)DC/DC模塊為三相交錯(cuò)式直直變換PEBB模塊； 所述PEBB模塊I和PEBB模塊2均采用Semikron公司生產(chǎn)的PEBB模塊Skiip613GD123-3DUL ； 所述PEBB模塊包括六個(gè)IGBT管、電流及溫度傳感器和保護(hù)電路，所述六個(gè)IGBT管構(gòu)成三相半橋結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路，其特征在于，所述交流濾波器選用夏弗納公司生產(chǎn)的FN3359型高性能三相濾波器。
4.如權(quán)利要求1所述的雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路，其特征在于，所述隔離變壓器采用Y/ Λ繞組結(jié)構(gòu)，原副端變比1: 1，額定容量150KVA ； 所述隔離變壓器一次側(cè)為三角形連接，接380V電網(wǎng)，二次側(cè)為星形聯(lián)結(jié)，接變流器電感輸出端。
5.如權(quán)利要求1所述的雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路，其特征在于，所述交流側(cè)濾波電路為L(zhǎng)CL拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求2所述的雙向儲(chǔ)能變流器主功率電路，其特征在于，所述直流側(cè)濾波電路包括一個(gè)電感和三個(gè)電容； 所述三個(gè)電感分別串接在所述PEBB模塊2的三相半橋結(jié)構(gòu)的上橋E下橋C點(diǎn)與儲(chǔ)能電池的一端的連接線中；所述電容與所述儲(chǔ)能電池并聯(lián)。
【文檔編號(hào)】H02M1/12GK203607860SQ201320708930
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】渠展展, 劉赟甲, 閆濤, 郭瑞宙, 李大偉, 張學(xué)龍, 賈鵬飛 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 國網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院