[发明专利]一种具有故障穿越能力的储能型变流器拓扑

说明书

本发明公开一种具有故障穿越能力的储能型变流器拓扑，包括三个相单元；每个相单元包括上桥臂、下桥臂、上桥臂电感、下桥臂电感；上桥臂正极端作为相单元直流出线正极端，上桥臂负极端与上桥臂电感一端相连，上桥臂电感另一端与下桥臂电感一端相连，作为相单元的交流出线端并串联电抗器连接到电网，下桥臂电感另一端与下桥臂正极端相连，下桥臂负极端作为相单元直流出线负极端；三相单元桥臂均由半桥子模块和类全桥储能子模块混合串联而成。通过类全桥储能子模块的设计，上述变流器为新能源系统增加惯性，并且储能所用电池充放电电流平滑，电压等级较低，保障了电池高效运行和安全性；同时具备直流侧故障穿越能力，在直流侧故障时仍然能够储能。

技术领域

本发明属于电气自动化设备技术领域，具体的，涉及一种具有故障穿越能力的储能型变流器拓扑。

背景技术

在现有的技术中，具有储能功能的子模块将电池直接并联在子模块电容旁，使得电池承受一倍工频和二倍工频的脉动电流，对电池的高效运行和全寿命周期成本不利；同时，实际工况中子模块电容电压一般大于1500V电压等级，以锂离子电池为代表的高倍率电池，基于电池荷电状态均衡和故障保护的原因，从成本和安全考虑，很难达到如此高的串联电压。此外，这种具有储能功能的子模块并不具备故障穿越的能力，而具有故障穿越能力的子模块又不具备储能的功能。

经检索，公开号为104917418A的中国专利申请，该发明提供了一种采用电池电流独立控制的储能型模块化多电平变流器，其子模块包括：一个半桥模块、一个支撑电容和一个储能电池。通过对电池电流的独立控制，提高电池利用率和使用寿命。

公开号为105591562A的中国专利申请，该发明提供了一种具有直流故障闭锁能力的模块化多电平变流器，其包括：半桥子模块、箝位单子模块、全桥子模块。直流故障时，通过闭锁一部分子模块实现直流故障穿越，并通过另一部分子模块为电网提供无功支撑。

上述专利不能解决电池电压等级的问题，使用的子模块多且不能实现储能，同时电池电压较低；其次，上述专利提出的子模块结构都采用电池并联在直流电容旁的方案，电池必然会承受一倍工频和二倍工频的脉动电流，对电池的高效运行和全寿命周期成本不利。最后，专利105591562A通过闭锁子模块并用全桥模块和箝位单子模块配合的方式实现故障穿越，仅仅拥有故障穿越的能力，但是在故障时并不具备储能功能。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种从拓扑上提高电池寿命与利用率，并为新能源系统提供惯性，兼具故障穿越能力并在故障时能够储能的具有故障穿越能力的储能型变流器拓扑。

为实现以上目的，本发明提供一种具有故障穿越能力的储能型变流器拓扑，包括三个相单元，每个相单元均包括上桥臂、下桥臂、上桥臂电感、下桥臂电感；其中：

所述上桥臂的正极端作为相单元的直流出线正极端；所述上桥臂的负极端与所述上桥臂电感的一端相连；所述上桥臂电感的另一端与所述下桥臂电感的一端相连，作为相单元的交流出线端，并串联电抗器连接到电网；所述下桥臂电感的另一端与所述下桥臂的正极端相连；所述下桥臂的负极端作为相单元的直流出线负极端；三个相单元中的上桥臂、下桥臂均由半桥子模块和类全桥储能子模块混合串联而成；