[发明专利]混合储能型直流变压器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种混合储能型直流变压器及其控制方法，其中，变压器包括：交流电抗器、多个输出整流单元、多绕组高频变压器和储能型模块化多电平变换器，其中，功率型储能和能量型储能分别接入到储能型模块化多电平变换器的两相子模块中，通过控制高压直流电流中的低频分量和高频分量分别由能量型储能和功率型储能提供，从而实现混合储能的功能，多绕组高频变压器的每个副边采用二极管整流或可控整流后得到多路低压直流输出。该变压器同时兼具直流变压器和储能功能，控制灵活，集成度高，适用于直流微网、配网以及舰船中压直流综合电力系统等场合。

技术领域

本发明涉及直流配电技术领域，特别涉及一种混合储能型直流变压器及其控制方法。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，直流配电由于在功率密度、电能质量等方面的优势得到了越来越广泛的重视和应用，如区域配电网络、微网以及舰船综合电力系统等。为满足直流配电网络中的电压变换需求，需要研究以电力电子变换器为核心的直流变压器，最常见的直流变压器结构如图1所示，采用双有源全桥电路原边串联副边并联实现高压直流到低压直流的变换。其缺点是使用的变压器数量多，而且每个双有源全桥电路都需要独立控制，控制复杂。另一方面储能作为电网中越来越重要的一个环节，能够起到平抑分布式发电功率波动、提高系统稳定性和供电可靠性的作用。常规的大规模储能需要大量的电池单体串并联，不仅效率低、可靠性差，而且需要额外配置能量管理系统作SOC(State ofCharge，荷电状态)均衡控制。另一方面，由单一类型的储能元件构成的储能系统，难以同时满足直流配网对于瞬时大功率波动和长时间持续供电的需求，需要开发一种混合储能系统，合理使用不同特性的储能元件满足电网不同的需求。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种混合储能型直流变压器，该变压器同时兼具直流变压器和储能功能，控制灵活，集成度高，适用于直流微网、配网以及舰船中压直流综合电力系统等场合。

本发明的另一个目的在于提出一种混合储能型直流变压器的控制方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种混合储能型直流变压器，包括：交流电抗器和多个输出整流单元；多绕组高频变压器，所述多绕组变压器的每个副边绕组一一对应与所述多个输出整流单元的每个输出整流单元的交流输入端并联，至少一个所述输出整流单元的直流输出端并联以构成一路低压直流，以得到多路低压直流输出；储能型模块化多电平变换器，所述储能型模块化多电平变换器为H桥结构，所述储能型模块化多电平变换器包括两相电路，每相电路包括上桥臂和下桥臂，其中，所述上桥臂由多个储能子模块的交流输出端依次串联后与桥臂电抗器串联构成，所述下桥臂由桥臂电抗器与所述多个储能子模块的交流输出端依次串联构成，所述两相电路的上桥臂的上端分别与高压直流电网正极相连，所述两相电路的下桥臂的下端分别与所述高压直流电网的负极相连，所述每相电路的上桥臂的下端与下桥臂的上端相连，形成对应相的交流输出端，所述两相电路的交流输出端与所述交流电抗器串联后与多绕组高频变压器的原边绕组并联。

本发明实施例的混合储能型直流变压器，具备高压直流母线及多路低压直流母线，同时集成了隔离储能环节，兼具直流变压器和储能功能，不仅能够实现两不同电压等级的直流电网之间的电能变换，而且由于储能变换器与直流变压器集成在一起，使得一套变换器可同时实现直流变压和储能两个功能，节省成本；内置分散式储能环节，起到调节多个端口之间的功率流、平抑功率波动的作用。而且同时采用能量型储能和功率型储能，不仅响应速度快，持续供电时间长，而且有利于提高电池寿命；每个储能元件都可以独立控制其充放电电流，通过控制算法可实现储能元件之间的SOC均衡，可以使用不同规格不同新旧程度的电池，实现废旧电池的梯次利用，且不需要配置额外的电池能量管理系统。

另外，根据本发明上述实施例的混合储能型直流变压器还可以具有以下附加的技术特征：