專利名稱：一種電磁儲能的鏈式變流器拓撲結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電氣自動化設備技術領域，具體地，涉及一種電磁儲能變流器的電路拓撲結構。
背景技術：
電磁儲能是以電磁能直接存儲，因此轉換效率高、動態(tài)響應快，可以平滑功率波動，增強系統(tǒng)可調(diào)度性，改善電網(wǎng)靜、動態(tài)特性。鏈式拓撲廣泛應用在高壓電機驅(qū)動變頻器、高壓無功補償?shù)阮I域；該拓撲也可作為儲能變流器，直接接入高壓電網(wǎng)。作為儲能的功率轉換系統(tǒng)，鏈式變流器如圖1，一般只適用于連接電池組或超級電容儲能，而通過電感線圈儲能的電磁儲能，必須增加相應的結構才能應用于鏈式拓撲結構中。中國專利公開號為201774270U的實用新型專利，該專利涉及一種無變壓器電感儲能拓撲結構，該拓撲結構包括三相，每相由多個H橋功率模塊與電感儲能模塊構成的子單元串聯(lián)在一起，經(jīng)緩沖電感接入電網(wǎng)；H橋功率模塊由四個IGBT開關器件組成，每個IGBT開關器件反并聯(lián)一個二極管，每兩個IGBT開關器件相串聯(lián)后，再與直流電容C并聯(lián)；電感儲能模塊由超導線圈Lc、開關器件IGBT5、開關器件IGBT6、二極管D1、二極管D2組成，超導線圈Lc與二極管D1、開關器件IGBT5構成存儲能量回路，超導線圈Lc還與二極管D2、開關器件IGBT6構成存儲能量回路，該電感儲能模塊與電容C相并聯(lián)。但是上述專利與本發(fā)明相比，本發(fā)明所使用的器件均是可控器件，因此對于電感線圈來說，其上面的電流可以是雙向的，從而有助于元件的磁復位。另外，新增H橋的兩個橋臂可以輪換使用，從而增加整個系統(tǒng)的工作壽命。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種用于電磁儲能的鏈式變流器拓撲結構，在鏈式變流器的各H橋中間直流側電容C增加一個H橋，用以連接電磁儲能系統(tǒng)中的儲能電感線圈Lrail，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性；鏈式儲能變流器用做電磁儲能與電網(wǎng)的接口，既可實現(xiàn)高壓直接并網(wǎng)，完成電網(wǎng)的功率調(diào)度，又可以減少儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)的諧波，減少濾波元件的體積。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電磁儲能的鏈式變流器拓撲結構，包括電磁儲能系統(tǒng)中的儲能電感線圈Lrail、用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋、中間直流側電容C、鏈式變流器H橋以及并網(wǎng)電抗器Ls。所述鏈式變流器的每一相由H橋串聯(lián)組成，三相接成星形，通過所述并網(wǎng)電抗器Ls直接并入高壓電網(wǎng)，所述鏈式變流器各H橋中間直流側電容C與所述電磁儲能線圈Lrail之間設有一個用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋。所述用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋與所述中間直流側電容C并聯(lián)。優(yōu)選地，所述用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋，由四個開關S1、S2、S3、S4組成，其中兩個開關Si、S2串聯(lián)構成一個橋臂，另外兩個開關S3、S4串聯(lián)構成另一個橋臂，所述電磁儲能線圈LMil連接在這兩個橋臂中間，并且所述四個開關SpS2、S3、S4分別并聯(lián)一個反向二極管。所述鏈式變流器通過控制用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋，能夠保證儲能電感線圈Lrail工作于充電、放電和儲能的各種狀態(tài)，同時可以保持H橋直流側電容C的電壓穩(wěn)定。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果本發(fā)明的鏈式變流器接入電磁儲能系統(tǒng)，同時接入多個電磁儲能線圈，在維持電磁儲能容量的前提下，分散儲能的分布，從而增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性；鏈式儲能變流器用做電磁儲能與電網(wǎng)的接口，既可實現(xiàn)高壓直接并網(wǎng)，完成電網(wǎng)的功率調(diào)度，又可以減少儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)的諧波，減少濾波元件的體積。


通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯圖I為現(xiàn)有的鏈式儲能變流器電路拓撲；圖2為本發(fā)明提出的一種電磁儲能的鏈式變流器拓撲；圖3為電感線圈儲能充電狀態(tài)示意圖；圖4為電感線圈儲能放電狀態(tài)示意圖；圖5 圖10為電感線圈儲能狀態(tài)示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的技術人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。參照圖2，本發(fā)明提供的一種電磁儲能的鏈式變流器拓撲結構，包括電磁儲能系統(tǒng)中的儲能電感線圈Lrail、用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋、中間直流側電容C、鏈式變流器H橋以及并網(wǎng)電抗器Ls。在鏈式變流器的各H橋直流側增加一個用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋，用以連接電磁儲能系統(tǒng)中的儲能電感線圈LMil。所述用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋與所述中間直流側電容C并聯(lián)。通過控制所增加的用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋，能夠保證儲能電感線圈Lrail工作于充電、放電和儲能的各種狀態(tài)，同時保持所述中間直流側電容C的電壓穩(wěn)定。所述用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋，由四個開關SpS2、S3、S4組成，其中兩個開關S1、S2串聯(lián)構成一個橋臂，另外兩個開關S3、S4串聯(lián)構成另一個橋臂，所述電磁儲能線圈Lrail連接在這兩個橋臂中間，并且所述四個開關Sp S2, S3, S4分別并聯(lián)一個反向二極管。參照圖3，所增加的用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋中的開關Sp S4開通，中間直流偵_容C對儲能電感線圈Lrail進行充電。參照圖4，所增加的用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋中的開關SpS2、S3、S4全部關斷，儲能電感線圈Lrail中的電流由開關S2、S3的反并聯(lián)二極管續(xù)流，此時中間直流側電容C對儲能電感線圈Lrail進行放電。參照圖5，所增加的用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋中的開關S1開通，同時開關S3的反并聯(lián)二極管續(xù)流，中間直流側電容C與儲能電感線圈Lrail未連接,此時儲能電感線圈Lrail處于續(xù)流狀態(tài)。參照圖6，所增加的用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋中的開關S4開通，同時開關S2的反并聯(lián)二極管續(xù)流，中間直流側電容C與儲能電感線圈Lrail未連接,此時儲能電感線圈Lrail處于續(xù)流狀態(tài)。參照圖7，所增加的用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋中的開關S2、S3開通，中間直流側電容C對儲能電感線圈Lrail進行反向充電。參照圖8，所增加的用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋中的開關SpS2、S3、S4全部關斷，儲能電感線圈Lrail中的電流由開關Sp S4的反并聯(lián)二極管續(xù)流，此時中間直流側電容C對儲能電感線圈Lrail進行反向放電。參照圖9，所增加的用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋中的開關S2開通，同時開關S4的 反并聯(lián)二極管續(xù)流，中間直流側電容C與儲能電感線圈Lrail未連接,此時儲能電感線圈Lrail處于續(xù)流狀態(tài)。參照圖10，所增加的用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋中的開關S3開通，同時開關S1的反并聯(lián)二極管續(xù)流，中間直流側電容C與儲能電感線圈Lrail未連接,此時儲能電感線圈Lcoil處于續(xù)流狀態(tài)。綜上，本發(fā)明在鏈式變流器的各H橋直流側增加一個H橋，用以連接電磁儲能系統(tǒng)中的儲能電感線圈。通過控制所增加的H橋，能夠保證儲能電感線圈工作于充電、放電和儲能的各種狀態(tài)，同時可以保持H橋直流側電容C的電壓；而鏈式儲能變流器用做電磁儲能與電網(wǎng)的接口，既可實現(xiàn)高壓直接并網(wǎng)，完成電網(wǎng)的功率調(diào)度，又可以減少儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)的諧波，減少濾波元件的體積。本發(fā)明所提出的拓撲結構簡單，易于模塊化生產(chǎn)，適合于大規(guī)模高電壓并網(wǎng)的電磁儲能系統(tǒng)。以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
權利要求
1.一種電磁儲能的鏈式變流器拓撲結構，包括電磁儲能系統(tǒng)中的儲能電感線圈(Lrail)、用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋、中間直流側電容(C)、鏈式變流器H橋以及并網(wǎng)電抗器(Ls)，其特征在于，所述鏈式變流器的每一相由H橋串聯(lián)組成，三相接成星形，通過所述電抗器(Ls)直接并入高壓電網(wǎng)，所述鏈式變流器各H橋中間直流側電容(C)與所述電磁儲能線圈(Lrail)之間設有一個用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋，所述用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋與所述中間直流側電容C并聯(lián)。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種用于電磁儲能的鏈式變流器拓撲結構，其特征在于，所述用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋，由四個開關，即第一開關 第四開關(SpS2、S3、S4)，其中第一、第二開關(SpS2)串聯(lián)構成一個橋臂，第三、第四開關(S3、S4)串聯(lián)構成另一個橋臂，所述電磁儲能線圈L—連接在這兩個橋臂中間，并且所述四個開關(SpS2、S3、S4)分別并聯(lián)一個反向二極管；所述鏈式變流器通過控制用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋，能夠保證儲能電感線圈Lrail工作于充電、放電和儲能的各種狀態(tài)，同時保持H橋直流側電容C的電壓穩(wěn)定。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種用于電磁儲能的鏈式變流器拓撲結構，其特征在于，控制所述用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋中的第一、第四開關(SpS4)開通，中間直流側電容(C)對儲能電感線圈(Lrail)進行充電。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種用于電磁儲能的鏈式變流器拓撲結構，其特征在于，控制所述用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋中的四個開關(SpS2、S3、S4)全部關斷，儲能電感線圈(Lcoil)中的電流由第二、第三開關(S2、S3)的反并聯(lián)二極管續(xù)流，此時中間直流側電容(C)對儲能電感線圈(Lcoil)進行放電。
5.根據(jù)權利要求2所述的一種用于電磁儲能的鏈式變流器拓撲結構，其特征在于，控制所述用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋中的第一開關(S1)開通，同時第三開關(S3)的反并聯(lián)二極管續(xù)流，中間直流側電容(C)與儲能電感線圈(Lrail)未連接，此時儲能電感線圈(Lrail)處于續(xù)流狀態(tài)。
6.根據(jù)權利要求2所述的一種用于電磁儲能的鏈式變流器拓撲結構，其特征在于，控制所述用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋中的第四開關(S4)開通，同時第二開關(S2)的反并聯(lián)二極管續(xù)流，中間直流側電容(C)與儲能電感線圈(Lrail)未連接，此時儲能電感線圈(Lrail)處于續(xù)流狀態(tài)。
7.根據(jù)權利要求2所述的一種用于電磁儲能的鏈式變流器拓撲結構，其特征在于，控制所述用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋中的第二、第三開關(S2、S3)開通，中間直流側電容(C)對儲能電感線圈(Lrail)進行反向充電。
8.根據(jù)權利要求2所述的一種用于電磁儲能的鏈式變流器拓撲結構，其特征在于，控制所述用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋中的四個開關(SpS2、S3、S4)全部關斷，儲能電感線圈(Lcoil)中的電流由第一和第四開關(Sp S4)的反并聯(lián)二極管續(xù)流，此時中間直流側電容(C)對儲能電感線圈(Lrail)進行反向放電。
9.根據(jù)權利要求2所述的一種用于電磁儲能的鏈式變流器拓撲結構，其特征在于，控制所述用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋中的第二開關(S2)開通，同時第四開關(S4)的反并聯(lián)二極管續(xù)流，中間直流側電容(C)與儲能電感線圈(Lrail)未連接，此時儲能電感線圈(Lrail)處于續(xù)流狀態(tài)。
10.根據(jù)權利要求2所述的一種用于電磁儲能的鏈式變流器拓撲結構，其特征在于，控制所述用于連接電磁儲能系統(tǒng)的H橋中的第三開關(S3)開通，同時第一開關(S1)的反并聯(lián)二極管續(xù)流，中 間直流側電容(C)與儲能電感線圈(Lrail)未連接，此時儲能電感線圈(Lrail)處于續(xù)流狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電磁儲能的鏈式變流器拓撲結構，屬電氣自動化設備技術領域。本發(fā)明在鏈式變流器的各H橋中間直流側電容增加一個H橋用以連接電磁儲能系統(tǒng)中的儲能電感線圈，通過控制所增加的H橋，能夠保證儲能電感線圈工作于充電、放電和儲能的各種狀態(tài)，同時保持H橋直流側電容的電壓；而鏈式儲能變流器用做電磁儲能與電網(wǎng)的接口，既可實現(xiàn)高壓直接并網(wǎng)，完成電網(wǎng)的功率調(diào)度，又可以減少儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)的諧波，減少濾波元件的體積。本發(fā)明所提出的拓撲結構簡單，易于模塊化生產(chǎn)，適合于大規(guī)模高電壓并網(wǎng)的電磁儲能系統(tǒng)。
文檔編號H02J3/38GK102969736SQ201210462238
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權日2012年11月16日
發(fā)明者李睿, 陳強, 蔡旭 申請人:上海交通大學