全钒液流电池储能SOC自平衡变流器及控制方法与流程

本发明专利涉及液流储能，尤其涉及一种全钒液流电池储能soc自平衡变流器及控制方法

背景技术：

1、全钒液流电池具有安全性好、寿命长，蓄电容量大、功率与容量分离可调、选址自由和清洁环保等特点，是电力储能重要的实现方式。规模化的全钒液流电池储能通过模块化的的储能单元进行串并联方式，进行功率集成。电堆是液流储能系统的核心部件，由于制造工艺和组装工艺的误差，任意电堆的结构不可能做到完全一致，另外由于循环系统驱使电解液流经电堆内部的流量也会因管路结构差异和流体扰动，而使得通过电堆流量不一致，加上环境温度等诸多因素的影响，现有技术无法保证全钒液流电池电堆工作电压一致性，进而导致大规模储能当中，模块化的储能单元存在较大的差异，通过串联后soc的状态分化，特别是在液流电池充电初期和放电末期，差异成倍放大，长期累积会造成soc极度不平衡，影响系统的正常运行。

2、目前全钒液流电池储能模块化集成后，soc累积误差的处理方法是将储能模块单独地进行充电或放电进行soc再平衡，或通过电解液混液达到soc为0的初始状态。以上处理方法废时废力，不利于大规模全钒液流电池的运行和维护。

技术实现思路

1、本发明的目的就是要提供一种全钒液流电池储能模块soc自平衡变流器及控制方法，本发明能通过储能模块中性点钳位平衡各储能模块的工作电压进行平衡各储能模块的soc状态，还能通过变流器结构的多电平控制提升储能系统输出的电能质量。

2、为实现此目的，本发明所设计的一种全钒液流电池储能soc自平衡变流器，其特征在于：包括：第一绝缘栅双极型晶体管组、第二绝缘栅双极型晶体管组和第三绝缘栅双极型晶体管组：

3、所述第一绝缘栅双极型晶体管组用于产生三相电源的u相交流方波电平；

4、所述第二绝缘栅双极型晶体管组用于产生三相电源的v相交流方波电平；

5、所述第三绝缘栅双极型晶体管组用于产生三相电源的w相交流方波电平；

6、通过对第一绝缘栅双极型晶体管组、第二绝缘栅双极型晶体管组和第三绝缘栅双极型晶体管组中各个绝缘栅双极型晶体管的通断控制，使得各个绝缘栅双极型晶体管组产生不同开关状态的三相电源交流方波电平，三相电源交流方波电平对应自平衡变流器各种空间矢量；

7、求解各空间矢量的作用时间，所述自平衡变流器各种空间矢量及对应的空间矢量作用时间用于控制储能模块组内的电压分配，使控制储能模块组中各个液流储能模块的电压保持平衡状态。

8、还包括第一钳位二极管组、第二钳位二极管组和第三钳位二极管组和lcl滤波器；

9、所述第一钳位二极管组用于三相电源的u相输出回路中igbt断续工作中的续流和反向钳位；

10、所述第二钳位二极管组用于三相电源的v相输出回路中igbt断续工作中的续流和反向钳位；

11、所述第三钳位二极管组用于三相电源的w相输出回路中igbt断续工作中的续流和反向钳位；

12、所述lcl滤波器用于将三相电源的输出的方波电平进行滤波，形成正弦波形。

13、一种基于上述自平衡变流器的全钒液流电池储能soc自平衡变流器控制方法，其特征在于：它包括如下步骤：

14、步骤1：计算各个绝缘栅双极型晶体管组产生的自平衡变流器各种空间矢量，并求解各种空间矢量的作用时间；

15、步骤2：通过储能模块组中点电压比较法，结合自平衡变流器各种空间矢量确定储能模块组对应自平衡变流器空间矢量中的正负矢量调整方法；

16、步骤3：根据自平衡变流器各种空间矢量作用时间和储能模块组对应自平衡变流器空间矢量的正负矢量调整方法计算储能模块组对应自平衡变流器空间矢量的正负矢量作用时间。

17、本发明的有益效果：

18、本发明专利的有益效果是，允许储能模块因制造和运行环境差异导致工作电压和soc不一致的前提下，通过设置储能模块的中性点及再调节空间矢量的作用时间，达到各储能模块的soc自平衡，避免储能模块的过充或过放和人为干预。另外，全钒液电池通过本发明采用的变流器串接后还可以升高液流电池总的工作电压，降低变流器的投资，以及降低绝缘等级的要求。

技术特征：

1.一种全钒液流电池储能soc自平衡变流器，其特征在于：包括：第一绝缘栅双极型晶体管组(3)、第二绝缘栅双极型晶体管组(3.1)和第三绝缘栅双极型晶体管组(3.2)：

2.根据权利要求1所述的全钒液流电池储能soc自平衡变流器，其特征在于：还包括第一钳位二极管组(2)、第二钳位二极管组(2.1)和第三钳位二极管组(2.2)和lcl滤波器(4)；

3.根据权利要求2所述的全钒液流电池储能soc自平衡变流器，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的全钒液流电池储能soc自平衡变流器，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的全钒液流电池储能soc自平衡变流器，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的全钒液流电池储能soc自平衡变流器，其特征在于，所述lcl滤波器(4)包括电感l1～电感l3，电容c1～电容c3；

7.一种基于权利要求1所述自平衡变流器的全钒液流电池储能soc自平衡变流器控制方法，其特征在于：它包括如下步骤：

8.根据权利要求7所述的全钒液流电池储能soc自平衡变流器控制方法，其特征在于：所述步骤1：计算各个绝缘栅双极型晶体管组产生的自平衡变流器各种空间矢量，并求解各种空间矢量的作用时间的具体方法为；

9.根据权利要求8所述的全钒液流电池储能soc自平衡变流器控制方法，其特征在于：所述步骤2，通过储能模块组中点电压比较法，结合自平衡变流器各种空间矢量确定储能模块组(1)对应自平衡变流器空间矢量中的正负矢量调整方法的具体方法为；

10.根据权利要求7所述的全钒液流电池储能soc自平衡变流器控制方法，其特征在于：所述步骤3,根据自平衡变流器各种空间矢量作用时间和储能模块组(1)对应自平衡变流器空间矢量的正负矢量调整方法计算储能模块组(1)对应自平衡变流器空间矢量的正负矢量作用时间的具体方法为：

11.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7所述方法的步骤。

技术总结本发明所设计的一种全钒液流电池储能模块SOC自平衡变流器，包括第一钳位二极管组、第一绝缘栅双极型晶体管组、第二钳位二极管组、第二绝缘栅双极型晶体管组、第三钳位二极管组、第三绝缘栅双极型晶体管组、LCL滤波器。通过绝缘栅双极型晶体管组产生不同开关状态的三相电源交流方波电平，三相电源交流方波电平对应自平衡变流器各种空间矢量；求解各空间矢量的作用时间，所述自平衡变流器各种空间矢量及对应的空间矢量作用时间用于控制储能模块内的电压分配，控制储能模块组中各个液流储能模块的电压保持平衡状态。技术研发人员：张杰,姚俊,张爱芳,刘飞,王伟,杜涛,杨洋,桂熙,刘俊受保护的技术使用者：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29