功率转换装置和系统以及用于操作所述装置的方法与流程

本公开涉及功率转换领域，更具体地涉及一种用于功率转换的装置和系统以及一种用于操作功率转换装置的方法。

背景技术：

1、能量储存系统(ess)是包含例如电池(如锂电池、铅电池)作为能量储存载体的系统，用于储存电能并在一定时间段内供应电能。ess广泛用于电网中，以调节电网的峰值和频率，从而保障电网的安全运行。

2、传统的ess通常包括多个并联连接的电池串，这些电池串进一步连接到并网ac/dc转换器。这至少会导致以下问题：

3、1)由于电池单体的制造公差，并联连接的电池单体串之间会存在电流不平衡。此外，考虑到电池单体的老化，这种电流不平衡问题会随着时间的推移而恶化。这个问题会导致电池串之间的老化速度不同，最终一些电池串会比设计提前到达寿命终点；以及

4、2)为了为大规模pcs系统构建更高的dc电压，需要将更多的电池单体串联连接在一个串中。由于电池单体的制造公差，即使放电电流相同，一串中也只有一些电池单体能够完全充电或放电。换句话说，每个电池单体的荷电状态(soc)是不同的。串联的电池单体越多，soc偏差越大。这是对电池单体容量的浪费。尽管bms具备一定的电池单体平衡能力，但作用十分有限。

技术实现思路

1、本公开提供了一种用于功率转换的装置和系统以及一种用于操作所述装置的方法。

2、根据本公开的一方面，公开了一种功率转换装置。该装置包括：至少一个第一部分功率转换器ppc串，至少一个第一ppc串与直流母线并联连接的，第一ppc串包括至少一个串联连接的ppc和至少一个ppc组，其中，每个ppc组包括多于一个并联连接的ppc，其中，在每个ppc组中，多于一个并联连接的ppc中的每个ppc的相应输出并联连接以形成ppc组的输出，并且其中，在第一ppc串中，至少一个串联连接的ppc和至少一个ppc组中的每一者的相应输出串联连接，并且其中，对于至少一个串联连接的ppc和至少一个ppc组中的多于一个并联连接的ppc中的每个ppc，ppc的输入连接到对应的电源，并且ppc的输入和ppc的输出具有一个公共端子。

3、根据一些实施例，在至少一个串联连接的ppc和至少一个ppc组中的多于一个并联连接的ppc中的每个ppc中，ppc的第一ppc端子连接到直流母线的第一母线端子或与ppc相比更靠近第一母线端子的相邻ppc的第三ppc端子，ppc的第二ppc端子连接到对应电源的第一电源端子，并且ppc的第三ppc端子连接到对应电源的第二电源端子以及直流母线的第二母线端子和与ppc相比更靠近第二母线端子的相邻ppc的第一ppc端子之一，并且ppc的输入形成于ppc的第二ppc端子与ppc的第三ppc端子之间，并且ppc的输出形成于ppc的第一ppc端子与ppc的第三ppc端子之间，并且其中，在至少一个ppc组中的每个ppc组中，多于一个并联连接的ppc的第二ppc端子是相连的，并且多于一个并联连接的ppc的第三ppc端子是相连的。

4、根据一些实施例，至少一个第一ppc串进一步连接到并网ac/dc转换器，其中，并网ac/dc转换器的输入连接到直流母线，并且并网ac/dc转换器的输出连接到电网。

5、根据一些实施例，功率转换装置进一步包括与直流母线并联连接的第二串，其中，第二串是一个ppc构成的串或多于一个串联连接的ppc构成的串。

6、根据一些实施例，在至少一个ppc组中的每个ppc组中，连接到多于一个并联连接的ppc的对应电源的电压差低于电压阈值，并且对于第一ppc串中的至少一个串联连接的ppc，连接到至少一个串联连接的ppc的对应电源是相同类型的，其中，连接到ppc的对应电源是双向类型的电源或单向类型的电源。

7、根据本公开的另一方面，提供了一种操作上述功率转换装置的方法。方法包括：确定装置的状态，其中，装置的状态包括功率源模式和电压源模式；对于至少一个第一ppc串中的每个第一ppc串，根据装置的状态获得第一ppc串的相应控制信号；对于第一ppc串中的每个ppc，根据装置的状态获得ppc的相应控制信号；以及对于第一ppc串中的每个ppc，根据装置的状态基于ppc的相应控制信号来控制ppc。

8、根据一些实施例，根据装置的状态获得第一ppc串的相应控制信号包括：响应于装置的状态是功率源模式，基于装置的功率参考、装置的输出功率、以及至少一个第一ppc串中的每一个的相应状态参数来生成第一ppc串的相应控制信号，其中，第一ppc串的控制信号包括第一ppc串的电流参考，并且其中，根据装置的状态获得ppc串的相应控制信号包括：响应于装置的状态是功率源模式，基于第一ppc串的相应电流参考、第一ppc串的电流、以及第一ppc串中的每个ppc的相应状态参数来生成ppc的相应控制信号，其中，ppc的控制信号包括ppc的输入电压参考、输入电流参考和输入功率参考中的至少一个，并且其中，根据装置的状态基于ppc的相应控制信号来控制ppc包括：响应于装置的状态是功率源模式，至少部分地基于ppc的相应控制信号和与ppc的相应控制信号相对应的反馈参数来控制ppc。

9、根据一些实施例，装置进一步包括与直流母线并联连接的第二串，其中，第二串是一个ppc构成的串或多于一个串联连接的ppc构成的串，并且其中，基于装置的功率参考、装置的输出功率、以及第一ppc串的相应状态参数来生成第一ppc串的相应控制信号包括：基于装置的功率参考、装置的输出功率、以及至少一个第一ppc串和第二串中的每个串的相应状态参数来生成至少一个第一ppc串和第二串中的每个串的相应控制信号，其中，串的控制信号包括串的电流参考。

10、根据一些实施例，基于第一ppc串的相应电流参考、第一ppc串的电流、以及第一ppc串中的每个ppc的相应状态参数来生成ppc的相应控制信号包括：基于第一ppc串的相应电流参考、第一ppc串的电流、以及第一ppc串中的每个ppc的相应状态参数来生成至少一个串联连接的ppc和至少一个ppc组中的每一者的相应控制信号；以及对于至少一个ppc组中的每个ppc组，基于ppc组的相应控制信号来生成ppc组中的多于一个并联连接的ppc中的每个ppc的相应控制信号。

11、根据一些实施例，至少一个第一ppc串进一步连接到并网ac/dc转换器，其中，并网ac/dc转换器的输入连接到直流母线，并且并网ac/dc转换器的输出连接到电网，并且其中，并网ac/dc转换器基于直流母线电压和以下至少一项来控制直流母线的电压：装置中的ppc的功率效率；并网ac/dc转换器的功率效率；电池温度；以及装置中的ppc的机柜的温度。

12、根据一些实施例，根据装置的状态获得第一ppc串的相应控制信号包括：响应于装置的状态是电压源模式，基于装置的电压参考、装置的输出电压、以及至少一个第一ppc串中的每一个的相应状态参数来生成第一ppc串的相应控制信号，其中，第一ppc串的控制信号包括第一ppc串的至少一个下垂特性参数，并且其中，根据装置的状态获得ppc串的相应控制信号包括：响应于装置的状态是电压源模式，基于第一ppc串的至少一个下垂特性和第一ppc串的电流确定第一ppc串的电压参考；以及基于第一ppc串的电压参考和第一ppc串中的每个ppc的相应状态参数来生成第一ppc串中的每个ppc的相应输出控制信号，并且其中，根据装置的状态基于ppc的相应控制信号来控制ppc包括：响应于装置的状态是电压源模式，至少部分地基于ppc的相应输出控制信号和与ppc的相应控制信号相对应的反馈参数来控制ppc。

13、根据一些实施例，装置进一步包括与直流母线并联连接的第二串，其中，其中，第二串是一个ppc构成的串或多于一个串联连接的ppc构成的串，并且其中，基于装置的电压参考、装置的输出电压、以及第一ppc串的相应状态参数来生成第一ppc串的相应控制信号包括：基于装置的电压参考、装置的输出电压、以及至少一个第一ppc串和第二串中的每个串的相应状态参数来生成至少一个第一ppc串和第二串中的每个串的相应控制信号，其中，串的控制信号包括串的至少一个下垂特性参数。

14、根据一些实施例，基于第一ppc串的电压参考和第一ppc串中的每个ppc的相应状态参数来生成第一ppc串中的每个ppc的相应输出控制信号包括：基于第一ppc串的电压参考和第一ppc串中的每个ppc的相应状态参数来生成至少一个串联连接的ppc中的每一个的相应输出电压参考和至少一个ppc组中的每个ppc的相应输出电流参考，并且其中，至少部分地基于ppc的相应控制信号和与ppc的相应控制信号相对应的反馈参数来控制ppc包括：对于至少一个串联连接的ppc中的每一个，至少部分地基于ppc的相应输出电压参考和ppc的输出电压来控制ppc；以及对于至少一个ppc组中的每个ppc，至少部分地基于ppc的相应输出电流参考和ppc的输出电流来控制ppc。

15、根据一些实施例，方法进一步包括：响应于装置的状态是电压源模式，基于直流母线电压和以下参数中的至少一个来生成装置的电压参考：装置中的ppc的功率效率；并网ac/dc转换器的功率效率；电池温度；装置中的ppc的机柜的温度。

16、根据本公开的又一方面，提供了一种功率转换系统。所述系统包括：上述装置；直流母线；以及连接到装置的多个电源。

17、应当理解，本节中描述的内容并不用于确定本公开实施例的关键或者重要特征，也不用于限定本公开的范围。通过以下说明书，将容易理解本公开的其他特征。