直流电压源并联均衡电路及其控制方法、装置、储能系统

本发明涉及电力电子，尤其涉及直流电压源并联均衡电路及其控制方法、装置、储能系统。

背景技术：

1、在电池储能领域中，集中式储能系统具有单机容量大、成本低等优点，但通常需要大量直流电压源并联，这容易导致电压源之间因内阻差异、电压波动等原因产生环流。为解决并联环流问题，传统方案是为每个直流电压源通过一个全功率dc/dc变换器升压后并联，从而保证输出电压稳定。然而，由于dc/dc变换器的能耗较高，因此也会导致整个系统的能量转换效率较低。

2、对此，一些相关技术尝试使用部分功率变换电路思路来解决并联环流问题。例如，参考图1，一些方案中会在每个直流电压源的一极设置由串联电感和半桥电路构成的均流电路，利用电感的器件特性，将电压源并联问题转化为电流源并联问题，从而实现较好的电流控制效果。然而，这些方案依然需要设置外部直流电源来为各个半桥电路提供额外功率补偿各个半桥电路之间的不均衡功率，引入了额外的能量变换环节，从而导致电路损耗依然较高。

技术实现思路

1、基于此，本技术提供一种直流电压源并联均衡电路，能够在解决并联环流问题的同时，无需设置外部直流电源，从而能够降低电路损耗。

2、一方面，本技术提供一种直流电压源并联均衡电路，包括：多个直流电压源，多个直流电压源的第一极性端相连；分段直流母线，包括串联的第一电容和第二电容；第一电容的第一端作为分段直流母线的第一输出端；第一电容的第二端与第二电容的第一端相连，作为分段直流母线的中性端；第二电容的第二端作为分段直流母线的第二输出端，并与第一极性端相连；多个补偿电容，与多个直流电压源一一对应；每个补偿电容的一端与对应的直流电压源的第二极性端相连；每个补偿电容的另一端与第一输出端相连；多个均流电路，与多个直流电压源一一对应；每个均流电路包括支路电感和电力电子半桥电路；电力电子半桥电路具有电流输入端；支路电感的一端与直流电压源的第二极性端相连；支路电感的另一端与电力电子半桥电路的电流输入端相连；电力电子半桥电路并联在第一输出端和中性端之间；电力电子半桥电路用于选择性地将对应直流电压源的第二极性端通过支路电感连接至第一输出端或中性端；负载电路，分别与第一输出端、第二输出端和中性端连接，被配置为通过调节自身工作参数控制中性端电流，以将第一电容的两端电压稳定在第一电压设定值。

3、可选的，电力电子半桥电路包括上桥开关管与下桥开关管；上桥开关管与下桥开关管的连接处作为电流输入端。

4、可选的，第一极性端为负极；至少部分均流电路中，电力电子半桥电路由第一桥臂开关管和第一二极管串联构成；第一桥臂开关管的一端与中性端相连；第一桥臂开关管的另一端与第一二极管阳极相连，并作为电流输入端；第一二极管的阴极与第一输出端相连；或，第一极性端为正极；至少部分均流电路中，电力电子半桥电路由第一桥臂开关管和第一二极管构成；其中，第一桥臂开关管的一端与中性端相连；第一桥臂开关管的另一端与第一二极管阴极相连，并作为电流输入端；第一二极管的阳极与第一输出端相连。

5、可选的，负载电路包括：交错并联斩波电路，包括多个半桥斩波电路和多个滤波电感；半桥斩波电路与滤波电感一一对应；每个半桥斩波电路的两个输入端并联在中性端和第一输出端之间；半桥斩波电路的输出端与滤波电感的一端相连；滤波电容；滤波电容的一端与多个滤波电感的另一端相连；滤波电容的另一端与第二输出端相连；第一逆变器；第一逆变器的直流侧输入端并联在滤波电容的两端。

6、可选的，半桥斩波电路包括上桥开关管与下桥开关管；上桥开关管与下桥开关管的连接处作为半桥斩波电路的输出端。

7、可选的，第一极性端为负极；至少部分半桥斩波电路由第二桥臂开关管和第二二极管串联构成；第二桥臂开关管的一端与第一输出端相连；第二桥臂开关管的另一端与第二二极管阴极相连，并作为半桥斩波电路的输出端；第二二极管的阳极与中性端相连；或，第一极性端为正极；至少部分半桥斩波电路由第二桥臂开关管和第二二极管串联构成；第二桥臂开关管的一端与第一输出端相连；第二桥臂开关管的另一端与第二二极管阳极相连，并作为半桥斩波电路的输出端；第二二极管的阴极与中性端相连。

8、可选的，每个补偿电容的两端具有并联的第一可控开关；负载电路还包括：第二可控开关；第二可控开关的一端与第一输出端相连；第二可控开关的另一端与滤波电容的一端相连。

9、另一方面，本技术提供一种直流电压源并联均衡电路的控制方法，应用于前述的直流电压源并联均衡电路，方法包括：基于预设电压设定规则，确定直流电压源并联均衡电路的电压设定参数；电压设定参数包括分段直流母线两端的总电压设定值、第一电容两端的第一电压设定值和第二电容两端的第二电压设定值；对分段直流母线的两端电压和第二电容的两端电压进行闭环控制；调节负载电路的工作参数以控制中性端电流，以将第一电容两端电压稳定在第一电压设定值。

10、可选的，直流电压源并联均衡电路的电压设定参数基于下述公式确定：

11、ucref1＞2(uavg-umin）

12、ucref1＞2(umax-uavg）

13、ucref1＞umax-umin

14、ucref2=uavg-0.5ucref1

15、ucref=uavg+0.5ucref1

16、其中，ucref为总电压设定值；ucref1为第一电压设定值；ucref2为第二电压设定值；uavg为多个直流电压源的平均电压值；umax为直流电压源的最大电压值；umin为直流电压源的最小电压值。

17、可选的，负载电路包括交错并联斩波电路、滤波电容和第一逆变器；交错并联斩波电路包括多个半桥斩波电路；电压设定参数还包括滤波电容的第三电压设定值；负载电路的工作参数还包括每个半桥斩波电路的占空比；其中，第三电压设定值被设置为等于多个直流电压源的平均电压值。

18、可选的，每个补偿电容的两端具有并联的第一可控开关；负载电路包括交错并联斩波电路、滤波电容和第二可控开关；交错并联斩波电路包括多个半桥斩波电路；第二可控开关的一端与第一输出端相连；第二可控开关的另一端与滤波电容的一端相连；方法还包括：在任意两个直流电压源之间的输出电压差值小于等于第一预设电压阈值时，控制第二可控开关和多个第一可控开关闭合，并控制多个电力电子半桥电路和多个半桥斩波电路停止运行。

19、再一方面，本技术还提供一种控制装置，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时，实现前述的直流电压源并联均衡电路的控制方法。

20、再一方面，本技术还提供一种供电系统，包括前述的直流电压源并联均衡电路。

21、可选的，供电系统的直流电压源并联均衡电路中的直流电压源为储能电池或光伏组串。

22、本技术提供的多个实施例，通过设置串联的第一电容和第二电容构成分段直流母线，并将直流电压源与补偿电容串联后并联在母线两端，同时设置支路电感和电力电子半桥电路组成的均流电路，使得第一电容能够吸收各均流支路间的不均衡功率，第二电容作为主功率直通通道。同时，负载电路接入第一输出端、第二输出端和中性端，从而能够通过调节自身工作参数来控制中性端电流，将第一电容两端电压稳定在第一电压设定值。由此，使得各均流支路的不均衡功率交换由负载电路补偿，无需设置外部直流电源，从而能够减少能量变换环节，降低电路损耗。