一種大功率分布式儲能變流器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大功率分布式儲能變流器，其連接于電網(wǎng)和電池二端，包括主電路以及控制該變流器工作的控制器，所述主電路包括依次連接的DC/DC變換電路、母線電容、AC/DC變換電路、濾波電路和隔離變壓器，所述DC/DC變換電路與電池連接，所述隔離變壓器與電網(wǎng)連接，其還包括設于DC/DC變換電路與電池之間且用于限制電池充電電流的充放電緩沖接口電路，且所述DC/DC變換電路為一具有升壓和降壓功能的變換電路。本發(fā)明解決了VBR初始零電壓充電的問題，使其滿足充電特性曲線的要求。
【專利說明】一種大功率分布式儲能變流器【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)電能質量【技術領域】，更具體的說，特別涉及一種大功率分布式儲能變流器。
【背景技術】
[0002]隨著我國經(jīng)濟不斷騰飛，配電網(wǎng)絡迅猛發(fā)展，可再生能源的開發(fā)及其VBR等大功率儲能電池的出現(xiàn)，分布式雙向儲能變流器作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，其運行的穩(wěn)定性直接影響到電網(wǎng)、儲能系統(tǒng)及其用戶的安全穩(wěn)定，對于VBR專用雙向換流器，依靠傳統(tǒng)雙向換流器，往往難以達到VBR充電特性曲線及其零電壓充電的要求。因此，開發(fā)一種大功率分布式儲能雙向換流器，具有極其廣闊的市場，并為未來智能電網(wǎng)及其分布式儲能系統(tǒng)的發(fā)展奠定基礎。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術中存在不能滿足VBR電池零電壓充電要求的技術問題，提供一種大功率分布式儲能變流器。
[0004]為了解決以上提出的問題，本發(fā)明采用的技術方案為:
[0005]一種大功率分布式儲能變流器，其連接于電網(wǎng)和電池二端，包括主電路以及控制該變流器工作的控制器，所述主電路包括依次連接的DC/DC變換電路、母線電容、AC/DC變換電路、濾波電路和隔離變壓器，所述DC/DC變換電路與電池連接，所述隔離變壓器與電網(wǎng)連接，其還包括設于DC/DC變換電路與電池之間且用于限制電池充電電流的充放電緩沖接口電路，且所述DC/DC變換電路為一具有升壓和降壓功能的變換電路。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例:所述充放電緩沖接口電路包括直流斷路器、電壓傳感器、電流傳感器、直流輔助接觸器、支路主接觸器以及緩沖電路，所述直流斷路器安裝于位于電池一側的母線上，所述直流輔助接觸器和支路主接觸器相互并聯(lián)的安裝于位于DC/DC變換電路一側的母線上，所述緩沖電路與直流輔助接觸器串聯(lián)，所述電壓傳感器安裝于位于直流斷路器和支路主接觸器之間的母線上，所述電流傳感器安裝于位于支路主接觸器和DC/DC變換電路之間的母線上。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例:所述DC/DC變換電路包括第一電容、第二電容、電感、第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管，所述第一電容位于充放電緩沖接口電路一側，且所述第一電容一端與電感一端連接，另一端與第一絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接，所述電感另一端分別與第一絕緣柵雙極型晶體管的漏極、第二絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接，所述第二電容連接于第一絕緣柵雙極型晶體管的柵極以及第二絕緣柵雙極型晶體管的漏極之間。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例:所述AC/DC變換電路為一個三橋臂三相變換器。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例:所述控制器包括相互連接的DSP控制器和RAM控制器，所述DSP控制器與主電路之間還設有驅動電路以及保護電路，所述DSP控制器與電網(wǎng)、電池之間均設有傳感器，所述RAM控制器還與顯示器、鍵盤、風扇、蜂鳴器以及通信接口連接。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例:所述DSP控制器的型號為TMS320C28335。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實施例:所述通信接口為RS485接口，且該接口采用IEC61850或MODBUS通信協(xié)議。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于:
[0013]1、采用了具有升壓和降壓功能的DC/DC變換電路實現(xiàn)了變流器能量的雙向流動；
[0014]2、在DC/DC變換電路與電池之間設置用于限制電池充電電流的充放電緩沖接口電路，解決了 VBR初始零電壓充電的問題，使其滿足充電特性曲線的要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1.為本發(fā)明的大功率分布式儲能變流器的框架圖。
[0016]圖2.為本發(fā)明的大功率分布式儲能變流器中主電路圖框架圖。
[0017]圖3.為本發(fā)明的大功率分布式儲能變流器中DC/DC變換電路的電路圖。
[0018]圖4.為本發(fā)明的大功率分布式儲能變流器中充放電緩沖接口電路的電路圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
[0020]參閱圖1-圖2所示，本發(fā)明提供的一種大功率分布式儲能變流器，其連接于電網(wǎng)和電池二端，包括主電路以及控制該變流器工作的控制器，所述主電路包括依次連接的DC/DC變換電路、母線電容C、AC/DC變換電路、濾波電路和隔離變壓器，所述DC/DC變換電路與電池連接，所述隔離變壓器與電網(wǎng)連接，其還包括設于DC/DC變換電路與電池之間且用于限制電池充電電流的充放電緩沖接口電路，且所述DC/DC變換電路為一具有升壓和降壓功能的變換電路。
[0021]由于采用釩液流電池(即VBR)在首次充電時，電池內部初始電壓為0V。而由于釩液流電池工作原理和初始電壓與常規(guī)蓄電池的不同，給充電帶來一定的難度，特別是首次充電。在首次充電時，與電池接通的瞬間類似于短路工況，產(chǎn)生的沖擊電流是正常充電時的數(shù)倍，對于釩液流本身以及儲能變流器來說都是一個非常大的沖擊，因此給首次充電帶來不小的難度。如以20kW單元的釩液流電池來說，在正常充電時，充電電壓應為56V，充電電流不能大于140A。而在首次充電時，充電電壓應保證大于39V，提供的充電電流應在80A以上，否則，其內部會發(fā)生保護，導致充電失敗。這樣對于通用的儲能變流器，不管是在正常充電，還是在首次充電時，都應該能滿足釩液流電池的要求。但由于首次充電時的特殊工作狀態(tài)，想要保證在類似短路工況下，還能夠提供足夠的充電電壓與充電電流，而不觸發(fā)釩液流電池內部的保護，這給儲能變流器的設計帶來一定的難度。因此，本發(fā)明設計一個充放電緩沖接口電路來實現(xiàn)此功能。
[0022]參閱圖4所示，所述充放電緩沖接口電路包括直流斷路器QF1、電壓傳感器TV1、電流傳感器TA1、直流輔助接觸器KM1、支路主接觸器KM2以及緩沖電路R1，所述直流斷路器QFl安裝于位于電池一側的母線上，所述直流輔助接觸器KMl和支路主接觸器KM2相互并聯(lián)的安裝于位于DC/DC變換電路一側的母線上，所述緩沖電路Rl與直流輔助接觸器KMl串聯(lián)，所述電壓傳感器TVl安裝于位于直流斷路器QFl和支路主接觸器KM2之間的母線上，所述電流傳感器TAl安裝于位于支路主接觸器KM2和DC/DC變換電路之間的母線上。該充放電緩沖接口電路的工作原理為:
[0023]可根據(jù)需要，合理選擇緩沖電路Rl的電阻值與功率等級，可以將首次充電時的沖擊電流限制在安全范圍內，保證儲能變流器輸出電壓不被電池拉低至電池啟動保護電壓下限；另外，按一定時序控制直流輔助接觸器KMl與支路主接觸器KM2的閉合與關斷，就能夠解決釩液流首次充電時沖擊電流大、不能成功充電的難題。此外，此充放電緩沖接口電路在釩液流電池放電時，若按照一定時序工作，還能減小儲能變流器開機瞬間的沖擊電流，有效的保護系統(tǒng)關鍵器件，保證系統(tǒng)平穩(wěn)運行。具體為:
[0024]在首次充電時，在連接好釩液流電池與儲能變流器的前提下，手動合上直流斷路器QF1。在儲能變流器進入充電模式后，先控制直流輔助接觸器KMl閉合，由于有緩沖電阻Rl的限流作用，充電電流會被限制在安全范圍之內，釩液流電池的電壓會慢慢上升?？刂破骺赏ㄟ^電壓傳感器TVl與電流傳感器TAl實時檢測充電的電壓與充電的電流，當檢測到充電電壓達到正常充電電壓時(此時認為首次充電啟動過程已結束)，再控制直流主接觸器KM2閉合，將緩沖電阻Rl支路短路，延時一段時間后，可控制直流輔助接觸器KMl斷開，將緩沖電阻Rl支路被切除出去。至此，充電啟動過程完成，進入正常充電狀態(tài)。
[0025]參閱圖3所示，所述DC/DC變換電路包括第一電容Cl、第二電容C2、電感L1、第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT1、第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2，所述第一電容Cl位于充放電緩沖接口電路一側，且所述第一電容Cl 一端與電感LI 一端連接，另一端與第一絕緣柵雙極型晶體管IGBTl的柵極連接，所述電感LI另一端分別與第一絕緣柵雙極型晶體管IGBTl的漏極、第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2的柵極連接，所述第二電容C2連接于第一絕緣柵雙極型晶體管IGBTl的柵極以及第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2的漏極之間；該0(:/0(:變換電路的工作原理為:
[0026]當電池放電時，DC/DC變換電路需要完成升壓功能，能量由電池側流向高壓側。此時，由第一電容Cl、電感L1、第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT1、第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2內部集成一個反并聯(lián)二極管和C2構成升壓電路。同時在保證第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2可靠關斷的前提下，按照一定的控制策略(其可以根據(jù)需要在控制器中設定控制程序)，控制第一絕緣柵雙極型晶體管IGBTl以一定的開關頻率與占空比開通與關斷，此電路即可完成升壓功能；而當蓄電池充電時，DC/DC變換電路需要完成降壓功能，能量由高壓側流向蓄電池側。此時，由第一電容Cl、電感L1、第一絕緣柵雙極型晶體管IGBTl內部集成一個反并聯(lián)二極管、第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2和第二電容C2構成降壓電路，同樣在保證第一絕緣柵雙極型晶體管IGBTl可靠關斷的前提下，按照一定的控制策略(其也可以根據(jù)需要在控制器中設定控制程序)，控制第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2以一定的開關頻率與占空比開通與關斷，此電路即可完成降壓功能。
[0027]進一步，AC/DC變換電路為一個三橋臂三相變換器。所述控制器包括相互連接的DSP控制器和RAM控制器，本發(fā)明所選用的DSP控制器的型號為TMS320C28335。所述DSP控制器與主電路之間還設有驅動電路以及保護電路，該驅動電路是一般的IGBT驅動電路，而保護電路可以根據(jù)需要設計直流過電壓保護、過流保護、輸入反接保護、短路保護、接地保護(具有故障檢測功能)、欠壓/過壓保護、過載保護、過熱保護、過/欠頻保護、三相不平衡保護及報警、相位保護以及對地電阻監(jiān)測和報警功能。
[0028]所述DSP控制器與電網(wǎng)、電池之間均設有傳感器，所述RAM控制器還與顯示器、鍵盤、風扇、蜂鳴器以及通信接口連接，且該通信接口為RS485接口，RS485接口采用ffiC61850或MODBUS通信協(xié)議。主要實現(xiàn)儲能變流器主要與外部的微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)進行信息交換，儲能變流器將自身的運行狀態(tài)上送至微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)后臺并能接收后臺下發(fā)的命令及定值。
[0029]本發(fā)明的大功率分布式儲能換流器作為電網(wǎng)和儲能系統(tǒng)的電氣接口，在新能源電力系統(tǒng)中起著至關重要的作用，可再生能源發(fā)出的電能經(jīng)變流器變換存儲和并網(wǎng)可以提高電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性，在很大程度上改善了電網(wǎng)的供電質量。而本發(fā)明的大功率分布式儲能換流器在整個電力儲能系統(tǒng)中充當著核心單元的作用，直接關系著整個儲能系統(tǒng)運行的精確性、可靠性及響應速度。其實現(xiàn)的功能主要包括:在電池放電時將其產(chǎn)生的直流電壓轉換成交流電壓，饋入電網(wǎng)；而在電池充電時，將電網(wǎng)電壓轉換成直流電壓，供給電池；同時還能在電網(wǎng)斷電時，對關鍵負荷進行供電，既孤網(wǎng)運行，具有削峰填谷功能。主要還能實現(xiàn)以下功能:1、儲能變流器可根據(jù)微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)指令控制其有功功率輸出。通過在DSP芯片中設置程序，使儲能變流器能接收并實時跟蹤執(zhí)行微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的有功功率控制信號，根據(jù)并網(wǎng)側電壓、頻率、微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)控制指令等信號自動調節(jié)有功輸出，確保其最大輸出功率及功率變化率不超過給定值，在電網(wǎng)故障和特殊運行方式下保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定性；2、儲能變流器可根據(jù)交流側電壓水平、微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)控制指令等信號實時跟蹤調節(jié)無功輸出，其調節(jié)方式、參考電壓、電壓調整率、功率因數(shù)等參數(shù)可由外部的微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設定；3、微電網(wǎng)孤網(wǎng)運行時，儲能變流器工作在V/F控制策略下，可以保證微網(wǎng)電壓、頻率恒定，作為主電源支撐整個微網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；4、儲能變流器能夠實現(xiàn)恒流充電、恒壓充電、恒功率充電和自定義曲線充電；恒流放電、限壓放電和恒功率放電等功能。
[0030]上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種大功率分布式儲能變流器，其連接于電網(wǎng)和電池二端，包括主電路以及控制該變流器工作的控制器，所述主電路包括依次連接的DC/DC變換電路、母線電容、AC/DC變換電路、濾波電路和隔離變壓器，所述DC/DC變換電路與電池連接，所述隔離變壓器與電網(wǎng)連接，其特征在于:還包括設于DC/DC變換電路與電池之間且用于限制電池充電電流的充放電緩沖接口電路，且所述DC/DC變換電路為一具有升壓和降壓功能的變換電路。
2.根據(jù)權利要求1所述的大功率分布式儲能變流器，其特征在于:所述充放電緩沖接口電路包括直流斷路器(QFl)、電壓傳感器(TVl)、電流傳感器(TAl)、直流輔助接觸器(KMl)、支路主接觸器(KM2)以及緩沖電路(Rl)，所述直流斷路器(QFl)安裝于位于電池一側的母線上，所述直流輔助接觸器(KMl)和支路主接觸器(KM2)相互并聯(lián)的安裝于位于DC/DC變換電路一側的母線上，所述緩沖電路(Rl)與直流輔助接觸器(KMl)串聯(lián)，所述電壓傳感器(TVl)安裝于位于直流斷路器(QFl)和支路主接觸器(KM2)之間的母線上，所述電流傳感器(TAl)安裝于位于支路主接觸器(KM2)和DC/DC變換電路之間的母線上。
3.根據(jù)權利要求1所述的大功率分布式儲能變流器，其特征在于:所述DC/DC變換電路包括第一電容(Cl)、第二電容(C2)、電感(LI)、第一絕緣柵雙極型晶體管(IGBTl)、第二絕緣柵雙極型晶體管(IGBT2)，所述第一電容(Cl)位于充放電緩沖接口電路一側，且所述第一電容(Cl) 一端與電感(LI) 一端連接,另一端與第一絕緣柵雙極型晶體管(IGBTl)的柵極連接，所述電感(LI)另一端分別與第一絕緣柵雙極型晶體管(IGBTl)的漏極、第二絕緣柵雙極型晶體管(IGBT2)的柵極連接，所述第二電容(C2)連接于第一絕緣柵雙極型晶體管(IGBTl)的柵極以及第二絕緣柵雙極型晶體管(IGBT2)的漏極之間。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的大功率分布式儲能變流器，其特征在于:所述AC/DC變換電路為一個三橋臂三相變換器。
5.根據(jù)權利要求2或3所述的大功率分布式儲能變流器，其特征在于:所述控制器包括相互連接的DSP控制器和RAM控制器，所述DSP控制器與主電路之間還設有驅動電路以及保護電路，所述DSP控制器與電網(wǎng)、電池之間均設有傳感器，所述RAM控制器還與顯示器、鍵盤、風扇、蜂鳴器以及通信接口連接。
6.根據(jù)權利要求5所述的大功率分布式儲能變流器，其特征在于:所述DSP控制器的型號為 TMS320C28335。
7.根據(jù)權利要求5所述的大功率分布式儲能變流器，其特征在于:所述通信接口為RS485接口，且該接口采用IEC61850或MODBUS通信協(xié)議。
【文檔編號】H02J3/32GK103441694SQ201310369531
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權日:2013年8月23日
【發(fā)明者】司傳濤, 楊藝云, 周柯, 張閣, 肖園園, 肖靜 申請人:廣西電網(wǎng)公司電力科學研究院