一種大功率分布式儲能變流器的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種大功率分布式儲能變流器，其連接于電網和電池二端，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]本發明涉及電力系統電能質量【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]隨著我國經濟不斷騰飛，配電網絡迅猛發展，可再生能源的開發及其VBR等大功率儲能電池的出現，分布式雙向儲能變流器作為智能電網的重要組成部分，其運行的穩定性直接影響到電網、儲能系統及其用戶的安全穩定，對于VBR專用雙向換流器，依靠傳統雙向換流器，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，并為未來智能電網及其分布式儲能系統的發展奠定基礎。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于針對現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]根據本發明的一優選實施例: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，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]根據本發明的一優選實施例: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]根據本發明的一優選實施例:所述AC/DC變換電路為一個三橋臂三相變換器。
[0009]根據本發明的一優選實施例: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、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]根據本發明的一優選實施例:所述DSP控制器的型號為TMS320C28335。
[0011]根據本發明的一優選實施例:所述通信接口為RS485接口，且該接口采用IEC61850或MODBUS通信協議。
[0012]與現有技術相比，本發明的有益效果在于:
[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.為本發明的大功率分布式儲能變流器的框架圖。
[0016]圖2.為本發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明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
[0020]參閱圖1-圖2所示，本發明提供的一種大功率分布式儲能變流器，其連接于電網和電池二端，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，產生的沖擊電流是正常充電時的數倍，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，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，本發明設計一個充放電緩沖接口電路來實現此功能。
[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，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，有效的保護系統關鍵器件，保證系統平穩運行。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。控制器可通過電壓傳感器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。
[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測和報警功能。
[0028]所述DSP控制器與電網、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通信協議。主要實現儲能變流器主要與外部的微電網監控系統進行信息交換，儲能變流器將自身的運行狀態上送至微電網監控系統后臺并能接收后臺下發的命令及定值。
[0029]本發明的大功率分布式儲能換流器作為電網和儲能系統的電氣接口，在新能源電力系統中起著至關重要的作用，可再生能源發出的電能經變流器變換存儲和并網可以提高電網運行的安全性和穩定性，在很大程度上改善了電網的供電質量。而本發明的大功率分布式儲能換流器在整個電力儲能系統中充當著核心單元的作用，直接關系著整個儲能系統運行的精確性、可靠性及響應速度。其實現的功能主要包括:在電池放電時將其產生的直流電壓轉換成交流電壓，饋入電網；而在電池充電時，將電網電壓轉換成直流電壓，供給電池；同時還能在電網斷電時，對關鍵負荷進行供電，既孤網運行，具有削峰填谷功能。主要還能實現以下功能:1、儲能變流器可根據微網監控系統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行微網監控系統發送的有功功率控制信號，根據并網側電壓、頻率、微網監控系統控制指令等信號自動調節有功輸出，確保其最大輸出功率及功率變化率不超過給定值，在電網故障和特殊運行方式下保證電力系統穩定性；2、儲能變流器可根據交流側電壓水平、微網監控系統控制指令等信號實時跟蹤調節無功輸出，其調節方式、參考電壓、電壓調整率、功率因數等參數可由外部的微網監控系統設定；3、微電網孤網運行時，儲能變流器工作在V/F控制策略下，可以保證微網電壓、頻率恒定，作為主電源支撐整個微網系統的穩定運行；4、儲能變流器能夠實現恒流充電、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]上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發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，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、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 優先權日:2013年8月23日
【發明者】司傳濤, 楊藝云, 周柯, 張閣, 肖園園, 肖靜 申請人:廣西電網公司電力科學研究院