CN102957335A - 用于并网发电系统的双向储能逆变器 - Google Patents

用于并网发电系统的双向储能逆变器 Download PDF

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Abstract

本发明创造涉及并网发电系统，具体涉及其中的双向储能逆变器，其特征是，在双向逆变电路输出端与开关切换电路之间接有变压器，双向逆变电路有并列的至少两个，两个双向逆变电路输入端分别接往储能电池，输出端分别接往变压器原边的不同绕组，变压器副边接往开关切换电路；在公用电网断开且并网逆变器已重新接入之后，若产生的电量多于负载需求，则采样控制电路控制其中一个双向逆变电路工作在逆变状态以保持并网逆变器的并网基础，另一个双向逆变电路工作在整流状态，把多余的电量充入在储能电池中，无需限制并网逆变器的输出功率，避免了多余能量的浪费。

Description

用于并网发电系统的双向储能逆变器
技术领域
本发明创造涉及并网发电系统，具体涉及其中的双向储能逆变器。
背景技术
在分布式发电系统中，现在广泛采用的是并网型逆变器，一般采用电流型控制，即并网逆变器是电流源。并网逆变器的能量可以来自风能、光伏组件或生物电池等，发电时输出与电网同相同频的电流到公用电网；并网逆变器控制的只是输出电流，而公用电网的电压则由电网公司控制。当公用电网的运行参数超出并网逆变器的要求范围或公用电网断电时，并网逆变器将会自动与公用电网断开，停止发电。为此，一般需要安装一台双向储能逆变器：在公用电网正常连接时，并网逆变器正常工作，双向储能逆变器工作于整流状态，为储能电池充电；在公用电网断电时，双向逆变器工作于逆变状态，采用电压型控制，输出正弦波交流电压，并网逆变器以此局部小电网为基础并网，一起为负载供电。此时若产生的能量多于负载需求，由于现有双向逆变器在同一时刻只能工作于一种状态，在逆变的同时不能整流，多余的能量就无法用于给储能电池充电，只得采用别的办法限制并网逆变器的输出功率，将多余的能量浪费掉。
发明内容
本发明创造给出用于并网发电系统的双向储能逆变器，以解决在公用电网断开且并网逆变器已重新接入之后，产生的电量多于负载需求所引发的问题。
为此给出用于并网发电系统的双向储能逆变器，包括双向逆变电路和采样控制电路：
双向逆变电路输入端接往储能电池，输出端经开关切换电路接往公用电网、并网逆变器和负载，具体地，在双向逆变电路输出端与开关切换电路之间接有变压器，双向逆变电路有并列的至少两个，两个双向逆变电路输入端分别接往储能电池，输出端分别接往变压器原边的不同绕组，变压器副边接往开关切换电路；
公用电网正常连接则采样控制电路控制双向逆变电路工作在整流状态，给储能电池充电，公用电网断开则采样控制电路控制双向逆变电路工作在逆变状态从而为并网逆变器提供并网基础，在公用电网断开且并网逆变器已重新接入之后，若产生的电量多于负载需求，则采样控制电路控制其中一个双向逆变电路工作在逆变状态以保持并网逆变器的并网基础，另一个双向逆变电路工作在整流状态，把多余的电量存储在储能电池中。
由于双向逆变电路有并列的两个，采样控制电路就能够控制其中一个双向逆变电路工作在逆变状态以保持并网逆变器的并网基础，另一个双向逆变电路工作在整流状态，把多余的电量充入在储能电池中，无需限制并网逆变器的输出功率，避免了多余能量的浪费。
至于在公用电网断开但并网逆变器尚未重新接入时，采样控制电路可以控制两个双向逆变电路均工作在逆变状态，以尽快为并网逆变器提供并网基础，让并网逆变器能够尽快重新接入。
至于在公用电网正常连接时，采样控制电路可以控制两个双向逆变电路均工作在整流状态，以提高充电效率。
附图说明
图1是并网发电系统的结构框图。
图2是双向储能逆变器的电路图。
图3是另一种双向储能逆变器的电路图。
具体实施方式
如图1所示，双向逆变电路1和双向逆变电路2并列，它们的输入端分别接往储能电池，它们的输出端分别连接变压器原边绕组N2和N3；变压器副边绕组N1是双向储能逆变器的输出。变压器用于能量的互相传递和输入-输出的隔离，是将两个双向逆变电路1、2组合在一起的核心元件。采样和控制电路分别采样输入电压、电流，输出电压、电流等参数，输出PWM信号，控制电路的运行。变压器副边接往开关切换电路，开关切换电路内部有检测电路，根据公用电网和负载的状态改变系统的连接状态。并网逆变器的能量可以来自风能、光伏组件或生物电池等。
当公用电网正常连接时，开关切换电路将双向储能逆变器、负载与公用电网连接在一起。当并网逆变器能输出足够的能量时，开关切换电路让并网逆变器连接公用电网，此时采样控制电路控制两个双向逆变电路1、2均工作在整流状态，给储能电池充电，此时能量从公用电网侧经双向储能逆变器流向储能电池。
当共用电网的运行参数超过系统要求或公用电网断电时，开关切换电路将断开公用电网，此时并网逆变器自身就会因侦测到无电网而断开与系统的连接，进入所谓的孤岛状态，停止发电，于是采样控制电路控制两个双向逆变电路1、2均工作在逆变状态，输出交流电组成局部小电网为负载供电，能量就从储能电池经双向储能逆变器流向负载，并网逆变器检测到此局部小电网，便会在较短的时间内启动并连接到此局部小电网，与双向储能逆变器一起为负载供电。若并网逆变器产生的能量多于负载需求，采样控制电路就控制双向逆变电路1维持工作在逆变状态以维持局部小电网，并控制双向逆变电路2由逆变状态转变为整流状态为储能电池充电，将多余的能量储存起来，此时能量主要是从并网逆变器经双向储能逆变器转换后流向电池，将并网逆变器产生的多于负载需求的能量储存在电池。在这种状况下，工作于逆变状态的双向逆变电路1主要起维持局部小电网的作用，负载消耗的能量主要由并网逆变器提供。
每个双向逆变电路均有两种工作状态，即逆变状态和整流状态。两个双向逆变电路组合在一起可以形成三种有效的工作模式，即：逆变+整流，逆变+逆变，整流+整流。三种工作模式由双向储能逆变器的采样与控制电路根据系统状况来切换，通过控制双向逆变电路1和双向逆变电路2分别工作于逆变状态或整流状态来实现。
一种实施案例如图2所示，双向储能逆变器包括输入电容Cap、两个电路结构相同的双向逆变电路、工频变压器和采样控制电路。双向逆变电路1包括由输入电感M1_L1、开关管M1_Q1、开关管M1_Q2和电容M1_bus组成的DC/DC变换器、由M1_Q3、M1_Q4、M1_Q5、M1_Q6组成的全桥变换器及由电感M1_L2、电容M1_C1组成的滤波器；双向逆变电路2也包括由输入电感M2_L1、开关管M2_Q1、开关管M2_Q2和电容M1_bus组成的DC/DC变换器、由M2_Q3、M2_Q4、M2_Q5、M2_Q6组成的全桥变换器及由电感M2_L2、电容M2_C1组成的滤波器。双向逆变电路1和双向逆变电路2的输出端分别连接到变压器的N2和N3绕组，变压器N1绕组为双向储能逆变器的输出端。
如图2所示,现以双向逆变电路1为例介绍运行方式。当双向逆变电路1工作于逆变状态时，由输入电感L1、开关管M1_Q1、开关管M1_Q2和电容M1_bus组成的DC/DC变换器工作于升压模式，开关管M1_Q2由PWM调制，开关管M1_Q1处于关闭状态，但体二极管处于工作状态。通过该升压电路将电池较低的电压升高，同时采样电容M1_bus的电压来调节PWM，使电容M1_bus的电压处于一个稳定值。由M1_Q3、M1_Q4、M1_Q5、M1_Q6组成的全桥变换器分别由4路PWM调制，经LC滤波、变压器隔离升压后输出正弦波交流电。能量由电池流出，经双向逆变电路后逆变成交流电，再经工频变压器隔离后为负载供电。
当工作于滤波状态时，M1_Q3、M1_Q4、M1_Q5、M1_Q6均处于关闭状态，交流电经这4个开关管的体二极管形成的全桥整流后再经电容M1_bus滤波形成直流电，由开关管M1_Q1、开关管M1_Q2、输入电感L1组成的DC \DC变换器工作于降压模式，开关管M1_Q1由PWM调制，处于开关状态，开关管M1_Q2处于关闭状态，但体二极管处于工作状态。通过该降压电路将电容M1_bus的电压降低，通过采样输入电感L1的电流及电池电压来调节PWM控制电池充电过程。能量从电网侧经变压器后再经双向逆变电路转换后为电池充电。
双向逆变电路2的两种工作模式控制方式与双向变换电路1相同。
另一种实施案例如图3所示，双向储能逆变器包括输入电容Cap、两个电路结构相同的双向逆变电路、工频变压器及采样控制电路；双向逆变电路1包括由M1_Q3、M1_Q4、M1_Q5、M1_Q6组成的全桥变换器及由电感M1_L2、电容M1_C1组成的滤波器；同样，双向逆变电路2也包括由M2_Q3、M2_Q4、M2_Q5、M2_Q6组成的全桥变换器及由电感M2_L2、电容M2_C1组成的滤波器。
如图3所示，现以双向变换电路1为例介绍运行方式。当工作于逆变状态时，由M1_Q3、M1_Q4、M1_Q5、M1_Q6组成的全桥变换器分别由4路PWM调制，经LC滤波、变压器隔离升压后输出正弦波交流电为负载供电。
当工作于滤波状态时，全桥变换器的两个上管M1_Q3、M1_Q5处于关闭状态，但体二极管处于工作状态，全桥变换器的两个下管M1_Q4、M1_Q6分别由两路PWM调制，控制电池充电过程。
双向变换电路2的两种工作模式控制方式与双向变换电路1相同。

Claims (3)

1.用于并网发电系统的双向储能逆变器，包括双向逆变电路和采样控制电路：
双向逆变电路输入端接往储能电池，输出端经开关切换电路接往公用电网、并网逆变器和负载；
公用电网正常连接则采样控制电路控制双向逆变电路工作在整流状态，公用电网断开则采样控制电路控制双向逆变电路工作在逆变状态；
其特征是：
在双向逆变电路输出端与开关切换电路之间接有变压器，双向逆变电路有并列的至少两个，两个双向逆变电路输入端分别接往储能电池，输出端分别接往变压器原边的不同绕组，变压器副边接往开关切换电路；
在公用电网断开且并网逆变器已重新接入之后，若产生的电量多于负载需求，则采样控制电路控制其中一个双向逆变电路工作在逆变状态，另一个双向逆变电路工作在整流状态。
2.根据权利要求1所述的双向储能逆变器，其特征是，在公用电网断开但并网逆变器未重新接入时，采样控制电路控制两个双向逆变电路均工作在逆变状态。
3.根据权利要求1所述的双向储能逆变器，其特征是，公用电网正常连接则采样控制电路控制两个双向逆变电路均工作在整流状态。
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