CN104426410A - 一种新型的双模双向变流装置 - Google Patents

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潘耀杰
李海山
刘晓健
池艾文
蔡迪狄
苏晓宇
曲胜
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Abstract

一种新型的双模双向变流装置，通过一双模双向变流控制系统进行控制，包括：电池单元；电池侧不可控开关，与电池单元相连接；预充电单元，与所述的电池侧不可控开关相连接；直流滤波单元，与所述预充电单元及所述电池单元相连接，用于进行滤波；变流单元，与所述直流滤波单元相连接，用于实现交、直流双向变换；交流滤波单元，与所述变流单元相连接，用于进行滤波变流侧开关，与所述的交流滤波单元相连接，用于断开或接通交流侧的输入输出；网侧开关，与所述的交流侧开关相连接，用于断开或接通公共电网侧。本发明可应用在微网及分布式发电领域中，实现并网和离网的双模式运行，同时实现能量的双向流动及并网储能和并网发电两种功能。

Description

一种新型的双模双向变流装置
技术领域
本发明涉及双模双向变流技术领域，特别涉及一种新型的双模双向变流装置
背景技术
双模双向变流技术是微网变流技术发展过程中的一个重要基础，是微网变流技术发展过程中的一个重要阶段。
目前的双向变流装置是以实现能量的双向流动为目的的，能够实现两种功能：1、并网时把电网的交流电转换为直流电储存到电池中；2、并网时把电池中的直流电转换为交流电回馈到电网中。
但是，这种装置难于适应微网或分布式发电中对离网状态下：1、供电的需求；2、离网状态下供电的可靠性；3、并网和离网模式的快速切换；4、不同模式下的调度功能。
因此，如何设计一种新型的双模双向变流装置，即为本领域技术人员的研究方向所在。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种新型的双模双向变流装置，以解决储能系统在电网、微网或分布式发电系统应用领域中，电网失电后无法工作的问题，以及难于构建有效的微网、分布式发电系统的问题，同时解决微电网、分布式发电系统中双模式和双向工作状态的快速无缝相互切换问题。
为了达到上述目的，本发明提供一种新型的双模双向变流装置，其通过一双模双向变流控制系统进行控制，包括：
电池单元；
电池侧不可控开关，与电池单元相连接；
预充电单元，与所述的电池侧不可控开关相连接；
直流滤波单元，与所述预充电单元及所述电池单元相连接，用于进行滤波；
变流单元，与所述直流滤波单元相连接，用于实现交、直流双向变换；
交流滤波单元，与所述变流单元相连接，用于进行滤波
变流侧开关，与所述的交流滤波单元相连接，用于断开或接通交流侧的输入输出；
网侧开关，与所述的交流侧开关相连接，用于断开或接通公共电网侧。
其中，所述的预充电单元包括一可控开关及一预充电电阻，所述的可控开关与所述的预充电电阻串联后与一旁路可控开关并联。
其中，所述的直流滤波单元包括直流EMI滤波单元及直流侧支撑电容。
其中，所述的交流滤波单元包括交流滤波器及交流EMI滤波单元。
其中，所述的网侧开关包括网侧可控开关及网侧不可控开关。
其中，所述的双模双向变流控制系统包括DSP主控制系统及与所述的DSP主控制系统相连的信号监测系统、信号控制系统、调度指令系统。
其中，所述的信号监测系统包括传感器及信号变送器，所述的传感器用于侦测电压、电流、温度和故障信号，并将信号传输给所述信号变送器进行处理，通过总线传输给所述的DSP主控制系统。
其中，所述的信号控制系统是以DSP为核心的硬件控制系统,通过CAN总线与所述DSP主控制系统相连。
其中，所述的调度指令系统是以MCU为核心的硬件控制系统,通过CAN总线与DSP主控制系统相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的装置可以应用在微网及分布式发电领域中，实现并网和离网的双模式运行，同时实现能量的双向流动及并网储能和并网发电两种功能。
附图说明
图1为双模双向变流装置电气原理框图。
图2为双模双向变流装置控制系统框图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
如图1及图2所述，分别为本发明双模双向变流装置电气原理框图及双模双向变流装置控制系统框图。图1中的A、B、C为公用电网、微网或分布式发电的供电电网端口，a、b、c是双模双向变流装置在离网模式时的输出供电端口。
本发明的新型的双模双向变流装置是由一双模双向变流控制系统进行控制，所述的双模双向变流装置包括电池单元Bat，其为双模双向变流装置的直流输入电池单元，与所述的电池单元Bat相连接的电池侧不可控开关S0，该装置还包括预充电单元，与所述的电池侧不可控开关S0相连接，所述的预充电单元包括：可控开关S2及预充电电阻R1，可控开关S2、预充电电阻R1实现直流侧缓启功能；
还包括旁路可控开关S1，所述的可控开关S2与所述的预充电电阻串联R1后与所述的旁路可控开关S1并联，当预充电完成后，由旁路可控开关S1连接直流主回路；
还包括直流滤波单元，所述的直流滤波单元与所述预充电单元及所述电池单元Bat相连接，用于进行滤波，所述的直流滤波单元包括直流EMI滤波单元F1及直流侧支撑电容C1，所述的直流EMI滤波单元F1主要用于降低高压直流输电线路上的电流或电压波动的滤波器；所述的直流侧支撑电容C1主要对整流器的输出电压进行平滑滤波，吸收来自于逆变器向“DC-Link”索取的高幅值脉动电流阻止其在“DC-Link”的阻抗上产生高幅值脉动电压，使直流母线上的电压波动保持在允许范围，防止来自于“DC-Link”的电压过冲和瞬时过电压对IGBT的影响；
还包括变流单元Inv1，其与所述直流滤波单元相连接，用于实现交、直流双向变换；
交流滤波单元，与所述变流单元相连接，用于进行滤波，所述的交流滤波单元包括交流滤波器F2及交流EMI滤波单元F3，分别用于降低交流母线上的谐波电压和降低注入相连交流系统的谐波电流；
变流侧开关S3，与所述的交流滤波单元相连，用于断开或接通交流侧的输入输出；
网侧开关，与所述的交流侧开关S3相连接，用于断开或接通公共电网侧，所述的网侧开关包括网侧可控开关和网侧不可控开关，所述的网侧可控开关为自动开关，所述的网侧不可控开关为手动开关。
其中：双模双向变流装置控制系统是整个装置的核心控制单元，其包括DSP主控制系统及与所述的DSP主控制系统相连的信号监测系统、信号控制系统、调度指令系统，
DSP主控制系统是整个硬件系统的主要组成部分,是以DSP为核心的控制系统,该控制系统通过总线连接与信号检测系统、信号控制系统、调度指令系统相连接，能够处理各个部分的信息；
信号监测系统主要监测系统的电压、电流、温度和故障信号，硬件主要由传感器、信号变送器组成,这些硬件通过总线的形式与DSP主控制系统相连接；电压信号主要是BAT、C1的端电压，a、b、c之间的线电压，A、B、C之间的线电压；电流信号主要是流过BAT、a、b、c、A、B、C的电流；温度信号主要是Inv1、F1、F2、F3、R1的温度；故障信号主要包括Inv1、S0、S1、S2、S3、S4、S5的故障信息。
信号控制系统主要是以DSP为核心的硬件控制系统,该控制系统通过CAN总线与DSP主控制系统相连；
调度指令系统主要是以MCU为核心的硬件控制系统,该硬件控制系统通过CAN总线与DSP控制系统相连,用以接收电网调度系统指令和向电网发送信息。
本发明的新型的双模双向变流装置可以在电网、微网及分布式发电系统中实现并网、离网双模式运行和并网储能、并网发电的方法，其具体包括：
（1）、该装置适时检测电网、微网或分布式发电系统中电网是否失电，若失电，则双模双向变流装置立即断开网侧可控开关S4，并转换到离网模式，即电压源工作模式并向负载提供稳定的交流电压，同时向调度系统发出“准备离网完成”和“离网供电成功”运行信息；
（2）、该装置适时检测电网、微网或分布式发电系统中电网是否恢复供电，若恢复供电，则立即闭合网侧可控开关S4，并切换到并网模式，即电流源工作模式，并向调度系统发出“准备并网完成”，准备接收调度系统的指令，执行“并网储能”或“并网发电”；
（3）、若调度指令系统发出离网指令，该装置立即断开网侧可控开关S4，切断与电网连接，进入到离网工作模式；若调度系统发出并网储能指令，该装置判断电网电压是否正常，若正常则立即闭合网侧可控开关S4，切换到并网储能状态；若调度系统发出并网发电指令，该装置判断电网电压是否正常，若正常则立即闭合网侧可控开关S4，切换到并网发电状态；
（4）、该装置可以接收电网调度指令，实现并网和离网两种工作模式、并网储能和并网发电能量双向流动工作状态。
（5）、该装置可以根据电网的状态，通过预先设置的工作状态和网侧可控开关S4的快速闭合，能够实现并网和离网两种工作模式、并网储能和并网发电能量双向流动工作状态，且离网模式和并网模式、储能和发电状态均可以快速无缝相互切换。
综上所述，本发明的装置可以应用在微网及分布式发电领域中，实现并网和离网的双模式运行，同时实现能量的双向流动及并网储能和并网发电两种功能。通过接收电网、微网或分布式发电系统的调度，分别实现双模式运行和双向运行。该装置接收的调度指令分别为“准备并网”、“准备离网”、“并网储能”、“并网发电”、“离网供电”，发送给调度指令系统的指令分别为“准备并网完成”、“准备离网完成”、“并网储能成功”、“并网发电成功”、“离网供电成功”，解决了储能系统在电网、微网或分布式发电系统应用领域中，电网失电后无法工作的问题，以及难于构建有效的微网、分布式发电系统的问题，同时解决了微电网、分布式发电系统中双模式和双向工作状态的快速无缝相互切换问题。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以上所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种新型的双模双向变流装置，其特征在于，其通过一双模双向变流控制系统进行控制，包括：
电池单元；
电池侧不可控开关，与电池单元相连接；
预充电单元，与所述的电池侧不可控开关相连接；
直流滤波单元，与所述预充电单元及所述电池单元相连接，用于进行滤波；
变流单元，与所述直流滤波单元相连接，用于实现交、直流双向变换；
交流滤波单元，与所述变流单元相连接，用于进行滤波；
变流侧开关，与所述的交流滤波单元相连接，用于断开或接通交流侧的输入输出；
网侧开关，与所述的交流侧开关相连接，用于断开或接通公共电网侧。
2.根据权利要求1所述的新型的双模双向变流装置，其特征在于，所述的预充电单元包括一可控开关及一预充电电阻，所述的可控开关与所述的预充电电阻串联后与一旁路可控开关并联。
3.根据权利要求1所述的新型的双模双向变流装置，其特征在于，所述的直流滤波单元包括直流EMI滤波单元及直流侧支撑电容。
4.根据权利要求1所述的新型的双模双向变流装置，其特征在于，所述的交流滤波单元包括交流滤波器及交流EMI滤波单元。
5.根据权利要求1所述的新型的双模双向变流装置，其特征在于，所述的网侧开关包括网侧可控开关及网侧不可控开关。
6.根据权利要求1所述的新型的双模双向变流装置，其特征在于，所述的双模双向变流控制系统包括DSP主控制系统及与所述的DSP主控制系统相连的信号监测系统、信号控制系统、调度指令系统。
7.根据权利要求6所述的新型的双模双向变流装置，其特征在于，所述的信号监测系统包括传感器及信号变送器，所述的传感器用于侦测电压、电流、温度和故障信号，并将信号传输给所述信号变送器进行处理，通过总线传输给所述的DSP主控制系统。
8.根据权利要求6所述的新型的双模双向变流装置，其特征在于，所述的信号控制系统是以DSP为核心的硬件控制系统,通过CAN总线与所述DSP主控制系统相连。
9.根据权利要求6所述的新型的双模双向变流装置，其特征在于，所述的调度指令系统是以MCU为核心的硬件控制系统,通过CAN总线与DSP主控制系统相连。
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