CN108767841B - 一种储能单元分离式变流器及控制方法 - Google Patents

一种储能单元分离式变流器及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种储能单元分离式变流器，包含一个电力电子变换单元，还包括至少一个分离式的储能单元及第一开关组，第一开关组串联在储能单元与电力电子变换单元的直流侧之间，可通过分开第一开关组中的正极开关与负极开关，使储能单元与电力电子变换单元分离，其中电力电子变换单元为直‑直变换器或交‑直变换器。本发明的电力电子变换单元停止工作时，可利用闲置变流器的储能单元，可为直流母线提供储能容量，大大提升了设备的利用率，节约成本。

Description

一种储能单元分离式变流器及控制方法
技术领域
本发明属于电力电子变流器领域，特别涉及一种储能单元分离式变流器及控制方法。
背景技术
近年来分布式发电技术的不断进步以及电力电子技术的日益成熟，分布式发电在电网中的应用范围越来越广泛，且逐渐成为大电网的有效补充，分布式电源、负荷以及储能装置构成直流微网。一方面，由于大量的分布式电源并入电网运行，分布式电源本身的出力波动性较大，因此需要大容量的储能单元平抑潮流的波动，达到供需的平衡。而大容量的储能单元成本过高，占地过大，储能技术的瓶颈严重限制了分布式发电技术的发展。另一方面，分布式电源并入直流电网需要经过电力电子变换单元，电力电子变流器均带有一定容量的储能单元，用于在进行交直流变换过程中起到滤除谐波，稳定电压的作用，在现有技术中，这部分的储能单元是与电力电子变流器集成在一起的，在分布式电源退出运行时，全部退出运行，未得到充分的利用。
发明内容
本发明旨在解决上述方案的不足，提供一种储能单元分离式变流器，该变流器停止运行时可为直流电网提供储能单元，使设备得到充分利用。
为了达到上述目的，本发明提供一种储能单元分离式变流器，具体如下：
一种储能单元分离式变流器，包含一个电力电子变换单元，所述变流器还包括至少一个分离式的储能单元及第一开关组，所述第一开关组串联在储能单元与电力电子变换的直流侧之间，可通过分开第一开关组中的正极开关与负极开关，使储能单元与电力电子变换单元分离。
其中，所述电力电子变换单元为直-直变换器，所述直-直变换器的一端与第一开关组连接，另一端与直流负荷或直流电源连接。
其中，所述电力电子变换单元为交-直变换器，所述交-直变换器的直流端与第一开关组连接，交流端与交流负荷或交流电源连接。
其中，所述变流器还可以包含第二开关组，所述第二开关组串联在储能单元与直流电网之间。
其中，所述变流器还可以包含直流开关与限流电阻的并联连接，所述并联连接串联在直流电网与储能单元之间。
其中，所述分离式变流器还可以包含一个电流检测单元，可检测流过直流电网与储能单元之间的电流。
其中，所述分离式变流器还包含一个限流电感，串联在直流电网与储能单元之间。
其中，所述分离式变流器中的分离式储能单元在结构上与电力电子变换单元设计成便于分离的形式。
其中，所述分离式变流器还包括控制单元，控制单元可控制电力电子变换单元、第一开关组、第二开关组以及直流开关。
其中，所述控制单元与分离式储能单元就近布置，在电力电子变换单元退出运行时可对储能单元进行控制。
其中，所述分离式变流器中的控制单元还包括通讯模块，通讯模块可接受外部指令。
本发明还提供一种储能单元分离式变流器的控制方法：
(1)当变流器处于离线状态时，第一开关组、第二开关组与直流开关处于分开的状态，当控制单元接收到并网指令时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：闭合第一开关组；
步骤2：闭合第二开关组；
步骤3：闭合直流开关；
步骤4：启动电力电子变换单元；
步骤5：装置进入并网状态。
(2)当变流器处于离线状态时，第一开关组、第二开关组与直流开关处于分开的状态，当控制单元接收到储能单元投入指令时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：闭合第二开关组；
步骤2：闭合直流开关；
步骤3：装置进入储能投入状态。
(3)当装置运行于并网状态时，控制单元检测到电力电子变换单元故障，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：停止电力电子变换单元；
步骤2：分开第一开关组；
步骤3：判断故障是否清除；
步骤4：如故障未清除，分开第二开关组。
步骤5：如故障已清除，维持第一开关组的闭合状态，使储能单元仍然可以投入运行。
(4)当变流器处于储能投入状态或并网状态时，当电流检测单元检测到电流超过限流定值时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：分开直流开关，使限流电阻投入；
步骤2：分开第二开关组；
步骤3：分开第一开关组；
步骤4：装置进入离线状态。
其中，所述限流定值小于等于直流开关的最大可分断电流值。
本发明的有益效果是：
(1)变流器停止工作时，可利用闲置变流器的储能单元，通过开关将储能单元与变流器分离，变流器与直流母线连接，可为直流母线提供储能容量，提高了设备利用率。
(2)储能单元易扩容：储能单元与变流器可分离，自身增加容量不影响变流器部分，便于扩容。
(3)储能单元与直流电网之间增加了限流装置，可避免直流短路或电容充放电时，瞬时电流过大，损坏设备。
附图说明
图1是本发明储能单元分离式变流器拓扑示意图；
图2是本发明直-直变换器拓扑示意图；
图3是本发明交-直变换器拓扑示意图；
图4是本发明带有交-直变换器的储能单元分离式变流器的第一实施例；
图5是本发明带有交-直变换器的储能单元分离式变流器的第二实施例；
图6是本发明带有直-直变换器的储能单元分离式变流器的第一实施例；
图7是本发明带有直-直变换器的储能单元分离式变流器的第二实施例；
图中标号名称：1、三相交流负荷；2、电力电子变换单元；3、开关组1；4、储能单元；5、电流检测单元；6、限流电阻；7、直流开关；8、开关组2；9、直流电网；10、控制单元；11、通讯模块；12、三相交流电源；13、限流电感；14、直流负荷；15、直流电源。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本实施例的储能单元分离式变流器，包含一个电力电子变换单元，所述变流器还包括一个分离式的储能单元及第一开关组，第一开关组串联在储能单元与电力电子变换的直流侧之间，可通过分开第一开关组中的正极开关与负极开关，使储能单元与电力电子变换单元分离。
所述电力电子变换单元可以为直-直变换器，如图2所示。
所述电力电子变换单元可以为交-直变换器，如图3所示。
其中，电力电子变换单元可以为交-直变换器，交-直变换器的直流输出端连接第一开关组，另一端连接三相交流负荷，如图4所示；另一端也可连接三相交流电源，如图5所示。
其中，电力电子变换单元也可以为直-直变换器，直-直变换器的直流输出端连接第一开关组，另一端连接直流负荷，如图6所示；另一端也可连接直流电源，如图7所示。
其中，所述变流器还可以包含第二开关组，所述第二开关组串联在储能单元与直流电网之间。
其中，所述变流器还可以包含直流开关与限流电阻的并联连接，所述并联连接串联在直流电网与储能单元之间。在本实施中直流开关选用IGBT。
其中，所述分离式变流器还可以包含一个电流检测单元，可检测流过直流电网与储能单元之间的电流。
其中，所述分离式变流器还包含一个限流电感，串联在直流电网与储能单元之间。
其中，所述分离式变流器中的分离式储能单元在结构上与电力电子变换单元设计成便于分离的形式。
其中，所述分离式变流器还包括控制单元，控制单元可控制电力电子变换单元、第一开关组、第二开关组以及直流开关。
其中，所述控制单元与分离式储能单元就近布置，在电力电子变换单元退出运行时可对储能单元进行控制。
其中，所述分离式变流器中的控制单元还包括通讯模块，通讯模块可接受外部指令。
本实施例还提供一种储能单元分离式变流器的控制方法：
(1)当变流器处于离线状态时，第一开关组、第二开关组与直流开关处于分开的状态，接收到并网指令时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：闭合第一开关组；
步骤2：闭合第二开关组；
步骤3：闭合直流开关；
步骤4：启动电力电子变换单元；
步骤5：装置进入并网状态。
(2)当变流器处于离线状态时，第一开关组、第二开关组与直流开关处于分开的状态，接收到储能单元投入指令时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：闭合第二开关组；
步骤2：闭合直流开关；
步骤3：装置进入储能投入状态。
(3)当装置运行于并网状态时，控制单元检测到电力电子变换单元故障，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：停止电力电子变换单元；
步骤2：分开第一开关组；
步骤3：判断故障是否清除；
步骤4：如故障未清除，分开第二开关组。
步骤5：如故障已清除，维持第一开关组的闭合状态，使储能单元仍然可以投入运行。
(4)当变流器处于储能投入状态或并网状态时，当电流检测单元检测到电流超过限流定值时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：分开直流开关，使限流电阻投入；
步骤2：分开第二开关组；
步骤3：分开第一开关组；
步骤4：装置进入离线状态。
其中，所述限流定值小于等于直流开关的最大可分断电流值。在本实施例中直流开关IGBT最大可分断电流为3000A，限流定值设计为2500A，留有一定裕量。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，参照上述实施例进行的各种形式修改或变更均在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种储能单元分离式变流器，包含一个电力电子变换单元，其特征在于，所述变流器还包括至少一个分离式的储能单元及第一开关组，所述第一开关组串联在储能单元与电力电子变换单元的直流侧之间，通过分开第一开关组中的正极开关与负极开关，使储能单元与电力电子变换单元分离；
所述变流器还包含第二开关组，所述第二开关组串联设置于储能单元与直流电网之间；
所述电力电子变换单元为直-直变换器，所述直-直变换器的一端与第一开关组连接，另一端与直流负荷或直流电源连接；
或所述电力电子变换单元为交-直变换器，所述交-直变换器的直流端与第一开关组连接，交流端与交流负荷或交流电源连接。
2.如权利要求1所述的储能单元分离式变流器，其特征在于，所述变流器还包含直流开关与限流电阻的并联连接，所述并联连接串联在直流电网与储能单元之间。
3.如权利要求1所述的储能单元分离式变流器，其特征在于，所述分离式变流器还包含一个电流检测单元，用以检测流过直流电网与储能单元之间的电流。
4.如权利要求1所述的储能单元分离式变流器，其特征在于，所述分离式变流器还包含一个限流电感，串联在直流电网与储能单元之间。
5.如权利要求1所述的储能单元分离式变流器，其特征在于，所述分离式变流器中的分离式储能单元与电力电子变换单元在结构上设置成便于分离的形式。
6.如权利要求2所述的储能单元分离式变流器，其特征在于，所述分离式变流器还包括控制单元，控制单元控制电力电子变换单元、第一开关组、第二开关组以及直流开关。
7.如权利要求6所述的储能单元分离式变流器，其特征在于，所述控制单元与分离式储能单元就近布置，在电力电子变换单元退出运行时对储能单元进行控制。
8.如权利要求7所述的储能单元分离式变流器，其特征在于，所述分离式变流器中的控制单元还包括通讯模块，通讯模块用以接受外部指令。
9.如权利要求2所述的一种储能单元分离式变流器的控制方法，其特征在于，当变流器处于离线状态时，第一开关组、第二开关组与直流开关处于分开的状态，当控制单元接收到并网指令时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：闭合第一开关组；
步骤2：闭合第二开关组；
步骤3：闭合直流开关；
步骤4：启动电力电子变换单元；
步骤5：装置进入并网状态。
10.如权利要求2所述的一种储能单元分离式变流器的控制方法，其特征在于，当变流器处于离线状态时，第一开关组、第二开关组与直流开关处于分开的状态，当控制单元接收到储能单元投入指令时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：闭合第二开关组；
步骤2：闭合直流开关；
步骤3：装置进入储能投入状态。
11.如权利要求1所述的一种储能单元分离式变流器的控制方法，其特征在于，当装置运行于并网状态时，控制单元检测到电力电子变换单元故障，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：停止电力电子变换单元；
步骤2：分开第一开关组；
步骤3：判断故障是否清除；
步骤4：如故障未清除，分开第二开关组；
步骤5：如故障已清除，维持第一开关组的闭合状态，使储能单元仍然可以投入运行。
12.如权利要求2所述的一种储能单元分离式变流器的控制方法，其特征在于，当变流器处于储能投入状态或并网状态时，当电流检测单元检测到电流超过限流定值时，所述控制方法包括如下步骤：
步骤1：分开直流开关，使限流电阻投入；
步骤2：分开第二开关组；
步骤3：分开第一开关组；
步骤4：装置进入离线状态。
13.如权利要求12中所述的一种储能单元分离式变流器的控制方法，其特征在于，所述限流定值小于等于直流开关的最大可分断电流值。
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