CN108768201A - 一种双向变换器组成的储能系统及其控制方法 - Google Patents

一种双向变换器组成的储能系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双向变换器组成的储能系统及其控制方法，包括供电设备、监控系统、双向变换器、电池组及其电池管理系统，所述供电设备输出端连接所述双向变换器输入端，所述双向变换器输出端连接电池组，所述双向变换器最少具有两路对外通讯接口，所述双向变换器第一通讯接口通过第一通讯线与所述监控系统通讯接口连接，所述双向变换器第二通讯接口通过第二通讯线与所述电池管理系统通讯接口连接。采用了带变压器隔离的双向变换器，整个储能系统具有体积小、效率高、易维护、通讯配置简单灵活等优点。

Description

一种双向变换器组成的储能系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电力电子产品领域，具体涉及一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统及其控制方法。
背景技术
随着分布式能源和新能源发展规模的不断扩大，通过智能电网实现电力的智能存储和传输，也将是能源体系的优化趋势，锂离子电池由于具有较高的能量密度比和功率密度比，良好的充放电效率和灵活的成组方式可以满足目前大规模储能的要求，已经成为大容量储存研究的重点。
常见的储能系统基本拓扑结构如图1所示，交流电网连接隔离变压器的一端，工频变压器另一端连接双向变流器的输入端，双向变流器输出端连接电池组。系统中隔离变压器为工频变压器，体积较大，双向变流器也为传统的非隔离的双向变流器。电池组内部的电池管理系统(BMS)通过通讯接口分别与双向变流器和监控系统连接。由于双向变流器需要受监控系统控制，双向变流器需要通过一路通讯线与监控系统连接，所以双向变流器的一路通讯线既要接监控系统，也需要连接到BMS，整个系统中监控系统、变流器以及BMS之间的通讯协议复杂。
在采用图2所示的多组储能系统应用时，在某些具体的应用中，例如电池组采用动力电池组作储能电池组时，由于动力电池组的BMS需要满足国标协议，其地址固定，BMS只能与一个监控后台单独通讯，这样导致每个单元储能组内都需要单独配置一个独立监控后台进行通讯，独立的监控后台再与上一层监控系统连接，整个系统设计非常复杂。
发明内容
针对这种不足，提出了一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统及其控制方法。
本发明的目的时通过下述技术方案实现的。
一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统，包括供电设备、监控系统、双向变换器、电池组及其电池管理系统，所述供电设备输出端连接所述双向变换器输入端，所述双向变换器输出端连接电池组，其特征在于，所述双向变换器最少具有两路对外通讯接口，所述双向变换器第一通讯接口通过第一通讯线与所述监控系统通讯接口连接，所述双向变换器第二通讯接口通过第二通讯线与所述电池管理系统通讯接口连接。
一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统，所述双向变换器为隔离型双向变换器，包括交流/直流变换电路与隔离型直流/直流变换电路，其电路按以下两种电路中的一种进行工作：
第一种电路：所述双向变换器主电路由一个数字控制器控制，所述数字控制器连接所述双向变换器第一通讯接口和第二通讯接口。
第二种电路：所述双向变换器主电路由两个数字控制器控制，其中所述交流/直流变换电路由第一数字控制器控制，所述第一数字控制器连接所述双向变换器第一通讯接口；所述隔离型直流/直流变换电路由第二数字控制器控制，所述第二数字控制器连接所述双向变换器第二通讯接口，所述第一数字控制器通过隔离通讯电路与所述第二数字控制器连接。
一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统，其特征在于：所述数字控制器支持对外的通讯方式为CAN、SCI、SPI、I2C、PMBUS、LIN、RS485、RS232等。
一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统，所述双向变换器由多个双向变换器并联组成，所述多个双向变换器输入端并联，所述多个双向变换器输出端并联，所述多个双向变换器的第一通讯接口通过第一通讯线相互连接，所述多个双向变换器中的一个双向变换器的第二通讯接口通过第二通讯线与所述电池管理系统连接。
一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统，所述多个双向变换器的第一通讯接口通过第一通讯线与监控系统连接。所述多个双向变换器的第二通讯接口通过第二通讯线相互连接，连接到电池管理系统。
一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统，包括供电设备、监控系统、多个双向变换器、多个电池组和多个电池管理系统，一个所述双向变换器、一个所述电池组、一个所述电池管理系统组成一个单元储能组。所述单元储能组的输入端连接同组内所述双向变换器输入端，所述单元储能组中双向变换器输出端连接所述电池组，所述多个单元储能组输入端并联连接到供电设备的输出端。
所述双向变换器最少具有两路对外通讯接口，所述双向变换器第二通讯接口通过第二通讯线与同组内所述电池管理系统通讯接口连接，不同单元储能组内双向变换器第一通讯接口通过第一通讯线相互连接。
一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统，所述单元储能组中的单个双向变换器由多个双向变换器并联组成，系统中所述多个双向变换器输入端并联，所述多个双向变换器输出端并联，所述多个双向变换器第一通讯接口通过第一通讯线相互并联，一个所述双向变换器第二通讯接口通过第二通讯线与所述电池管理系统连接。
一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统，所述单元储能组中所述的第一通讯线与所述监控系统连接。所述单元储能组内多个双向变换器第二通讯接口通过第二通讯线相互连接。
一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统的控制方法，所述监控系统通过所述第一通讯线、所述双向变换器内部数字控制器、所述第二通讯线与所述电池管理系统进行相互通讯。
一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统的控制方法，所述第一通讯线作为多个双向变换器交流侧并联工作时的并机通讯线。所述多个双向变换器通过一定的规则选取其中一个双向变换器作为主控双向变换器，所述主控双向变换器通过所述第二通讯线与所述电池管理系统进行通讯。
一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统的控制方法，所述第一通讯线作为所述多个单元储能组中双向变换器交流侧并联工作时的并机通讯线。
一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统的控制方法，所述监控系统通过所述第一通讯线与所述不同的单元储能组进行通讯控制，所述同组单元储能组内多个双向变换器通过一定的规则选取其中一个双向变换器作为主控双向变换器，所述主控双向变换器通过所述第二通讯线与同组内所述电池管理系统进行通讯。
采用上述技术方案，本发明有益的技术效果在于：
在本发明所述的储能系统中，由于采用了带变压器隔离的双向变换器，且所述双向变换器为模块化设计，整个储能系统中可以去除体积较大的工频变压器，整个系统具有体积小、效率高、易维护等优点。
本发明中所述双向变换器相比于其他双向变换器不同之处，还在于采用两路对外通讯线。相比与一路对外通讯的变换器来说，多出来的一路通讯线，可以用作并机通讯线，能加快不同变换器之间的通讯，有利于变换器之间交换信息，可以用于系统中模块的保护，也更有利于逆变时交流侧输出电流的均流控制。所述双向变换器可以通过独立的第二通讯线与电池组中的电池监控系统通讯，系统设计更简单。
当用本发明中所述双向变换器后应用于类似的图2多组储能系统应用时，由于所述双向变换器支持两路对外通讯功能，每个单元储能组内不再需要单独配置一个独立监控后台进行通讯，可以将系统中所有的双向变换器模块通过第一通讯线连接后，再统一连接到一个监控系统，而双向变换器模块第二通讯线接各自的BMS，系统中单元储能组的扩展更简单，整个系统设计难度可以很大程度的简化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有单个储能系统基本拓扑结构图；
图2为现有储能系统基本拓扑结构图；
图3为最少具有两路对外通讯接口的双向变换器结构示意图
图4为本发明的储能系统的第一实施例电路图；
图5为本发明的储能系统的第二实施例电路图；
图6为本发明的储能系统的第三实施例电路图；
图7为本发明的储能系统的第四实施例电路图；
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面根据附图和实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1:
图4给出了采用本发明的支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统及其控制方法的第一实施例电路图，所述的储能系统，包括供电设备、监控系统、双向变换器、电池组及其电池管理系统，所述供电设备输出端连接所述双向变换器输入端，所述双向变换器输出端连接电池组，所述双向变换器最少具有两路对外通讯接口，所述双向变换器第一通讯接口通过第一通讯线与所述监控系统通讯接口连接，所述双向变换器第二通讯接口通过第二通讯线与所述电池管理系统通讯接口连接。
所述双向变换器为隔离型双向变换器，如图3所示，主电路包括交流/直流变换电路与隔离型直流/直流变换电路，其控制电路按以下两种电路中的一种进行工作：第一种电路，所述双向变换器主电路由一个数字控制器控制，所述数字控制器连接所述双向变换器第一通讯接口和第二通讯接口，如图3(a)所示。第二种电路，所述双向变换器主电路由两个数字控制器控制，其中所述交流/直流变换电路由第一数字控制器控制，所述第一数字控制器连接所述双向变换器第一通讯接口；所述隔离型直流/直流变换电路由第二数字控制器控制，所述第二数字控制器连接所述双向变换器第二通讯接口，所述第一数字控制器通过隔离通讯电路与所述第二数字控制器连接，如图3(b)所示。所述数字控制器支持CAN、SCI、SPI、I2C、PMBUS、LIN、RS485、RS232等对外的通讯方式。
由于所述双向变换器支持直流电压输入，所述供电设备可以分为三类：(1)所述供电设备为交流可充放电设备，例如交流电网；(2)所述供电设备为直流可充放设备，例如汽车动力电池；(3)所述供电设备为通过一定电路组合形成的交流、直流混合的可充放电设备，例如交流电网和动力电池的组合。
工作时，所述监控系统通过所述第一通讯线、所述双向变换器内部数字控制器、所述第二通讯线与所述电池管理系统进行相互通讯，以控制双向变换器工作在整流或者逆变模式，系统中的电池进行充电或放电操作。
实施例2:
图5给出了采用本发明的支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统及其控制方法的第一实施例电路图，所述的储能系统，包括供电设备、监控系统、多个双向变换器、电池组及其电池管理系统，所述多个双向变换器输入端并联，所述多个双向变换器输出端并联，所述供电设备输出端连接所述多个双向变换器输入端，所述多个双向变换器输出端连接电池组，所述双向变换器最少具有两路对外通讯接口，所述多个双向变换器的第一通讯接口通过第一通讯线相互连接，所述多个双向变换器中的一个双向变换器的第二通讯接口通过第二通讯线与所述电池管理系统连接。
所述双向变换器为隔离型双向变换器，如图3所示，主电路包括交流/直流变换电路与隔离型直流/直流变换电路，其控制电路按以下两种电路中的一种进行工作：第一种电路，所述双向变换器主电路由一个数字控制器控制，所述数字控制器连接所述双向变换器第一通讯接口和第二通讯接口，如图3(a)所示。第二种电路，所述双向变换器主电路由两个数字控制器控制，其中所述交流/直流变换电路由第一数字控制器控制，所述第一数字控制器连接所述双向变换器第一通讯接口；所述隔离型直流/直流变换电路由第二数字控制器控制，所述第二数字控制器连接所述双向变换器第二通讯接口，所述第一数字控制器通过隔离通讯电路与所述第二数字控制器连接，如图3(b)所示。所述数字控制器支持CAN、SCI、SPI、I2C、PMBUS、LIN、RS485、RS232等对外的通讯方式。
由于所述双向变换器支持直流电压输入，所述供电设备可以分为三类：(1)所述供电设备为交流可充放电设备，例如交流电网；(2)所述供电设备为直流可充放设备，例如汽车动力电池；(3)所述供电设备为通过一定电路组合形成的交流、直流混合的可充放电设备，例如交流电网和动力电池的组合。
所述多个双向变换器的第一通讯接口可以通过第一通讯线与监控系统连接。所述多个双向变换器的第二通讯接口可以通过第二通讯线相互连接，再连接到电池管理系统。
工作时，所述第一通讯线作为多个双向变换器交流侧并联工作时的并机通讯线。所述多个双向变换器通过一定的规则选取其中一个双向变换器作为主控双向变换器，所述主控双向变换器通过所述第二通讯线与所述电池管理系统进行通讯。所述监控系统通过所述第一通讯线控制双向变换器工作在整流或者逆变模式，系统中的电池进行充电或放电操作。
实施例3:
图6给出了采用本发明的支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统及其控制方法的第三实施例电路图，所述的储能系统，包括供电设备、监控系统、多个双向变换器、多个电池组和多个电池管理系统，其特征在于：一个所述双向变换器、一个所述电池组、一个所述电池管理系统组成一个单元储能组。所述单元储能组的输入端连接同组内所述双向变换器输入端，所述单元储能组中双向变换器输出端连接所述电池组，所述多个单元储能组输入端并联连接到供电设备的输出端。所述双向变换器最少具有两路对外通讯接口，所述双向变换器第二通讯接口通过第二通讯线与同组内所述电池管理系统通讯接口连接，不同单元储能组内双向变换器第一通讯接口通过第一通讯线相互连接。
所述双向变换器为隔离型双向变换器，如图3所示，主电路包括交流/直流变换电路与隔离型直流/直流变换电路，其控制电路按以下两种电路中的一种进行工作：第一种电路，所述双向变换器主电路由一个数字控制器控制，所述数字控制器连接所述双向变换器第一通讯接口和第二通讯接口，如图3(a)所示。第二种电路，所述双向变换器主电路由两个数字控制器控制，其中所述交流/直流变换电路由第一数字控制器控制，所述第一数字控制器连接所述双向变换器第一通讯接口；所述隔离型直流/直流变换电路由第二数字控制器控制，所述第二数字控制器连接所述双向变换器第二通讯接口，所述第一数字控制器通过隔离通讯电路与所述第二数字控制器连接，如图3(b)所示。所述数字控制器支持CAN、SCI、SPI、I2C、PMBUS、LIN、RS485、RS232等对外的通讯方式。
由于所述双向变换器支持直流电压输入，所述供电设备可以分为三类：(1)所述供电设备为交流可充放电设备，例如交流电网；(2)所述供电设备为直流可充放设备，例如汽车动力电池；(3)所述供电设备为通过一定电路组合形成的交流、直流混合的可充放电设备，例如交流电网和动力电池的组合。
工作时，所述多个单元储能组中双向变换器交流侧并联工作时的并机通讯线，所述单元储能组中所述第二通讯线与本组内所述电池管理系统进行通讯，以控制双向变换器工作在整流或者逆变模式，系统中的电池进行充电或放电操作。
实施例4:
图7给出了采用本发明的支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统及其控制方法的第四实施例电路图，所述的储能系统，包括供电设备、监控系统、多个双向变换器、多个电池组和多个电池管理系统，其特征在于：多个所述双向变换器、一个所述电池组、一个所述电池管理系统组成一个单元储能组。系统中所述多个双向变换器输入端并联，所述多个双向变换器输出端并联，所述单元储能组的输入端连接同组内所述双向变换器输入端，所述单元储能组中双向变换器输出端连接所述电池组，所述多个单元储能组输入端并联连接到供电设备的输出端。所述双向变换器最少具有两路对外通讯接口，所述多个双向变换器第一通讯接口通过第一通讯线相互并联，一个所述双向变换器第二通讯接口通过第二通讯线与所述电池管理系统连接。
所述双向变换器为隔离型双向变换器，如图3所示，主电路包括交流/直流变换电路与隔离型直流/直流变换电路，其控制电路按以下两种电路中的一种进行工作：第一种电路，所述双向变换器主电路由一个数字控制器控制，所述数字控制器连接所述双向变换器第一通讯接口和第二通讯接口，如图3(a)所示。第二种电路，所述双向变换器主电路由两个数字控制器控制，其中所述交流/直流变换电路由第一数字控制器控制，所述第一数字控制器连接所述双向变换器第一通讯接口；所述隔离型直流/直流变换电路由第二数字控制器控制，所述第二数字控制器连接所述双向变换器第二通讯接口，所述第一数字控制器通过隔离通讯电路与所述第二数字控制器连接，如图3(b)所示。所述数字控制器支持CAN、SCI、SPI、I2C、PMBUS、LIN、RS485、RS232等对外的通讯方式。
由于所述双向变换器支持直流电压输入，所述供电设备可以分为三类：(1)所述供电设备为交流可充放电设备，例如交流电网；(2)所述供电设备为直流可充放设备，例如汽车动力电池；(3)所述供电设备为通过一定电路组合形成的交流、直流混合的可充放电设备，例如交流电网和动力电池的组合。
所述单元储能组中所述的第一通讯线还可以与所述监控系统连接。所述单元储能组内多个双向变换器第二通讯接口还可以通过第二通讯线相互连接。
工作时，所述监控系统通过所述第一通讯线与所述不同的单元储能组进行通讯控制，所述同组单元储能组内多个双向变换器通过一定的规则选取其中一个双向变换器作为主控双向变换器，所述主控双向变换器通过所述第二通讯线与同组内所述电池管理系统进行通讯，以控制双向变换器工作在整流或者逆变模式，系统中的电池进行充电或放电操作。

Claims (12)

1.一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统，包括供电设备、监控系统、双向变换器、电池组及其电池管理系统，所述供电设备输出端连接所述双向变换器输入端，所述双向变换器输出端连接电池组，其特征在于，
所述双向变换器最少具有两路对外通讯接口，所述双向变换器第一通讯接口通过第一通讯线与所述监控系统通讯接口连接，所述双向变换器第二通讯接口通过第二通讯线与所述电池管理系统通讯接口连接。
2.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于：所述双向变换器为隔离型双向变换器，包括交流/直流变换电路与隔离型直流/直流变换电路，其控制电路按以下两种电路中的一种进行工作：
第一种电路：所述双向变换器主电路由一个数字控制器控制，所述数字控制器连接所述双向变换器第一通讯接口和第二通讯接口；
第二种电路：所述双向变换器主电路由两个数字控制器控制，其中所述交流/直流变换电路由第一数字控制器控制，所述第一数字控制器连接所述双向变换器第一通讯接口；所述隔离型直流/直流变换电路由第二数字控制器控制，所述第二数字控制器连接所述双向变换器第二通讯接口，所述第一数字控制器通过隔离通讯电路与所述第二数字控制器连接。
3.如权利要求1所述的储能系统，其特征在于：所述双向变换器由多个双向变换器并联组成，所述多个双向变换器输入端并联，所述多个双向变换器输出端并联，所述多个双向变换器的第一通讯接口通过第一通讯线相互连接，所述多个双向变换器中的一个双向变换器的第二通讯接口通过第二通讯线与所述电池管理系统连接。
4.如权利要求3所述的储能系统，其特征在于：所述多个双向变换器的第一通讯接口通过第一通讯线与监控系统连接，所述多个双向变换器的第二通讯接口通过第二通讯线相互连接，并连接到电池管理系统。
5.一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统，包括供电设备、监控系统、多个双向变换器、多个电池组和多个电池管理系统，其特征在于：一个所述双向变换器、一个所述电池组、一个所述电池管理系统组成一个单元储能组。所述单元储能组的输入端连接同组内所述双向变换器输入端，所述单元储能组中双向变换器输出端连接所述电池组，所述多个单元储能组输入端并联连接到供电设备的输出端。
所述双向变换器最少具有两路对外通讯接口，所述双向变换器第二通讯接口通过第二通讯线与同组内所述电池管理系统通讯接口连接，不同单元储能组内双向变换器第一通讯接口通过第一通讯线相互连接。
6.如权利要求5所述的储能系统，其特征在于：所述单元储能组中的单个双向变换器由多个双向变换器并联组成，系统中所述多个双向变换器输入端并联，所述多个双向变换器输出端并联，所述多个双向变换器第一通讯接口通过第一通讯线相互并联，一个所述双向变换器第二通讯接口通过第二通讯线与所述电池管理系统连接。
7.如权利要求5或6所述的储能系统，其特征在于：所述单元储能组中所述的第一通讯线与所述监控系统连接，所述单元储能组内多个双向变换器第二通讯接口通过第二通讯线相互连接。
8.如权利要求1或3或5所述的储能系统，其特征在于：所述双向变换器支持直流电压输入，所述供电设备为交流充放电设备、或直流充放电设备、或通过一定电路组合形成的交流、直流混合的充放电设备。
9.一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统的控制方法，采用权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述监控系统通过所述第一通讯线、所述双向变换器内部数字控制器、所述第二通讯线与所述电池管理系统进行相互通讯。
10.一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统的控制方法，采用权利要求3所述的储能系统，其特征在于，所述第一通讯线作为多个双向变换器交流侧并联工作时的并机通讯线，所述多个双向变换器选取其中一个双向变换器作为主控双向变换器，所述主控双向变换器通过所述第二通讯线与所述电池管理系统进行通讯。
11.一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统的控制方法，采用如权利要求5所述储能系统，其特征在于，所述第一通讯线作为所述多个单元储能组中双向变换器交流侧并联工作时的并机通讯线，所述单元储能组中所述双向变换器通过第二通讯线与本组内所述电池管理系统进行通讯。
12.一种由支持多路通讯的双向变换器组成的储能系统的控制方法，采用如权利要求6或7所述的储能系统，其特征在于，所述监控系统通过所述第一通讯线与所述不同的单元储能组进行通讯控制，所述同组单元储能组内多个双向变换器通过一定的规则选取其中一个双向变换器作为主控双向变换器，所述主控双向变换器通过所述第二通讯线与同组内所述电池管理系统进行通讯。
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