CN109842318A - 单元功率模块、钒液流电池储能系统及其功率控制方法 - Google Patents

Abstract

单元功率模块、钒液流电池储能系统及其功率控制方法，属于液流电池储能领域为了解决现有逆变器整体体积大，部件重，导致整体不易维护的问题，并为提高低功率运行效率，技术要点是：逆变器控制模块的PWM信号输出模块与功率模块的驱动板连接，所述驱动板连接IGBT以控制IGBT开关动作，功率模块一输出连接至逆变器控制模块的数据采集模块，一输出由两路连接线路接液流电池正负极，支撑电容连接在两路连接线路之间。

Description

单元功率模块、钒液流电池储能系统及其功率控制方法

技术领域

本发明属于液流电池储能领域，涉及系统的核心设备储能逆变器。

背景技术

随着国家新能源战略的发展，储能系统已经成为电力生产过程中“采-发-输-配-用-储”六大环节中的一个重要组成部分。储能逆变器作为储能系统实现能量的双向流动的核心部件,受到了业界的广泛重视。

现有的逆变器，高集成设计方案使逆变器体积大、部件重，维护不方便，特别是低功率运行区间效率低，冗余性差。

发明内容

为了解决现有逆变器整体体积大，部件重，导致整体不易维护的问题，为提高低功率运行效率，本发明提出如下方案：

一种单元功率模块，包括逆变器控制模块、功率模块，所述逆变器控制模块其上集成有CAN通讯模块、载波同步模块、数据采集模块、PWM信号输出模块，所述PWM信号输出模块与功率模块的驱动板连接，所述驱动板连接IGBT以控制IGBT开关动作，功率模块一输出连接至逆变器控制模块的数据采集模块，一输出由两路连接线路接液流电池正负极，支撑电容连接在两路连接线路之间。所述功率模块的输出与LC滤波模块连接，并由LC滤波模块接电网，所述LC滤波模块用于滤除谐波。

进一步的，单元功率模块还包括I/O口输入输出模块，其用于控制接触器合断以检测辅助反馈触点信号。

进一步的，所述CAN通讯模块用于接收主控制模块发起的逆变器的起停信号，并将其传输至所述逆变器控制模块；所述载波同步模块用于同步控制各并联的单元功率模块的载波相位；所述数据采集模块用于采集逆变器的参数信号以用于变流器控制；所述PWM信号输出模块用于输出PWM信至驱动板以控制IGBT动作。

进一步的，所述功率模块包括驱动板、IGBT、支撑电容。

一种钒液流电池储能系统，包括若干并联的单元功率模块，其分别并行连接液流电池、电网，各单元功率模块由CAN通讯模块通过总线与主控制模块连接，并由各单元功率模块的载波同步模块并行接收载波同步信号，主控制模块与上位机通讯，按控制策略独立运行单元功率模块的起停机、充放电控制。

进一步的，所述钒液流电池储能系统的功率控制方法，各单元功率模块与主控制模块的通讯地址不同，单元功率模块实时与主控制模块进行通讯，反馈单元功率模块的工作状态，当钒液流电池储能系统运行时，则根据主控制模块的控制策略决定各单元功率模块的启停及运行功率；

其中，主控制模块控制对各单元功率模块的运行控制方法如下：

主控制模块通讯获取各单元功率模块状态字，对各单元功率模块进行状态标定；

对有故障的单元功率模块将其从系统中切除，标定为不可执行的单元功率模块；

根据上位机功率指令判断并调度相应可执行单元功率模块运行。

进一步的，主控制模块调度单元功率模块的的判断方法如下：

(1)首先解析获取上位机功率指令；

(2)对上位机功率指令进行计算，其功率数为被除数，单元功率模块的额定功率为除数，求商及余数；

(3)分别获取余数与商，商为整数，其是将进行满功率运行的单元功率模块的数量，余数是一个单元功率模块不进行满发而相应的功率数。

进一步的，运行过程中若有单元功率模块故障则切除该模块，标定为不可执行模块，同时运行预留的单元功率模块。

进一步的，对于述钒液流电池储能系统中不可执行模块，将该模块编号上传至能量管理系统。

有益效果：单元功率模块体积小、重量轻；逆变器效率高；系统冗余性强；逆变器模块化并联组合，设计灵活。

附图说明

图1是500KW逆变器框图；

图2是单元功率模块设计框图；

图3是主控制模块控制框图。

1逆变器控制模块，2CAN通讯模块，3载波同步模块，4电源模块，5I/O口输入输出模块，6PWM信号输出模块，7数据采集模块，8功率模块，9LC滤波模块，10单元功率模块，11单元功率模块，12单元功率模块，13主控制模块，14CAN总线，15载波同步信号，16液流电池，17电网电压。

具体实施方式

实施例：为使储能系统工作具有计划性、可预见性，本发明提出储能逆变器的模块化设计方案。本实施例采用单元功率模块，其功率为50KW。对于500KW的全钒液流电池储能系统可以用12个单元功率模块。同样的，对于800KW的全钒液流电池储能系统可以用18个单元功率模块。对于其他功率等级可做相应组合。每个单元功率模块都有独立的控制系统，可分别独立运行，这样能提高系统冗余性；单元功率模块额定功率低，可提高低功率段逆变器的工作效率。

本发明公开的模块化设计是通过以下技术方案实现：主控制模块为各单元功率模块的公用模块，通过CAN总线使得各单元功率模块与主控制模块通讯；主控制模块采用ARM处理器，并与上位机能量管理系统进行通讯，其可按控制策略独立运行单元功率模块，以对各单元功率模块的起停机、充放电控制。

每个单元功率模块包括依次连接的逆变器控制模块、滤波模块、功率模块。其中：

(1)所述逆变器控制模块：其采用DSP28335作为核心控制芯片，用于实现逆变器数据采集及输出控制。

逆变器控制模块包括以下子模块：

CAN通讯模块：其与主控制模块通讯，用于实现逆变器的起停。

电源模块：其用于给工装测试平台进行供电，提供直流电以供各芯片正常工作。

载波同步模块：其用于实现各并联单元的载波相位控制，以实现系统并联可靠运行。

数据采集模块：其用于采集逆变器的电流、电网电压、母线电压、温度等信号，并将该电流等信号用于变流器的控制，所述电流等信号是参数信号。

PWM信号输出模块：其用于输出PWM信号，该PWM信号被输出到驱动板，用于控制IGBT动作。

I/O输入输出模块：其用于接触器合断的控制，检测辅助反馈触点信号。

(2)所述滤波模块：其采用LC滤波方式，用于滤除系统谐波。

(3)所述功率模块：包括驱动板、IGBT、支撑电容，该功率模块用于实现系统充放电。

单元功率模块工作方式如下：系统中的单元功率模块设计完全相同，只是与主控制模块的通讯地址不同。单元功率模块实时与主控制模块进行通讯，反馈单元功率模块的工作状态。当系统运行时，根据主控制模块策略决定单元功率模块的启动、停止及运行的功率大小。

主控制模块控制方式如下：

S1主控制模块通讯获取各单元功率模块状态字，对各单元功率模块进行状态标定。

S2对有故障的单元功率模块将该模块从系统中切除，标定为不可执行单元。

S3根据上位机功率指令判断，调度相应可执行单元运行。

主控制模块调度单元功率模块的策略：

(1)首先解析获取上位机功率指令；

(2)对上位机功率指令进行计算，其功率数为被除数，单元功率模块的额定功率为除数，求商及余数；如本实施例中，基于单元功率模块的额定功率是50KW，该除数选择为50。.

(3)分别获取余数与商，商为整数，其是将进行满功率运行的单元功率模块的数量，余数是一个单元功率模块不进行满发而相应的功率数。

由上述方法，使得逆变器低功率段运行时，工作效率提升。

S4运行过程中若有单元功率模块故障，则切除该该模块，将其标定为不可执行的单元功率模块。同时运行预留的单元功率模块，提升逆变器的冗余性。

S5对于系统中被标记为不可执行的单元功率模块，将该模块的编号上传至能量管理系统，以提示工作人员维护。

本发明储能逆变器模块，其中的主控制模块根据能量管理系统指令，自由调度各单元功率模块的运行与停止。指令功率低时，单元功率模块在额定运行状态，储能逆变器的效率得以提升。当某个单元功率模块出现故障，则由主控制模块自动识别，不再调用该模块。

由此，系统冗余性强，储能系统利用率高，采用抽屉式模块设计，维护方便简洁。逆变器通过增加单元功率模块实现容量扩展，具有设计灵活的特点，并提升了设计效率。

该设备的特点:单元功率模块体积小、重量轻，采取抽屉式结构容易维护，该结构使得逆变器效率高，系统冗余性强，对逆变器模块化且并联组合，具有设计灵活的特点。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单元功率模块，其特征在于，包括逆变器控制模块(1)、功率模块(8)，所述逆变器控制模块(1)其上集成有CAN通讯模块(2)、载波同步模块(3)、数据采集模块(7)、PWM信号输出模块(6)，所述PWM信号输出模块(6)与功率模块(8)的驱动板连接，所述驱动板连接IGBT以控制IGBT开关动作，功率模块(8)一输出连接至逆变器控制模块(1)的数据采集模块(7)，一输出由两路连接线路接液流电池正负极，支撑电容连接在两路连接线路之间。

2.如权利要求1所述的单元功率模块，其特征在于，所述功率模块(8)的输出与LC滤波模块连接，并由LC滤波模块(9)接电网，所述LC滤波模块(9)用于滤除谐波。

3.如权利要求1所述的单元功率模块，其特征在于，还包括I/O口输入输出模块(5)，其用于控制接触器合断以检测辅助反馈触点信号。

4.如权利要求1所述的单元功率模块，其特征在于：

所述CAN通讯模块(2)用于接收主控制模块发起的逆变器的起停信号，并将其传输至所述逆变器控制模块(1)；

所述载波同步模块(3)用于同步控制各并联的单元功率模块的载波相位；

所述数据采集模块(7)用于采集逆变器的参数信号以用于变流器控制；

所述PWM信号输出模块(6)用于输出PWM信至驱动板以控制IGBT动作。

5.如权利要求1所述的单元功率模块，其特征在于：所述功率模块(7)包括驱动板、IGBT、支撑电容。

6.一种钒液流电池储能系统，其特征在于，包括若干并联的权利要求1所述单元功率模块，其分别并行连接液流电池、电网，各单元功率模块由CAN通讯模块通过总线与主控制模块连接，并由各单元功率模块的载波同步模块并行接收载波同步信号，主控制模块与上位机通讯，按控制策略独立运行单元功率模块的起停机、充放电控制。

7.一种权利要求6所述钒液流电池储能系统的功率控制方法，其特征在于：各单元功率模块与主控制模块的通讯地址不同，单元功率模块实时与主控制模块进行通讯，反馈单元功率模块的工作状态，当钒液流电池储能系统运行时，则根据主控制模块的控制策略决定各单元功率模块的启停及运行功率；

其中，主控制模块控制对各单元功率模块的运行控制方法如下：

主控制模块通讯获取各单元功率模块状态字，对各单元功率模块进行状态标定；

对有故障的单元功率模块将其从系统中切除，标定为不可执行的单元功率模块；

根据上位机功率指令判断并调度相应可执行单元功率模块运行。

8.如权利要求7所述钒液流电池储能系统的功率控制方法，其特征在于：

主控制模块调度单元功率模块的的判断方法如下：

(1)首先解析获取上位机功率指令；

(2)对上位机功率指令进行计算，其功率数为被除数，单元功率模块的额定功率为除数，求商及余数；

(3)分别获取余数与商，商为整数，其是将进行满功率运行的单元功率模块的数量，余数是一个单元功率模块不进行满发而相应的功率数。

9.如权利要求6或7所述钒液流电池储能系统的功率控制方法，其特征在于：运行过程中若有单元功率模块故障则切除该模块，标定为不可执行模块，同时运行预留的单元功率模块。

10.如权利要求9所述钒液流电池储能系统的功率控制方法，其特征在于：对于述钒液流电池储能系统中不可执行模块，将该模块编号上传至能量管理系统。