CN115328237A - 一种储能变流器热管理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种储能变流器热管理装置及方法，具体涉及储能变流器技术领域，包括DC/AC双向变流器模块、PCS控制器管理模块、温度感应测量模块、可编辑逻辑运算控制模块，以及相变材料结合风冷控制模块，所述DC/AC双向变流器模块是用于双向流通功率的，能够转变直流电和交流电，把电流在电源和负载之间来回的流向对方；本发明具体采用温度感应测量模块增加数据预处理功能，可编辑逻辑运算控制模块增加了智能编辑指令自动控制功能，PCS控制器管理模块增加了调节控制蓄电池功能，相变材料结合风冷控制模块增加了吸热散热功能，达到了精准测量储能变流器运行温度的效果，提高了电化学蓄电池充放电不易损坏、寿命长的效果。
Description
技术领域
本发明涉及储能变流器技术领域，更具体地说，本发明涉及一种储能变流器热管理装置及方法。
背景技术
随着电力技术的纯熟发展，越来越多的电化学储能电池运用到生产制造设备中，由于电化学蓄电池存在高温易燃易爆的风险，给人们的人身安全和人们财产造成一定的损失，针对蓄电池的充放电及控制温度方面，我们不断创新提高储能变流器的性能，以此确保电化学蓄电池运行的安全性。
储能变流器是由DC/AC双向变流器和控制单元组成的，用于控制电化学蓄电池充放电过程，对接入的电流进行交流电转换直流电、直流电转换交流电的电流变换，在没有电网的情况下，为交流负荷提供电，通过采集电化学蓄电池的运行状态信息，进行降温控制。
现有的储能变流器热管理装置是在储能变流器上安装物理结构风扇组进行风冷却，具有成本低，但是冷却效果不佳的问题；也有的储能变流器热管理装置是在储能变流器上安装化学组件，进行液压冷却，冷却效果好，但是存在储能变流器热管理装置收到破坏、成本高的问题；目前针对于储能变流器热管理装置的冷却降温方法不全面，不够精准化控制，不能够及时调整温度变化，在以不浪费成本的前提下，达不到热管理的高效果。
现有的储能变流器热管理装置，使用的热敏电阻的温度传感器，测量温度的变化不够精确，采取风冷却措施的周期长，导致持续高温运行电化学蓄电池，出现电化学蓄电池易损坏、寿命低的问题；存在控制指令的执行方式单一，降温方法不能多方面调节，以及控制温度不智能的问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种储能变流器热管理装置及方法，通过xx，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种储能变流器热管理装置，包括DC/AC双向变流器模块、PCS控制器管理模块、温度感应测量模块、可编辑逻辑运算控制模块，以及相变材料结合风冷控制模块，所述DC/AC双向变流器模块是用于双向流通功率的，能够转变直流电和交流电，把电流在电源和负载之间来回的流向对方；所述PCS控制器管理模块用于控制储能变流器对电化学蓄电池的充电和放电，通过接收自动化控制指令实现有功率和无功率的调节；所述温度感应测量模块是由热电偶传感器和信号转换器组成，是利用智能温度精准测量传感器，感应DC/AC双向变流器模块和PCS控制器管理模块的温度变化，吸收温度的模拟信号进行转换处理，传输到可编辑逻辑运算控制模块中；所述可编辑逻辑运算控制模块接收温度感应测量模块传输的数字信号，进行自动化识别、分析、编辑及控制处理，用于调节储能变流器上相变材料结合风冷控制模块的温度变化；所述相变材料结合风冷控制模块是接收可编辑逻辑运算控制模块的智能化控制指令，通过采取相变材料和风冷结合方式，对储能变流器连接的电化学蓄电池进行吸热散热处理，同时，DC/AC双向变流器模块和PCS控制器管理模块接收到指令，进行自动化调节滤波、电流、电压及功率大小，进行降温处理。
在一个优选地实施方式中，所述DC/AC双向变流器模块包括主电路拓扑单元和滤波器单元，所述主电路拓扑单元是主电路采取三相全桥电路，交流侧安装LCL滤波器，接入家用配电网，直流侧安装CL滤波器，接入若干组电化学蓄电池，当电化学蓄电池充电时，将家用配电网的交流电转换成直流电提供给蓄电池充电，当电化学蓄电池放电时，将直流电逆变转换成交流电返回到家用配电网，其中滤波器用于抑制高频纹波；所述滤波器单元是用于滤波电容和网侧电感对高频电流进行分流。
在一个优选地实施方式中，所述PCS控制器管理模块包括CAN总线接口单元、接收控制指令单元及蓄电池组充放电单元，所述CAN总线接口单元是串行通信接口，用于实时传输通信数据和分布式控制连接各电路的连接节点；所述接收控制指令单元是接收到可编辑逻辑运算控制模块发出的控温管理指令，作用于调节控制目标蓄电池运行温度；所述蓄电池组充放电单元是接收控制指令单元控制的目标单元，通过控制蓄电池充电和放电的电流、电压、有无功率及时间，对蓄电池运行的温度进行低温控制，避免高温运行充放电的蓄电池，电化学反应加快，电解液蒸发速率块而造成蓄电池易损坏，减少寿命的影响。
在一个优选地实施方式中，所述温度感应测量模块包括温度传感器测量单元和模数信号转换单元，所述温度传感器测量单元是由四个测量温差的热电偶传感器构成，能够根据输出的模拟信号和测量的温度差值，进行数据训练，模拟出对应的线性函数，用于智能化感应测量出的具体温度值；所述模数信号转换单元是利用信号转换器，将模拟信号与数字信号之间进行相互转换，当模数信号转换单元接收温度传感器测量单元传输的温度差模拟信号，将其转换成数字信号，将测量数据带入到对应的线性函数，得出真实温度值，再把得出的数字信号传输到可编辑逻辑运算控制模块中进行处理。
在一个优选地实施方式中，所述可编辑逻辑运算控制模块包括数据输入输出接口单元、PLC微处理器单元、智能编辑控制指令单元及自动化控制SPWM脉冲调节单元，所述数据输入输出接口单元是由通讯接口连接外部电路，用于输入输出数据信号及控制指令，所述数据输入输出接口单元的工作方式是通过编辑程序进行控制；所述PLC微处理器单元是接收数据输入输出接口单元传输的数字信号，利用可编辑的存储器，执行逻辑运算、时序控制、定时、计算和算术运算操作的指令；所述智能编辑控制指令单元是通过可编辑控制器对PLC微处理器单元处理后的数据信号编辑成指令，利用智能控制方法进行自动化控制编辑程序指令；所述自动化控制SPWM脉冲调节单元是由自适应控制和SPWM脉冲调节协同作用的单元，通过将有效的电信号分散成离散形式，来降低电信号传递的平均功率，通过自适应调节脉冲宽度进行控制，能够使得蓄电池组在工作时保持恒定的输出电压。
在一个优选地实施方式中，相变材料结合风冷控制模块包括复合PCM相变材料单元、风速调节控制单元及过温散热保护单元，所述复合PCM相变材料单元是用相变材料通过转变物理性质状态来吸收和释放大量的潜热，用于物理降温散热；所述风速调节控制单元是采用PID控制算法，利用电路连接的风冷设备，结合可编辑逻辑运算控制指令，将被控对象的实时数据采集的信息与给定值比较产生的误差，按照比例、积分和微分进行控制。
在一个优选地实施方式中，具体的步骤如下：
S1、首先利用温度感应测量模块对储能变流器的组成模块进行实时检测温度变化值；
S2、然后把检测到的温度信号传输到可编辑逻辑运算控制模块中，针对储能变流器温度高编辑降温散热的指令，通过命令降低电压、电流、输出功率及有无功率大小进行散热降温控制；
S3、相变材料结合风冷控制模块收到指令启动过温保护管理作用，并传输信号到储能变流器上的组成模块上，进一步调节温度管理控制；
S4、最后储能变流器的组成模块，DC/AC双向变流器模块采取滤波处理，PCS控制器管理模块采取对接入的蓄电池组的充放电控制，以此达到降温控温作用。
在一个优选地实施方式中，所述储能变流器的组成是由DC/AC双向变流器和PCS控制器组成，DC/AC双向变流器是将电化学蓄电池的直流电进行升压和降压，完成蓄电池的充放电过程，实现双向流通；PCS控制器是利用数据通讯技术，接收控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电和放电过程。
本发明的技术效果和优点：
本发明具体采用温度感应测量模块增加数据预处理功能，可编辑逻辑运算控制模块增加了智能编辑指令自动控制功能，PCS控制器管理模块增加了调节控制蓄电池功能，相变材料结合风冷控制模块增加了吸热散热功能，达到了精准测量储能变流器运行温度的效果，提高了电化学蓄电池充放电不易损坏、寿命长的效果，以及实现了智能自动化控制降温散热，调节功率的功能。
附图说明
图1为本发明的储能变流器热管理装置框图。
图2为本发明的DC/AC双向变流器模块图。
图3为本发明的PCS控制器管理模块图。
图4为本发明的温度感应测量模块图。
图5为本发明的可编辑逻辑运算控制模块图。
图6为本发明的相变材料结合风冷控制模块图。
图7为本发明的储能变流器热管理装置的方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供了如图1所示一种储能变流器热管理装置，包括DC/AC双向变流器模块、PCS控制器管理模块、温度感应测量模块、可编辑逻辑运算控制模块，以及相变材料结合风冷控制模块，所述DC/AC双向变流器模块是用于双向流通功率的，能够转变直流电和交流电，把电流在电源和负载之间来回的流向对方；所述PCS控制器管理模块用于控制储能变流器对电化学蓄电池的充电和放电，通过接收自动化控制指令实现有功率和无功率的调节；所述温度感应测量模块是由热电偶传感器和信号转换器组成，是利用智能温度精准测量传感器，感应DC/AC双向变流器模块和PCS控制器管理模块的温度变化，吸收温度的模拟信号进行转换处理，传输到可编辑逻辑运算控制模块中；所述可编辑逻辑运算控制模块接收温度感应测量模块传输的数字信号，进行自动化识别、分析、编辑及控制处理，用于调节储能变流器上相变材料结合风冷控制模块的温度变化；所述相变材料结合风冷控制模块是接收可编辑逻辑运算控制模块的智能化控制指令，通过采取相变材料和风冷结合方式，对储能变流器连接的电化学蓄电池进行吸热散热处理，同时，DC/AC双向变流器模块和PCS控制器管理模块接收到指令，进行自动化调节滤波、电流、电压及功率大小，进行降温处理。
本实施与现有技术的区别在于温度感应测量模块、可编辑逻辑运算控制模块、PCS控制器管理模块，以及相变材料结合风冷控制模块，具体为温度感应测量模块增加数据预处理功能，可编辑逻辑运算控制模块增加了智能编辑指令自动控制功能，PCS控制器管理模块增加了调节控制蓄电池功能，相变材料结合风冷控制模块增加了吸热散热功能，可编辑逻辑运算控制模块和相变材料结合风冷控制模块构成了智能强化控制温度的作用，整个过程是现有技术不具备的，本实施例对具体的算法或程序过程不做限定。
如图2本实施例中，具体说明的是所述DC/AC双向变流器模块包括主电路拓扑单元和滤波器单元，所述主电路拓扑单元是主电路采取三相全桥电路，交流侧安装LCL滤波器，接入家用配电网，直流侧安装CL滤波器，接入若干组电化学蓄电池，当电化学蓄电池充电时，将家用配电网的交流电转换成直流电提供给蓄电池充电，当电化学蓄电池放电时，将直流电逆变转换成交流电返回到家用配电网，其中滤波器用于抑制高频纹波；所述滤波器单元是用于滤波电容和网侧电感对高频电流进行分流，采用卡尔曼滤波算法，具体可采用编辑逻辑运算代码如下
#过程噪声方差q，观测噪声方差r
q,r＝0.1,2
#状态均值x，过程噪声均值w，方差p
x,w,p＝0,0,0
def kalman_filter(z):
global x,p
#预测
x_＝x+w；p_＝p+q；k＝p_/(p_+r)
#更新
x＝x_+k*(z-x_)；p＝(1-k)*p_；return x
pred＝[]#滤波值
for i in range(n):pred.append(kalman_filter(mear[i]))
plt.plot(range(n),mear)；plt.plot(range(n),real)；
plt.plot(range(n),pred)。
如图3本实施例中，具体说明的是所述PCS控制器管理模块包括CAN总线接口单元、接收控制指令单元及蓄电池组充放电单元，所述CAN总线接口单元是串行通信接口，用于实时传输通信数据和分布式控制连接各电路的连接节点；所述接收控制指令单元是接收到可编辑逻辑运算控制模块发出的控温管理指令，作用于调节控制目标蓄电池运行温度；所述蓄电池组充放电单元是接收控制指令单元控制的目标单元，通过控制蓄电池充电和放电的电流、电压、有无功率及时间，对蓄电池运行的温度进行低温控制，避免高温运行充放电的蓄电池，电化学反应加快，电解液蒸发速率块而造成蓄电池易损坏，减少寿命的影响。
如图4本实施例中，具体说明的是所述温度感应测量模块包括温度传感器测量单元和模数信号转换单元，所述温度传感器测量单元是由四个测量温差的热电偶传感器构成，能够根据输出的模拟信号和测量的温度差值，进行数据训练，模拟出对应的线性函数，用于智能化感应测量出的具体温度值；所述模数信号转换单元是利用信号转换器，将模拟信号与数字信号之间进行相互转换，当模数信号转换单元接收温度传感器测量单元传输的温度差模拟信号，将其转换成数字信号，将测量数据带入到对应的线性函数，得出真实温度值，再把得出的数字信号传输到可编辑逻辑运算控制模块中进行处理。
如图5本实施例中，具体说明的是所述可编辑逻辑运算控制模块包括数据输入输出接口单元、PLC微处理器单元、智能编辑控制指令单元及自动化控制SPWM脉冲调节单元，所述数据输入输出接口单元是由通讯接口连接外部电路，用于输入输出数据信号及控制指令，所述数据输入输出接口单元的工作方式是通过编辑程序进行控制；所述PLC微处理器单元是接收数据输入输出接口单元传输的数字信号，利用可编辑的存储器，执行逻辑运算、时序控制、定时、计算和算术运算操作的指令；所述智能编辑控制指令单元是通过可编辑控制器对PLC微处理器单元处理后的数据信号编辑成指令，利用智能控制方法进行自动化控制编辑程序指令；所述自动化控制SPWM脉冲调节单元是由自适应控制和SPWM脉冲调节协同作用的单元，通过将有效的电信号分散成离散形式，来降低电信号传递的平均功率，通过自适应调节脉冲宽度进行控制，能够使得蓄电池组在工作时保持恒定的输出电压。
如图6本实施例中，具体说明的是所述相变材料结合风冷控制模块包括复合PCM相变材料单元、风速调节控制单元及过温散热保护单元，所述复合PCM相变材料单元是用相变材料通过转变物理性质状态来吸收和释放大量的潜热，用于物理降温散热；所述风速调节控制单元是采用PID控制算法，利用电路连接的风冷设备，结合可编辑逻辑运算控制指令，将被控对象的实时数据采集的信息与给定值比较产生的误差，按照比例、积分和微分进行控制，其中，PID控制的传递函数采用公式为
式中，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，τ为微分时间常数；PID控制的输出信号为
如图7本实施例中，具体说明的是所述储能变流器热管理装置的方法，具体步骤如下：
S1、首先利用温度感应测量模块对储能变流器的组成模块进行实时检测温度变化值；
本实施例中，具体说明的是所述温度感应测量模块是采用热电偶传感器测量温度，热电偶传感器是由两种不同的导体和半导体组成一个回路，两端相互连接时，当连接的两结点处温度不同，电路回路中就有电流产生的热势能，能够进行吸热和放热的热势能用于测量温度。
S2、然后把检测到的温度信号传输到可编辑逻辑运算控制模块中，针对储能变流器温度高编辑降温散热的指令，通过命令降低电压、电流、输出功率及有无功率大小进行散热降温控制；
本实施例中，具体说明的是所述指令是运用编辑运算的代码传输控制命令，能够让对应接收指令的模块响应指令的数据信息，执行指令处理过程，指令是由一串二进制数码组成，包含操作码和地址码，其中，操作码是指明该指令需要完成降温散热的操作，地址码是指明操作对象的内容，操作对象即为相变材料结合风冷控制模块及PCS控制器管理模块。
S3、相变材料结合风冷控制模块收到指令启动过温保护管理作用，并传输信号到储能变流器上的组成模块上，进一步调节温度管理控制；
本实施例中，具体说明的是所述过温保护是设置储能变流器连接电化学蓄电池运行过程检测温度的恒温值，当实际运行温度超过限定的恒温值，则会启动可编辑逻辑运算控制模块进行逻辑编写控制指令，用于降温散热处理。
S4、最后储能变流器的组成模块，DC/AC双向变流器模块采取滤波处理，PCS控制器管理模块采取对接入的蓄电池组的充放电控制，以此达到降温控温作用。
本实施例中，具体说明的是所述储能变流器的控制温度方法采用有功功率和无功功率解耦控制，具体为PCS控制器管理模块接收可编辑逻辑运算控制模块发送的有功功率指令和无功功率指令，将电流、电压值输送至PID控制中，利用PID控制运算得出的数据结果，输出SPWM脉冲宽度调节信号来控制储能变流器的运行。
如图7本实施例中，具体说明的是所述储能变流器的组成是由DC/AC双向变流器和PCS控制器组成，DC/AC双向变流器是将电化学蓄电池的直流电进行升压和降压，完成蓄电池的充放电过程，实现双向流通；PCS控制器是利用数据通讯技术，接收控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电和放电过程。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种储能变流器热管理装置，其特征在于：包括DC/AC双向变流器模块、PCS控制器管理模块、温度感应测量模块、可编辑逻辑运算控制模块，以及相变材料结合风冷控制模块，所述DC/AC双向变流器模块是用于双向流通功率的，能够转变直流电和交流电，把电流在电源和负载之间来回的流向对方；所述PCS控制器管理模块用于控制储能变流器对电化学蓄电池的充电和放电，通过接收自动化控制指令实现有功率和无功率的调节；所述温度感应测量模块是由热电偶传感器和信号转换器组成，是利用智能温度精准测量传感器，感应DC/AC双向变流器模块和PCS控制器管理模块的温度变化，吸收温度的模拟信号进行转换处理，传输到可编辑逻辑运算控制模块中；所述可编辑逻辑运算控制模块接收温度感应测量模块传输的数字信号，进行自动化识别、分析、编辑及控制处理，用于调节储能变流器上相变材料结合风冷控制模块的温度变化；所述相变材料结合风冷控制模块是接收可编辑逻辑运算控制模块的智能化控制指令，通过采取相变材料和风冷结合方式，对储能变流器连接的电化学蓄电池进行吸热散热处理，同时，DC/AC双向变流器模块和PCS控制器管理模块接收到指令，进行自动化调节滤波、电流、电压及功率大小。
2.根据权利要求1所述的一种储能变流器热管理装置，其特征在于：所述DC/AC双向变流器模块包括主电路拓扑单元和滤波器单元，所述主电路拓扑单元是主电路采取三相全桥电路，交流侧安装LCL滤波器，接入家用配电网，直流侧安装CL滤波器，接入若干组电化学蓄电池，当电化学蓄电池充电时，将家用配电网的交流电转换成直流电提供给蓄电池充电，当电化学蓄电池放电时，将直流电逆变转换成交流电返回到家用配电网，其中滤波器用于抑制高频纹波；所述滤波器单元是用于滤波电容和网侧电感对高频电流进行分流。
3.根据权利要求1所述的一种储能变流器热管理装置，其特征在于：所述PCS控制器管理模块包括CAN总线接口单元、接收控制指令单元及蓄电池组充放电单元，所述CAN总线接口单元是串行通信接口，用于实时传输通信数据和分布式控制连接各电路的连接节点；所述接收控制指令单元是接收到可编辑逻辑运算控制模块发出的控温管理指令，作用于调节控制目标蓄电池运行温度；所述蓄电池组充放电单元是接收控制指令单元控制的目标单元，通过控制蓄电池充电和放电的电流、电压、有无功率及时间，对蓄电池运行的温度进行低温控制。
4.根据权利要求1所述的一种储能变流器热管理装置，其特征在于：所述温度感应测量模块包括温度传感器测量单元和模数信号转换单元，所述温度传感器测量单元是由四个测量温差的热电偶传感器构成，能够根据输出的模拟信号和测量的温度差值，进行数据训练，模拟出对应的线性函数，用于智能化感应测量出的具体温度值；所述模数信号转换单元是利用信号转换器，将模拟信号与数字信号之间进行相互转换，当模数信号转换单元接收温度传感器测量单元传输的温度差模拟信号，将其转换成数字信号，将测量数据带入到对应的线性函数，得出真实温度值，再把得出的数字信号传输到可编辑逻辑运算控制模块中进行处理。
5.根据权利要求1所述的一种储能变流器热管理装置，其特征在于：所述可编辑逻辑运算控制模块包括数据输入输出接口单元、PLC微处理器单元、智能编辑控制指令单元及自动化控制SPWM脉冲调节单元，所述数据输入输出接口单元是由通讯接口连接外部电路，用于输入输出数据信号及控制指令，所述数据输入输出接口单元的工作方式是通过编辑程序进行控制；所述PLC微处理器单元是接收数据输入输出接口单元传输的数字信号，利用可编辑的存储器，执行逻辑运算、时序控制、定时、计算和算术运算操作的指令；所述智能编辑控制指令单元是通过可编辑控制器对PLC微处理器单元处理后的数据信号编辑成指令，利用智能控制方法进行自动化控制编辑程序指令；所述自动化控制SPWM脉冲调节单元是由自适应控制和SPWM脉冲调节协同作用的单元，通过将有效的电信号分散成离散形式，来降低电信号传递的平均功率，通过自适应调节脉冲宽度进行控制。
6.根据权利要求1所述的一种储能变流器热管理装置，其特征在于：相变材料结合风冷控制模块包括复合PCM相变材料单元、风速调节控制单元及过温散热保护单元，所述复合PCM相变材料单元是用相变材料通过转变物理性质状态来吸收和释放大量的潜热；所述风速调节控制单元是采用PID控制算法，利用电路连接的风冷设备，结合可编辑逻辑运算控制指令，将被控对象的实时数据采集的信息与给定值比较产生的误差，按照比例、积分和微分进行控制。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种储能变流器热管理装置的方法，其特征在于：具体的步骤如下：
S1、首先利用温度感应测量模块对储能变流器的组成模块进行实时检测温度变化值；
S2、然后把检测到的温度信号传输到可编辑逻辑运算控制模块中，针对储能变流器温度高编辑降温散热的指令，通过命令降低电压、电流、输出功率及有无功率大小进行散热降温控制；
S3、相变材料结合风冷控制模块收到指令启动过温保护管理作用，并传输信号到储能变流器上的组成模块上，进一步调节温度管理控制；
S4、最后储能变流器的组成模块，DC/AC双向变流器模块采取滤波处理，PCS控制器管理模块采取对接入的蓄电池组的充放电控制，以此达到降温控温作用。
8.根据权利要求1所述的一种储能变流器热管理装置的方法，其特征在于：所述储能变流器的组成是由DC/AC双向变流器和PCS控制器组成，DC/AC双向变流器是将电化学蓄电池的直流电进行升压和降压，完成蓄电池的充放电过程；PCS控制器是利用数据通讯技术，接收控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电和放电过程。
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