CN116345504A - 一种储能系统及电源系统 - Google Patents

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CN116345504A CN202310321292.8A CN202310321292A CN116345504A CN 116345504 A CN116345504 A CN 116345504A CN 202310321292 A CN202310321292 A CN 202310321292A CN 116345504 A CN116345504 A CN 116345504A
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徐金城
李本强
姜安营
王东
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Abstract

本申请公开了一种储能系统及电源系统，储能系统包括：控制器、并网开关和储能变流器；储能变流器包括：功率变换电路、第一电压采样电路和第二电压采样电路；功率变换电路的交流输出端通过第一电压采样电路连接并网开关的第一端；并网开关的第二端用于连接电网；第二电压采样电路用于连接电网；第一电压采样电路用于采样储能变流器的变流器电压；第二电压采样电路用于采样电网电压；控制器，用于当储能系统需要并网，且变流器电压与电网电压同步时，控制并网开关闭合。储能变流器能够直接采样电网电压，并网开关仅需具备简单的受控功能；简化了并网开关的复杂度，降低了成本，也提高了并网检测的实时性。

Description

一种储能系统及电源系统
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及一种储能系统及电源系统。
背景技术
为了满足储能系统的并网和离网需求，储能系统常常在储能变流器(PowerConversion System,PCS)和电网之间设置一个并网开关，当并网开关闭合时，储能变流器并网；并网开关断开时，储能变流器离网。
但是，当并网开关断开时，PCS与电网之间无电气连接；在PCS需要并网时，并网开关需要对电网信息进行检测，并通过并网开关与PCS之间的通讯连接将电网信息传输给PCS，再由PCS判断并网条件，进行并网开关闭合等控制。这就要求并网开关具备电网信息检测功能，并和PCS之间具备实时通讯，增加了并网开关的复杂度和成本，且易产生通讯延迟。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种储能系统及电源系统，简化了并网开关的功能，成本低；并网控制的实时性更高，控制效果更好。
为解决上述问题，本申请提供的技术方案如下：
在本申请第一方面提供一种储能系统，包括：控制器、并网开关和储能变流器；
储能变流器包括：功率变换电路、第一电压采样电路和第二电压采样电路；
功率变换电路的交流输出端通过第一电压采样电路连接并网开关的第一端；并网开关的第二端用于连接电网；第二电压采样电路用于连接电网；
第一电压采样电路用于采样储能变流器的变流器电压；
第二电压采样电路用于采样电网电压；
控制器，用于当储能系统需要并网，且变流器电压与电网电压同步时，控制并网开关闭合。
优选地，控制器，具体用于当储能系统需要并网时，根据电网电压调节变流器电压，使变流器电压与电网电压同步。
优选地，控制器，还用于当储能系统需要离网时，控制变流器电压维持在预设电压范围内，且增加储能变流器的交流输出端的虚拟阻抗，再控制并网开关断开。
优选地，控制器，具体用于在并网开关闭合，且电网电压异常时，判断储能系统需要离网；在并网开关断开，且电网电压恢复正常时，判断储能系统需要并网。
优选地，储能系统具体包括多个储能变流器；
多个储能变流器并联连接并网开关的第一端；
多个储能变流器中包括主机变流器，其余为从机变流器；
控制器为主机变流器的控制器。
优选地，功率变换电路具体包括：第一直流变换电路、第二直流变换电路和逆变电路；
第一直流变换电路的第一端、第二直流变换电路的第一端和逆变电路的输入端连接在一起；
第一直流变换电路的第二端用于连接光伏阵列；
第二直流变换电路的第二端用于连接储能设备；
逆变电路的输出端为功率变换电路的交流输出端。
本申请第二方面提供一种电源系统，包括：控制器、并网开关和逆变器；
逆变器包括：逆变电路、第一电压采样电路和第二电压采样电路；
逆变电路的输出端通过第一电压采样电路连接并网开关的第一端；并网开关的第二端用于连接电网；第二电压采样电路用于连接电网；
第一电压采样电路用于采样逆变器的逆变器电压；
第二电压采样电路用于采样电网电压；
控制器，用于当电源系统需要并网，且逆变器电压与电网电压同步时，控制并网开关闭合。
优选地，控制器，具体用于当电源系统需要并网时，根据电网电压调节逆变器电压，使逆变器电压与电网电压同步。
优选地，控制器，还用于当电源系统需要离网时，控制逆变器电压维持在预设电压范围内，且增加逆变器的输出端的虚拟阻抗，再控制并网开关断开。
优选地，控制器，具体用于在并网开关闭合，且电网电压异常时，判断电源系统需要离网；在并网开关断开，且电网电压恢复正常时，判断电源系统需要并网。
由此可见，本申请具有如下有益效果：
本申请提供的储能系统，包括：控制器、并网开关和储能变流器；储能变流器包括：功率变换电路、第一电压采样电路和第二电压采样电路；功率变换电路的交流输出端通过第一电压采样电路连接并网开关的第一端；并网开关的第二端用于连接电网；第二电压采样电路用于连接电网。第一电压采样电路用于采样储能变流器的变流器电压；第二电压采样电路用于采样电网电压；控制器，用于当变流器电压与电网电压同步时，控制并网开关闭合。不论并网开关闭合与否，第二电压采样电路均与电网保持电气连接，可以采样到电网电压；由于第二电压采样电路为储能变流器内部的功能电路，因此储能变流器能够直接获得第二电压采样电路采样到的电网电压，省去了这一部分数据传输所需的通讯连接，实时性更好。本申请提供的储能系统，储能变流器能够直接采样电网电压，并网开关仅需具备简单的受控功能；简化了并网开关的复杂度，降低了成本，提高了并网检测的实时性。
附图说明
图1为一种储能系统的示意图；
图2为本申请实施例提供的一种储能系统的示意图；
图3为本申请实施例提供的另一种储能系统的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种电源系统的示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解和实施本申请的技术方案，下面介绍本申请的具体应用场景。
参见图1，该图为一种储能系统的示意图。
储能系统包括：并网开关K1和储能变流器PCS。
储能变流器PCS的交流输出端连接并网开关K1的第一端；并网开关K1的第二端连接电网。
并网开关K1的第二端还设置有采样端口，用于采样电网的电压；并网开关K1和PCS之间还存在通讯连接。
当储能系统需要并网时，并网开关K1的采样端口采样电网的电压，并通过通讯连接传输给PCS；PCS完成对自身输出端的电压的采样；PCS比较电网的电压与PCS输出端的电压，当符合并网条件时，控制并网开关K1闭合。
可以看出，图1所示的储能系统，并网开关需要具备采样功能，且需要增加对应的通讯连接，实现较复杂；且根据通讯获得的信息进行控制，延迟较高。
下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例进行详细的说明。
参见图2，该图为本申请实施例提供的一种储能系统的示意图。
本申请实施例提供的储能系统，包括：控制器(图中未示出)、并网开关K1和储能变流器PCS。
储能变流器PCS包括：第一电压采样电路100、第二电压采样电路200和功率变换电路300。
功率变换电路300的交流输出端通过第一电压采样电路100连接并网开关K1的第一端。
并网开关K1的第二端用于连接电网。
第二电压采样电路200也用于连接电网。
并网开关K1的第一端还用于连接负载。
应该理解，图2仅为一种可能的实现方式，体现了储能系统连接电网和连接负载的区别；在其他可能的实现方式中，并网开关K1的第一端也可以不连接负载，则储能系统仅与电网交换能量。
第一电压采样电路100用于采样储能变流器的变流器电压。
第二电压采样电路200用于采样电网电压。
不论并网开关K1闭合或断开，第二电压采样电路200均连接电网，均能采样到电网电压；且第二电压采样电路200是PCS内部的功能电路，其采样到的电网电压无需再通过通讯连接传输给PCS，一定程度上降低了通讯延迟。
控制器，用于当变流器电压与电网电压同步时，控制并网开关闭合。
其中，变流器电压与电网电压同步具体是指变流器电压与电网电压的频率、相位和幅值均一致；变流器电压与电网电压的频率、相位和幅值均一致，能够减小储能系统并网时对电网带来的冲击，提高电网的稳定性。
应该理解，变流器电压与电网电压的频率、相位和幅值一致，并不严格要求相等，允许一定的误差范围。
在一些可能的实施例中，为了使变流器电压与电网电压同步，控制器具体可以根据电网电压对变流器电压进行调节。
本申请实施例提供的储能系统，包括：控制器、并网开关和储能变流器；储能变流器包括：功率变换电路、第一电压采样电路和第二电压采样电路；功率变换电路的交流输出端通过第一电压采样电路连接并网开关的第一端；并网开关的第二端用于连接电网；第二电压采样电路用于连接电网。第一电压采样电路用于采样储能变流器的变流器电压；第二电压采样电路用于采样电网电压；控制器，用于当变流器电压与电网电压同步时，控制并网开关闭合。不论并网开关闭合与否，第二电压采样电路均与电网保持电气连接，可以采样到电网电压；由于第二电压采样电路为储能变流器内部的功能电路，因此储能变流器能够直接获得第二电压采样电路采样到的电网电压，省去了这一部分数据传输所需的通讯连接，实时性更好。本申请实施例提供的储能系统，储能变流器能够直接采样电网电压，并网开关仅需具备简单的受控功能；简化了并网开关的复杂度，降低了成本，提高了并网检测的实时性。
在一些实施例中，为了提高储能系统的可用功率，储能系统可以采用多个储能变流器并联。下面结合附图进行详细说明。
参见图3，该图为本申请实施例提供的另一种储能系统的示意图。
与上述实施例相同地，本申请实施例提供的储能系统包括：控制器、并网开关K1和储能变流器。
其中，储能系统具体包括多个储能变流器，分别为第一储能变流器PCS1直至第n储能变流器PCSn。
多个储能变流器并联连接并网开关K1的第一端。
并网开关K1和储能变流器的其余连接关系均可参见上述实施例，在此不再赘述。
为了保证第一电压采样电路和第二电压采样电路的准确性，本申请采用相同的多个PCS，并令每个PCS中的第二电压采样电路均连接电网；这种情况下，多个PCS的第一电压采样电路可以互相验证采样结果的准确性，第二电压采样电路同理；从而能够提高并网检测的准确性。
当然，由于PCS并联后，不同PCS的第一电压采样电路采样到的变流器电压应一致，且第二电压采样电路均采样电网电压，也应一致；因此，为了简化储能系统的连接关系，可以仅采用一个PCS中的第二电压采样电路与电网连接；甚至为了降低PCS的总成本，可以仅令一个PCS具有第一电压采样电路和第二电压采样电路，其他PCS不具有第一电压采样电路和第二电压采样电路。
本申请不具体限定储能系统的具体应用场景，例如：储能系统常常与新能源发电设备相结合，进行新能源发电波动平抑等控制，使电网更好地消纳新能源发电设备提供的电能。
本申请实施例以储能系统搭配光伏阵列进行并网为例进行详细介绍。
具体地，功率变换电路300包括：第一直流变换电路DCDC1、第二直流变换电路DCDC2和逆变电路DCAC。
第一直流变换电路DCDC1的第一端、第二直流变换电路DCDC2的第一端和逆变电路DCAC的输入端连接在一起。
第一直流变换电路DCDC1的第二端用于连接光伏阵列。
第二直流变换电路DCDC2的第二端用于连接储能设备。
逆变电路DCAC的输出端为储能变流器的交流输出端。
为了便于对多个储能变流器进行控制，在一种可能的实现方式中，在多个储能变流器中设置了主机和从机，采用主从机控制方式；则控制并网开关的控制器具体为主机变流器的控制器。当然，在其他可能的实现方式中，也可以由一个总控制器对每个PCS分别进行控制，本申请对此不做具体限定。
例如：本申请实施例中，第一储能变流器PCS1为主机，其余储能变流器为从机。
当储能系统从并网切换至离网时：
应该理解，在并网状态下，第一电压采样电路和第二电压采样电路采样的电压相同，主机变流器的任意一个电压检测电路检测到电网电压异常，或从机变流器检测到电网电压异常，通过主从机之间的通信连接告知主机，令主机控制器动作。
主机控制器，具体用于控制变流器电压维持在预设电压范围内，且增加储能变流器的交流输出端的虚拟阻抗，再控制并网开关K2断开。
控制变流器电压维持在预设电压范围内，能够避免电网电压异常连带导致储能变流器的电压异常；提高储能系统运行的稳定性。
增加储能变流器的交流输出端的虚拟阻抗，能够防止过流；保障了储能系统的安全性。
当储能系统从离网切换至并网时：
主机控制器检测到第二电压采样电路的电网电压恢复正常时，具体根据电网电压调节变流器电压，当变流器电压与电网电压同步时，控制并网开关K2闭合。
具体地，主机变流器可以通过与从机变流器的通信连接告知从机变流器，从机变流器的控制器与主机变流器的控制器一同控制变流器电压的同步。
应该理解，储能系统需要进行并网或离网时，除了上述实施例中的自动检测电压是否异常，还可以是由人工发出并网指令；本申请对此不做具体限定。
基于以上实施例提供的储能系统，本申请实施例还提供一种电源系统，下面结合附图进行详细介绍。
除了在储能场景下，上述实施例提供的方案还可以进一步应用于多个逆变器并联的电源系统。
本申请不具体限定电源系统的应用场景，例如：电源系统可以具体为光伏阵列的并网系统；还可以为风力发电机组的并网系统。
本申请实施例提供的电源系统，包括：并网开关K2和逆变器DCAC。
逆变器DCAC包括：逆变电路400、第一电压采样电路100和第二电压采样电路200。
逆变电路400的输出端通过第一电压采样电路100连接并网开关K2的第一端。
并网开关K2的第二端用于连接电网。第二电压采样电路200用于连接电网。
第一电压采样电路100用于采样逆变器的逆变器电压。第二电压采样电路200用于采样电网电压。
不论并网开关K2闭合或断开，第二电压采样电路200均连接电网，均能采样到电网电压；且第二电压采样电路200是逆变器内部的功能电路，其采样到的电网电压无需再通过通讯连接传输给逆变器，一定程度上降低了通讯延迟。
控制器，用于当电源系统需要并网，且逆变器电压与电网电压同步时，控制并网开关闭合。
在一些实施例中，控制器，具体用于根据电网电压调节逆变器电压，使逆变器电压与电网电压同步，以控制并网开关闭合。
在一些实施例中，控制器，具体用于在并网开关闭合，且电网电压异常时，判断电源系统需要离网；在并网开关断开，且电网电压恢复正常时，判断电源系统需要并网。
应该理解，对电源系统并网或离网的控制，还可以具体由人工发出并网指令或离网指令完成，本申请对此不做具体限定。
在一些实施例中，控制器，具体用于当电源系统需要离网时，控制逆变器电压维持在预设电压范围内，且增加逆变器的输出端的虚拟阻抗，再控制并网开关断开。
在离网前控制逆变器电压维持在预设电压范围内，能够避免电网电压异常等情况对电源系统的电压产生较大影响；提高电源系统的稳定性。
增加逆变器的输出端的虚拟阻抗，能够避免并网开关断开时，产生短暂地过流；提高电源系统的安全性。
本申请提供的电源系统，包括：控制器、并网开关和逆变器；逆变器包括：逆变电路、第一电压采样电路和第二电压采样电路；逆变电路的输出端通过第一电压采样电路连接并网开关的第一端；并网开关的第二端用于连接电网；第二电压采样电路用于连接电网。第一电压采样电路用于采样逆变器的逆变器电压；第二电压采样电路用于采样电网电压；控制器，用于当逆变器电压与电网电压同步时，控制并网开关闭合。不论并网开关闭合与否，第二电压采样电路均与电网保持电气连接，可以采样到电网电压；由于第二电压采样电路为逆变器内部的功能电路，因此逆变器能够直接获得第二电压采样电路采样到的电网电压，省去了这一部分数据传输所需的通讯连接，实时性更好。本申请提供的电源系统，逆变器能够直接采样电网电压，并网开关仅需具备简单的受控功能；简化了并网开关的复杂度，降低了成本，提高了并网检测的实时性。
需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种储能系统，其特征在于，包括：控制器、并网开关和储能变流器；
所述储能变流器包括：功率变换电路、第一电压采样电路和第二电压采样电路；
所述功率变换电路的交流输出端通过所述第一电压采样电路连接所述并网开关的第一端；所述并网开关的第二端用于连接电网；所述第二电压采样电路用于连接电网；
所述第一电压采样电路用于采样所述储能变流器的变流器电压；
所述第二电压采样电路用于采样电网电压；
所述控制器，用于当所述储能系统需要并网，且所述变流器电压与所述电网电压同步时，控制所述并网开关闭合。
2.根据权利要求1所述的储能系统，其特征在于，所述控制器，具体用于当所述储能系统需要并网时，根据所述电网电压调节所述变流器电压，使所述变流器电压与所述电网电压同步。
3.根据权利要求2所述的储能系统，其特征在于，所述控制器，还用于当所述储能系统需要离网时，控制所述变流器电压维持在预设电压范围内，且增加所述储能变流器的交流输出端的虚拟阻抗，再控制所述并网开关断开。
4.根据权利要求3所述的储能系统，其特征在于，所述控制器，具体用于在所述并网开关闭合，且所述电网电压异常时，判断所述储能系统需要离网；在所述并网开关断开，且所述电网电压恢复正常时，判断所述储能系统需要并网。
5.根据权利要求1-4任一项所述的储能系统，其特征在于，所述储能系统具体包括多个储能变流器；
所述多个储能变流器并联连接所述并网开关的第一端；
所述多个储能变流器中包括主机变流器，其余为从机变流器；
所述控制器为所述主机变流器的控制器。
6.根据权利要求1-4任一项所述的储能系统，其特征在于，所述功率变换电路具体包括：第一直流变换电路、第二直流变换电路和逆变电路；
所述第一直流变换电路的第一端、所述第二直流变换电路的第一端和所述逆变电路的输入端连接在一起；
所述第一直流变换电路的第二端用于连接光伏阵列；
所述第二直流变换电路的第二端用于连接储能设备；
所述逆变电路的输出端为所述功率变换电路的交流输出端。
7.一种电源系统，其特征在于，包括：控制器、并网开关和逆变器；
所述逆变器包括：逆变电路、第一电压采样电路和第二电压采样电路；
所述逆变电路的输出端通过所述第一电压采样电路连接所述并网开关的第一端；所述并网开关的第二端用于连接电网；所述第二电压采样电路用于连接电网；
所述第一电压采样电路用于采样所述逆变器的逆变器电压；
所述第二电压采样电路用于采样电网电压；
所述控制器，用于当所述电源系统需要并网，且所述逆变器电压与所述电网电压同步时，控制所述并网开关闭合。
8.根据权利要求7所述的电源系统，其特征在于，所述控制器，具体用于当所述电源系统需要并网时，根据所述电网电压调节所述逆变器电压，使所述逆变器电压与所述电网电压同步。
9.根据权利要求8所述的电源系统，其特征在于，所述控制器，还用于当所述电源系统需要离网时，控制所述逆变器电压维持在预设电压范围内，且增加所述逆变器的输出端的虚拟阻抗，再控制所述并网开关断开。
10.根据权利要求9所述的电源系统，其特征在于，所述控制器，具体用于在所述并网开关闭合，且所述电网电压异常时，判断所述电源系统需要离网；在所述并网开关断开，且所述电网电压恢复正常时，判断所述电源系统需要并网。
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