CN117767697A - 一种功率变换器、其控制方法及储能系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种功率变换器、其控制方法及储能系统，功率变换器包括功率变换电路、集成电感、采样电路、滤波电路和控制器。功率变换电路的输入端连接第一母线，功率变换电路的输出端连接第二母线。集成电感包括第一绕组、第二绕组和第三绕组，第一绕组和第二绕组连接第一母线或第二母线，第一绕组和第二绕组构成共模电感线圈且用于共模滤波，第三绕组与比较电路连接且用于检测漏电流。采样电路将第三绕组输出的感应电流信号转换为脉动直流电压信号，经滤波电路滤波后生产直流电压信号，控制器根据直流电压信号输出保护信号，保护信号用于指示功率变换电路停止向第二母线输出，以完成相应的漏电流检测功能。

Description

一种功率变换器、其控制方法及储能系统

技术领域

本申请涉及能源技术领域，尤其涉及一种功率变换器、其控制方法及储能系统。

背景技术

目前，在诸如通信电池、数据中心储能电池、车载动力电池及光伏储能电池等储能场景或者具有变换功能的电源电路中，需要增加剩余电流检测电路进行漏电流保护，避免因漏电导致的电源失效。并且，在具备功率变换功能的储能设备或电源电路中，需要增加具有共模电感的滤波电路，共模电感可以对共模分量进行滤波，以保障储能设备或电源电路的电磁兼容性(electromagnetic compatibility，EMC)性能。

其中，剩余电流检测装置(residual current device，RCD)的作用是及时检测线路中的剩余电流即漏电电流，根据漏电电流的大小判断是否发生漏电，以杜绝由于漏电引发的危险。剩余电流检测包括以下三种类型：(1)A型剩余电流检测：仅可以对正弦交流信号进行检测；(2)AC型剩余电流检测：可以对正弦交流信号和脉动直流信号进行检测；(3)B型剩余电流检测：可以对正弦交流信号、脉动直流信号以及直流信号进行检测。剩余电流检测可以采用以下三种检测方式：(1)电流互感器(current transformer，CT)：仅可作为A型剩余电流检测，在直流场景下无法完成测量；(2)霍尔传感器：成本高，易受外部大的电流磁场干扰，由于磁芯磁滞的影响，当被测电流含有较大直流分量时，霍尔互感器的检测误差也会增大；(3)磁通门传感器：成本较高，体积较大。

因此，目前在同时具有剩余电流检测和共模滤波需求的情况下，功率转换装置内需要分别设置用于剩余电流检测和用于共模滤波的两个磁器件，两个磁器件会增加装置成本，所占电路板的面积较大，且会增加单板的损耗。

发明内容

本申请提供了一种功率变换器、其控制方法及储能系统，用以节省成本、减少磁器件所占电路板面积且减少单板损耗。

第一方面，本申请实施例提供一种功率变换器，功率变换器包括功率变换电路、集成电感、采样电路、滤波电路和控制器。其中，功率变换电路的输入端用于连接第一母线，第一母线可以连接储能装置、电源或其他电路的输出端；功率变换电路的输出端用于连接第二母线，第二母线可以连接负载设备或电网。功率变换电路用于将第一母线提供的电能经过功率转换后输出至第二母线。集成电感串联在功率变换电路的输入端与第一母线之间，或，集成电感串联在功率变换电路的输出端与第二母线之间。集成电感包括第一绕组、第二绕组和第三绕组。集成电感为集成了共模滤波和漏电流检测的磁器件，其中，第一绕组和第二绕组构成共模电感线圈且用于共模滤波，第三绕组与采样电路连接且用于检测漏电流。在具体实施时，第一绕组和第二绕组可以连接第一母线，此时集成电感作为输入滤波使用且集成电感采用第三绕组可以检测功率变换电路的输入端是否具有漏电流。或者，第一绕组和第二绕组也可以连接第二母线，此时集成电感作为输出滤波使用且集成电感采用第三绕组可以检测功率变换电路的输出端是否具有漏电流。采样电路与滤波电路连接，采样电路可以根据第三绕组输出的感应电流信号，将感应电流信号转换为脉动直流电压信号，并向滤波电路输出脉动直流电压信号。滤波电路与控制器连接，滤波电路在收到脉动直流电压信号后，会对脉动直流电压信号进行低通滤波，将脉动直流电压信号转换为直流电压信号，并向控制器输出直流电压信号。控制器在收到直流电压信号后，会根据直流电压信号生成并输出相应的保护信号，保护信号用于指示功率变换电路停止向第二母线输出，以完成相应的漏电流保护功能。

在本申请中，将用于滤波的共模电感和用于剩余电流保护的检测电感集成为同一个电感，以减少磁器件使用数量从而节省成本、减少磁器件所占电路板面积且减少单板损耗，并且配合相应电路，同时实现共模滤波和剩余电流检测的功能。

在本申请一些实施例中，控制器在收到直流电压信号后，可以根据直流电压信号计算漏电流数值，并向上位机输出计算出的漏电流数值，以便上位机根据漏电流数值进行相应的操作，例如进行预警或断电等操作。控制器可以根据采样电路采集到的感应电流信号，对漏电流进行精确检测和计算，以便进行相应保护操作。

在本申请一些实施例中，控制器还可以根据计算出的漏电流数值，进行分级保护。即控制器可以根据漏电流数值在满足不同条件时，生成并输出不同的保护信号，以便进行分级保护。

在本申请一些实施例中，保护信号包括第一信号，控制器可以采用向功率变换电路输出第一信号，第一信号用于控制功率变换电路停止工作的方式，对功率变换电路进行停机处理，使功率变换电路停止向第二母线输出。

在本申请另一些实施例中，保护信号包括第二信号，在功率变换电路的外侧设置有开关，开关具体可以采用继电器实现其功能。控制器还可以采用对开关输出第二信号，第二信号用于控制开关断开的方式，切断母线与功率变换电路之间的连接，使功率变换电路停止向第二母线输出。具体地，功率变换器可以包括与第一母线串联的第一开关，以及与第二母线串联的第二开关。在集成电感设置在功率变换电路的输入端一侧，即集成电感设置在第一开关与功率变换电路的输入端时，控制器可以向第一开关输出第二信号，第二信号用于控制第一开关断开。进一步地，控制器也可以同时向第一开关输出第二信号以及向功率变换电路输出第一信号，第一信号用于控制功率变换电路停止工作同时第二信号用于控制第一开关断开的方式，对功率变换电路进行停机处理且对第一开关进行断开处理，使功率变换电路停止向第二母线输出。在集成电感设置在功率变换电路的输出端一侧，即集成电感设置在第二开关与功率变换电路的输出端时，控制器可以向第二开关输出第二信号，第二信号用于控制第二开关断开。进一步地，控制器也可以同时向第二开关输出第二信号以及向功率变换电路输出第一信号，第一信号用于控制功率变换电路停止工作同时第二信号用于控制第二开关断开的方式，对功率变换电路进行停机处理且对第二开关进行断开处理，使功率变换电路停止向第二母线输出。

在本申请一些实施例中，第一绕组、第二绕组和第三绕组可以绕在同一磁芯上，第一绕组和第二绕组的匝数和相位都相同且绕制反向，第三绕组的匝数一般多于第一绕组的匝数。当正常的电流流经集成电感时，电流在同相位绕制的第一绕组和第二绕组中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常的电流主要受绕组电阻的影响；当有共模电流流经第一绕组和第二绕组时，由于共模电流的同向性，会在第一绕组和第二绕组内产生同向的磁场而增大第一绕组和第二绕组的感抗，使第一绕组和第二绕组表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的作用。第三绕组作为集成电感的二次侧线圈，在磁芯的磁通作用下，产生感应电势，从而在二次回路即第三绕组中产生一个正比于漏电流的感应电流。在正常情况下，共模电流很小，在发生漏电时，漏电流通过第一绕组和第二绕组输出，产生较大的共模电流，集成电感的第三绕组根据共模电流产生的磁通量生成感应电势而产生感应电流信号，漏电流越大，则第三绕组产生的感应电势即感应电流也就越大。

在本申请一些实施例中，功率变换电路可以为直流转直流变换电路器(DC-DCConverter，DCDC)，DCDC用于通过升压或者降压的方式，将储能装置提供的直流电转换为不同电压，以供后级设备。

在本申请另一些实施例中，功率变换器还可以包括交流转直流变换电路，交流转直流变换电路的输出端可以通过集成电感与直流转直流变换电路的输入端连接；或者，交流转直流变换电路的输出端也可以直接与直流转直流变换电路的输入端连接，且直流转直流变换电路的输出端与集成电感连接。

在本申请另一些实施例中，功率变换电路也可以具体为直流转交流变换电路，具体可以为储能变流器(power conversion system，PCS)，PCS用于将直流电转换为交流电，负责交流电网构网。

在本申请另一些实施例中，功率变换电路具体可以包括DCDC和PCS，DCDC连接在储能装置与PCS之间，PCS作为DCDC的后级设备与电网连接。

在本申请另一些实施例中，功率变换电路也可以具体为交流转直流变换电路，交流转直流变换电路用于将交流电转换为直流电，之后可以对负载供电。

第二方面，本申请提供了一种储能系统，包括储能装置和第一方面提供的上述功率变换器，储能装置通过第一母线与功率变换器连接，功率变换器用于将储能装置提供的电能经过功率转换后输出。本申请实施例提供的功率变换器可以广泛应用于如通信电池、数据中心储能电池、车载动力电池及光伏储能电池等储能场景也可以应用于具有功率变换功能的电源电路。功率变换器中将用于滤波的共模电感和用于剩余电流保护的检测电感集成为同一个电感，以减少磁器件使用数量从而节省成本、减少磁器件所占电路板面积且减少单板损耗，并且配合相应电路，同时实现共模滤波和剩余电流检测的功能。

第三方面，本申请提供了一种功率变换器的控制方法，其中功率变换器为第一方面提供的功率变换器。该控制方法具体可以包括以下步骤：采样电路根据第三绕组输出的感应电流信号，向滤波电路输出脉动直流电压信号；滤波电路对脉动直流电压信号进行滤波，向控制器输出直流电压信号；控制器根据直流电压信号，生成并输出保护信号，保护信号用于指示功率变换电路停止向第二母线输出。

在本申请中，将用于滤波的共模电感和用于剩余电流保护的检测电感集成为同一个电感，以减少磁器件使用数量从而节省成本、减少磁器件所占电路板面积且减少单板损耗，并且配合相应电路，同时实现共模滤波和剩余电流检测的功能。

在本申请一些实施例中，控制器在收到直流电压信号后，可以根据直流电压信号计算漏电流数值，并向上位机输出计算出的漏电流数值，以便上位机根据漏电流数值进行相应的操作，例如进行预警或断电等操作。控制器可以根据采样电路采集到的感应电流信号，对漏电流进行精确检测和计算，以便进行相应保护操作。

在本申请一些实施例中，控制器还可以根据计算出的漏电流数值，进行分级保护。即控制器可以根据漏电流数值在满足不同条件时，生成并输出不同的保护信号，以便进行分级保护。

在本申请一些实施例中，保护信号包括第一信号，控制器可以采用向功率变换电路输出第一信号，第一信号用于控制功率变换电路停止工作的方式，对功率变换电路进行停机处理，使功率变换电路停止向第二母线输出。

在本申请一些实施例中，保护信号包括第二信号，在功率变换电路的外侧设置有开关，开关具体可以采用继电器实现其功能。控制器还可以采用对开关输出第二信号，第二信号用于控制开关断开的方式，切断母线与功率变换电路之间的连接，使功率变换电路停止向第二母线输出。具体地，功率变换器可以包括串联在集成电感与第一母线之间的第一开关，以及串联在集成电感与第二母线之间的第二开关。

在本申请一些实施例中，在集成电感设置在功率变换电路的输入端一侧，即集成电感设置在第一开关与功率变换电路的输入端时，控制器可以向第一开关输出第二信号，第二信号用于控制第一开关断开。进一步地，控制器也可以同时向第一开关输出第二信号以及向功率变换电路输出第一信号，第一信号用于控制功率变换电路停止工作，第二信号用于控制第一开关断开的方式，对功率变换电路进行停机处理且对第一开关进行断开处理，使功率变换电路停止向第二母线输出。

在本申请另一些实施例中，在集成电感设置在功率变换电路的输出端一侧，即集成电感设置在第二开关与功率变换电路的输出端时，控制器可以向第二开关输出第二信号，第二信号用于控制第二开关断开。进一步地，控制器也可以同时向第二开关输出第二信号以及向功率变换电路输出第一信号，第一信号用于控制功率变换电路停止工作，第二信号用于控制第二开关断开的方式，对功率变换电路进行停机处理且对第二开关进行断开处理，使功率变换电路停止向第二母线输出。

第二方面和第三方面中的任一可能设计可以达到的技术效果，请参照上述第一方面中的任一可能设计可以达到的技术效果，这里不再重复赘述。本申请的这些方面或其它方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。

图1为现有的功率变换器的结构示意图；

图2为现有的功率变换器的具体电路示意图；

图3a为本申请实施例提供的功率变换器的一种电路结构示意图；

图3b为本申请实施例提供的功率变换器的另一种电路结构示意图；

图4为本申请实施例提供的功率变换器的一种电路结构示意图；

图5为本申请实施例提供的功率变换器的另一种电路结构示意图；

图6为本申请实施例提供的功率变换器的另一种电路结构示意图；

图7为本申请实施例提供的功率变换器的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

另外，在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本申请中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可以做出改变，所做改变均包含在本申请保护范围内。本申请的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。

参照图1，在诸如通信电池、数据中心储能电池、车载动力电池及光伏储能电池等储能场景或者具有变换功能的电源电路中，功率变换器需要增加剩余电流检测电路进行漏电流保护，避免因漏电导致的电源失效。并且，功率变换器中一般具有对共模分量进行滤波的滤波电路，以保障功率变换器的电磁兼容性(electromagnetic compatibility，EMC)性能。图1中以滤波电路包括输入滤波电路和输出滤波电路，且剩余电流检测电路设置在输出端一侧为例，其中输入滤波电路设置在输入母线与功率变换电路之间，输出滤波电路设置在输出母线和功率变换电路之间。

参照图2，剩余点流量检测电路包括检测电感和与检测电感连接的检测电路，通过检测电感感应出的电流信号，检测电路可以确定流经检测电感的漏电流大小。滤波电路包括共模电感，共模电感具有绕在同一铁芯上的匝数和相位都相同且绕制反向的两个线圈(或称为绕组)。当功率变换器中正常的电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的线圈中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常的电流主要受线圈电阻的影响；当有共模电流流经线圈时，由于共模电流的同向性，会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的作用。

由于检测电感和共模电感均为磁器件，在功率变换器中设置多个磁器件会增加装置成本，所占电路板的面积较大，且会增加单板的损耗。

为了克服上述问题，本申请提供一种功率变换器、其控制方法及储能系统，将用于滤波的共模电感和用于剩余电流保护的检测电感集成为同一个电感，以减少磁器件使用数量从而节省成本、减少磁器件所占电路板面积且减少单板损耗，并且配合相应电路，同时实现共模滤波和剩余电流保护的功能。

下面结合附图对本申请提供的功率变换器、其控制方法及储能系统进行详细说明。

参照图3a和图3b，在本申请实施例中，功率变换器包括：功率变换电路11、集成电感12、采样电路13、滤波电路14和控制器15。其中，功率变换电路11的输入端用于连接第一母线21，第一母线21可以连接储能装置、电源或其他电路的输出端；功率变换电路11的输出端用于连接第二母线22，第二母线22可以连接负载设备或电网。功率变换电路11用于将第一母线21提供的电能经过功率转换后输出至第二母线22。

功率变换电路11包括多个开关管，控制器15用于控制功率变换电路中开关管的通断状态，以控制功率变换电路的输出电压和输出电流，进而控制功率变换电路的输出效率和转换效率。功率变换电路中使用的开关管需要选用可以高频切换通断状态的开关管，例如开关管可以选用金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor fieldeffect transistor，MOSFET)，双极结型晶体管(bipolar junction transistor，BJT)，绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)等多种类型的开关管中的一种或多种，本申请实施例对此不再一一列举。示例性的，控制器可以是微处理器(microcontroller unit，MCU)、通用中央处理器(central processing unit，CPU)、通用处理器、数字信号处理(digital signal processing，DSP)、专用集成电路(applicationspecific integrated circuits，ASIC)、现场可编程门阵列(field programmable gatearray，FPGA)等其中的任意一种，也可以是其它可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件中的任意一种或多种的组合。

参照图3a，集成电感12可以串联在功率变换电路11的输入端与第一母线21之间，或者，参照图3b，集成电感12也可以串联在功率变换电路11的输出端与第二母线22之间。集成电感12具体可以包括第一绕组f1、第二绕组f2和第三绕组f3。集成电感12为集成了共模滤波和漏电流检测的磁器件，其中，第一绕组f1和第二绕组f2构成共模电感线圈且用于共模滤波，第三绕组f3与采样电路13连接且用于检测漏电流。具体地，第一绕组f1、第二绕组f2和第三绕组f3可以绕在同一磁芯上，第一绕组f1和第二绕组f2的匝数和相位都相同且绕制反向，第三绕组f3的匝数一般多于第一绕组f1的匝数。当正常的电流流经集成电感12时，电流在同相位绕制的第一绕组f1和第二绕组f2中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常的电流主要受绕组电阻的影响；当有共模电流流经第一绕组f1和第二绕组f2时，由于共模电流的同向性，会在第一绕组f1和第二绕组f2内产生同向的磁场而增大第一绕组f1和第二绕组f2的感抗，使第一绕组f1和第二绕组f2表现为高阻抗，产生较强的阻尼效果，以此衰减共模电流，达到滤波的作用。第三绕组f3作为集成电感12的二次侧线圈，在磁芯的磁通作用下，产生感应电势，从而在二次回路即第三绕组f3中产生一个正比于漏电流的感应电流。在正常情况下，共模电流很小，在发生漏电时，漏电流通过第一绕组f1和第二绕组f2输出，产生较大的共模电流，集成电感12的第三绕组f3根据共模电流产生的磁通量生成感应电势而产生感应电流信号，漏电流越大，则第三绕组f3产生的感应电势即感应电流也就越大。

在本申请中，将用于滤波的共模电感和用于剩余电流保护的检测电感集成为同一个电感，以减少磁器件使用数量从而节省成本、减少磁器件所占电路板面积且减少单板损耗，并且配合相应电路，同时实现共模滤波和剩余电流检测的功能。

在具体实施时，参照图3a，第一绕组f1和第二绕组f2可以连接第一母线21，此时集成电感12作为输入滤波使用且集成电感12采用第三绕组f3可以检测功率变换电路11的输入端是否具有漏电流。或者，参照图3b，第一绕组f1和第二绕组f2也可以连接第二母线22，此时集成电感12作为输出滤波使用且集成电感12采用第三绕组f3可以检测功率变换电路11的输出端是否具有漏电流。

参照图3a和图3b，采样电路13与滤波电路14连接，采样电路13可以根据第三绕组f3输出的感应电流信号，将感应电流信号转换为脉动直流电压信号，并向滤波电路14输出脉动直流电压信号，即采样电路13可以将作为交流电的感应电流信号中的负电压部分进行翻转，之后形成幅度随时间变化但电压极性没有变化的脉动直流电压信号。滤波电路14与控制器15连接，滤波电路14在收到脉动直流电压信号后，会对脉动直流电压信号进行低通滤波，将脉动直流电压信号转换为直流电压信号，并向控制器15输出直流电压信号。控制器15在收到直流电压信号后，会根据直流电压信号生成并输出相应的保护信号，保护信号用于指示功率变换电路11停止向第二母线22输出，以完成相应的漏电流检测功能。

在本申请一些实施例中，控制器15在收到直流电压信号后，可以根据直流电压信号计算漏电流数值，并向上位机输出计算出的漏电流数值，以便上位机根据漏电流数值进行相应的操作，例如进行预警或断电等操作。控制器15可以根据采样电路13采集到的感应电流信号，对漏电流进行精确检测和计算，以便进行相应保护操作。

具体地，控制器15可以根据以下公式计算漏电流：

I＝f(i_s,R,U,T,A)。

其中，I为漏电流即剩余电流，i_s为集成电感12的磁芯饱和电流，R为采样电路13的采样电阻，U为励磁电压，T为励磁周期，A为滤波电流增益。

在本申请一些实施例中，控制器15还可以根据计算出的漏电流数值，进行分级保护。即控制器15可以根据漏电流数值在满足不同条件时，生成并输出不同的保护信号，以便进行分级保护。

参照图3a和图3b，在本申请一些实施例中，保护信号包括第一信号，控制器15可以采用向功率变换电路11输出第一信号，第一信号用于控制功率变换电路11停止工作的方式，对功率变换电路11进行停机处理，使功率变换电路11停止向第二母线22输出。

参照图4，在本申请另一些实施例中，保护信号包括第二信号，在功率变换电路11的外侧设置有开关K，开关K具体可以采用继电器实现其功能。控制器15还可以采用对开关K输出第二信号，第二信号用于控制开关K断开的方式，切断母线与功率变换电路11之间的连接，使功率变换电路11停止向第二母线22输出。

参照图5和图6，具体地，功率变换器可以包括与第一母线21连接的第一开关K1，以及与第二母线22连接的第二开关K2。

参照图5，在集成电感12设置在功率变换电路11的输入端一侧，即集成电感12设置在第一开关K1与功率变换电路11的输入端时，在功率变换电路11的输出端可以设置输出滤波电路。控制器15可以向第一开关K1输出第二信号，第二信号用于控制第一开关K1断开。进一步地，控制器15也可以同时向第一开关K1输出第二信号以及向功率变换电路11输出第一信号，第一信号用于控制功率变换电路11停止工作，第二信号用于控制第一开关K1断开的方式，对功率变换电路11进行停机处理且对第一开关K1进行断开处理，使功率变换电路11停止向第二母线22输出。

参照图6，在集成电感12设置在功率变换电路11的输出端一侧，即集成电感12设置在第二开关K2与功率变换电路11的输出端时，在功率变换电路11的输入端可以设置输入滤波电路。控制器15可以向第二开关K2输出第二信号，第二信号用于控制第二开关K2断开。进一步地，控制器15也可以同时向第二开关K2输出第二信号以及向功率变换电路11输出第一信号，第一信号用于控制功率变换电路11停止工作，第二信号用于控制第二开关K2断开的方式，对功率变换电路11进行停机处理且对第二开关K2进行断开处理，使功率变换电路11停止向第二母线22输出。

在本申请一些实施例中，功率变换电路11可以具体为直流转直流变换电路(DC-DCConverter，DCDC)，DCDC用于通过升压或者降压的方式，将储能装置提供的直流电转换为不同电压，以供后级设备。具体地，DCDC具体可以采用H桥拓扑结构组成双向BUCK/BOOST电路，支持充放电能量双向流动及电压宽范围调节。H桥拓扑结构具体可以包括电感、分别连接在电感两端的两个桥臂和两个滤波电容，每个桥臂包括串联的两个桥臂开关，每个桥臂并联一个滤波电容。其中一个桥臂的两端分别连接储能装置的输出端且桥臂中点连接电感的一端，另一个桥臂的两端分别连接直流母线且桥臂中点连接电感的另一端。DCDC还可以采用半桥LLC拓扑结构。或者，DCDC还可以采用全桥LLC拓扑结构。

在本申请另一些实施例中，功率变换器还可以包括交流转直流变换电路，交流转直流变换电路的输出端可以通过集成电感与直流转直流变换电路的输入端连接；或者，交流转直流变换电路的输出端也可以直接与直流转直流变换电路的输入端连接，且直流转直流变换电路的输出端与集成电感连接。

在本申请另一些实施例中，功率变换电路11也可以具体为直流转交流变换电路，具体可以为储能变流器(power conversion system，PCS)，PCS用于将直流电转换为交流电，负责交流电网构网。PCS具体可以采用全桥逆变拓扑结构。

在本申请另一些实施例中，功率变换电路具体可以包括DCDC和PCS，DCDC连接在储能装置与PCS之间，PCS作为DCDC的后级设备与电网连接。

在本申请另一些实施例中，功率变换电路11也可以具体为交流转直流变换电路，交流转直流变换电路用于将交流电转换为直流电，之后可以对负载供电。

基于同一发明构思，本申请还提供了一种储能系统，包括储能装置和本申请上述功率变换器，储能装置通过第一母线与功率变换器连接，功率变换器用于将储能装置提供的电能经过功率转换后输出。本申请实施例提供的功率变换器可以广泛应用于如通信电池、数据中心储能电池、车载动力电池及光伏储能电池等储能场景也可以应用于具有功率变换功能的电源电路。

基于同一发明构思，本申请还提供了一种功率变换器的控制方法，其中功率变换器为本申请实施例提供的上述结构的功率变换器。参照图7，该控制方法具体可以包括以下步骤：

S1、采样电路根据第三绕组输出的感应电流信号，向滤波电路输出脉动直流电压信号。

S2、滤波电路对脉动直流电压信号进行滤波，向控制器输出直流电压信号。

S3、控制器根据直流电压信号，生成并输出保护信号，保护信号用于指示功率变换电路停止向第二母线输出。

在本申请中，将用于滤波的共模电感和用于剩余电流保护的检测电感集成为同一个电感，以减少磁器件使用数量从而节省成本、减少磁器件所占电路板面积且减少单板损耗，并且配合相应电路，同时实现共模滤波和剩余电流检测的功能。

在本申请一些实施例中，控制器在收到直流电压信号后，可以根据直流电压信号计算漏电流数值，并向上位机输出计算出的漏电流数值，以便上位机根据漏电流数值进行相应的操作，例如进行预警或断电等操作。控制器可以根据采样电路采集到的感应电流信号，对漏电流进行精确检测和计算，以便进行相应保护操作。

在本申请一些实施例中，控制器还可以根据计算出的漏电流数值，进行分级保护。即控制器可以根据漏电流数值在满足不同条件时，生成并输出不同的保护信号，以便进行分级保护。

在本申请一些实施例中，保护信号包括第一信号，控制器可以采用向功率变换电路输出第一信号，第一信号用于控制功率变换电路停止工作的方式，对功率变换电路进行停机处理，使功率变换电路停止向第二母线输出。

在本申请一些实施例中，保护信号包括第二信号，在功率变换电路的外侧设置有开关，开关具体可以采用继电器实现其功能。控制器还可以采用对开关输出第二信号，第二信号用于控制开关断开的方式，切断母线与功率变换电路之间的连接，使功率变换电路停止向第二母线输出。具体地，功率变换器可以包括串联在集成电感与第一母线之间的第一开关，以及串联在集成电感与第二母线之间的第二开关。

在本申请一些实施例中，在集成电感设置在功率变换电路的输入端一侧，即集成电感设置在第一开关与功率变换电路的输入端时，控制器可以向第一开关输出第二信号，第二信号用于控制第一开关断开。进一步地，控制器也可以同时向第一开关输出第二信号以及向功率变换电路输出第一信号，第一信号用于控制功率变换电路停止工作，第二信号用于控制第一开关断开的方式，对功率变换电路进行停机处理且对第一开关进行断开处理，使功率变换电路停止向第二母线输出。

在本申请另一些实施例中，在集成电感设置在功率变换电路的输出端一侧，即集成电感设置在第二开关与功率变换电路的输出端时，控制器可以向第二开关输出第二信号，第二信号用于控制第二开关断开。进一步地，控制器也可以同时向第二开关输出第二信号以及向功率变换电路输出第一信号，第一信号用于控制功率变换电路停止工作，第二信号用于控制第二开关断开的方式，对功率变换电路进行停机处理且对第二开关进行断开处理，使功率变换电路停止向第二母线输出。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种功率变换器，其特征在于，包括：功率变换电路、集成电感、采样电路、滤波电路和控制器；

所述功率变换电路的输入端用于连接第一母线，所述功率变换电路的输出端用于连接第二母线，所述功率变换电路用于将所述第一母线提供的电能经过功率转换后输出至所述第二母线；

所述集成电感包括第一绕组、第二绕组和第三绕组，所述第一绕组和所述第二绕组连接所述第一母线或所述第二母线，且所述第一绕组和所述第二绕组构成共模电感线圈，所述第三绕组连接所述采样电路；

所述采样电路与所述滤波电路连接，所述采样电路用于根据所述第三绕组输出的感应电流信号，向所述滤波电路输出脉动直流电压信号；

所述滤波电路与所述控制器连接，所述滤波电路用于对所述脉动直流电压信号进行滤波，向所述控制器输出直流电压信号；

所述控制器用于根据所述直流电压信号，生成并输出保护信号，所述保护信号用于指示所述功率变换电路停止向所述第二母线输出。

2.如权利要求1所述的功率变换器，其特征在于，所述控制器用于根据所述直流电压信号，确定漏电流数值，向上位机输出所述漏电流数值。

3.如权利要求1或2所述的功率变换器，其特征在于，所述保护信号包括第一信号，所述控制器用于向所述功率变换电路输出第一信号，所述第一信号用于控制所述功率变换电路停止工作。

4.如权利要求1-3任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换器还包括第一开关和第二开关，所述第一开关串联所述第一母线，所述第二开关串联所述第二母线；

所述集成电感连接在所述第一开关与所述功率变换电路的输入端之间，或，所述集成电感连接在所述第二开关与所述功率变换电路的输出端之间；

所述保护信号包括第二保护信号，所述控制器用于向所述第一开关或所述第二开关输出所述第二信号，所述第二信号用于控制所述第一开关或所述第二开关断开。

5.如权利要求1-4任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述第一绕组的匝数与所述第二绕组的匝数相同，所述第三绕组的匝数多于所述第一绕组的匝数。

6.如权利要求1-5任一项所述的功率变换器，其特征在于，所述功率变换电路为直流转直流变换电路，所述功率变换器还包括交流转直流变换电路；

所述交流转直流变换电路的输出端通过所述集成电感与所述直流转直流变换电路的输入端连接；或，

所述交流转直流变换电路的输出端与所述直流转直流变换电路的输入端连接，所述直流转直流变换电路的输出端与所述集成电感连接。

7.一种储能系统，其特征在于，包括：储能装置和如权利要求1-5任一项所述的功率变换器，所述储能装置通过第一母线与所述功率变换器连接，所述功率变换器用于将所述储能装置提供的电能经过功率转换后输出。

8.一种功率变换器的控制方法，其特征在于，所述功率变换器包括功率变换电路、集成电感、采样电路、滤波电路和控制器；所述功率变换电路的输入端用于连接第一母线，所述功率变换电路的输出端用于连接第二母线，所述功率变换电路用于将所述第一母线提供的电能经过功率转换后输出至所述第二母线；所述集成电感包括第一绕组、第二绕组和第三绕组，所述第一绕组和所述第二绕组连接所述第一母线或所述第二母线，且所述第一绕组和所述第二绕组构成共模电感线圈，所述第三绕组连接所述采样电路；所述控制方法包括：

所述采样电路根据所述第三绕组输出的感应电流信号，向所述滤波电路输出脉动直流电压信号；

所述滤波电路对所述脉动直流电压信号进行滤波，向所述控制器输出直流电压信号；

所述控制器根据所述直流电压信号，生成并输出保护信号，所述保护信号用于指示所述功率变换电路停止向所述第二母线输出。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括：

所述控制器根据所述直流电压信号，确定漏电流数值，向上位机输出所述漏电流数值。

10.如权利要求8或9所述的控制方法，其特征在于，所述保护信号包括第一信号，所述控制器向所述功率变换电路输出第一信号，所述第一信号用于控制所述功率变换电路停止工作。

11.如权利要求8-10任一项所述的控制方法，其特征在于，所述功率变换器还包括第一开关和第二开关，所述第一开关串联所述第一母线，所述第二开关串联所述第二母线；

所述集成电感连接在所述第一开关与所述功率变换电路的输入端之间，或，所述集成电感连接在所述第二开关与所述功率变换电路的输出端之间；

所述保护信号包括第二保护信号，所述控制器向所述第一开关或所述第二开关输出所述第二信号，所述第二信号用于控制所述第一开关或所述第二开关断开。