CN204258325U - 一种新型混合储能变流器控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型混合储能变流器控制装置，整个控制装置包括：主控制器、分控制器和分布式采集器。主控制器与分控制器和分布式采集器之间通过光纤曼码通信。分控制器具有2路直流电压采样、4路桥臂脉冲驱动信号、状态反馈信号、模块电流和温度采样信号。分布式采集器可采样2路三相电网PT信号和1路三相电流CT信号，相对于传统的需要采用多个控制器，具有可靠性高、设计简单、成本低和扩展性强的优点。

Description

一种新型混合储能变流器控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种混合储能系统，更具体的涉及一种具备多组储能装置的控制装置。

背景技术

传统电网涉及发、输、配、用电环节，随着新能源及用电多多样化的发展，对电力储能越来越有需求，从而形成发、输、配、用、储五大环节。储能系统存在于发、输、配、用各个环节，在发电端特别是新能源风电、光伏发电端，储能具有平滑新能源输出、跟踪计划发电等功能；在输配电端，储能具有调峰调频、改善电能质量、平抑负荷延缓电力投资等功能；在用电端，储能可实现削峰填谷、用电热备份等功能。

对于储能系统来说，储能变流器是实现电能转换的关键设备，不仅能实现电池等储能介质储存电能，同时能实现根据需要时，储能介质中电能反向送入大电网或微网系统。现有的储能介质主要包括：铅酸蓄电池、锂电池、液流电池和超级电容，其中前三者属于电化学电池，能量密度大、功率密度低和响应速度慢，而超级电容恰恰相反，功率密度大、响应速度快，但能量密度低。由于各自缺点的限制，单一的储能很难满足分布式发电和微网的要求，因此必须将两种和两种以上的储能系统组成混合储能系统，充分发挥两种储能技术上的互补性。

现有的储能变流器控制装置大多只能实现单体储能介质的储能变流器控制，不能独立实现混合储能系统的控制，若增加混合储能系统而需要对控制系统扩展时，需要采用多个控制装置，从而增加了成本和控制复杂度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种扩展成本低、有利于混合储能系统的控制且结构较简单的混合储能变流器控制装置。

为实现上述实用新型目的，本实用新型可采用如下技术方案：

一种新型混合储能变流器控制装置，包括主控制器、连接主控制器的从控制器、同样连接主控制器的分布式采集器；从控制器连接被控IGBT模块及网侧三相PWM变流器；分布式采集器连接网侧三相PWM变流器；

主控制器包括PWR电源板、CPU板、AI模拟量板、BI数字量输入板、BO数字量输出板和OI光纤曼码通信板；其中CPU板中包括用以整体控制的PowerPC芯片、DSP芯片和FPGA芯片，FPGA芯片连接OI光纤曼码通信板实现与从控制器及分布式采集器的通信功能；

从控制器也具有连接主控制器的OI光纤曼码通信板的FPGA芯片，以及对被控IGBT模块电压、电流和温度信号采样的采样芯片；

分布式采集器同样具有连接主控制器的OI光纤曼码通信板的FPGA芯片，以及对网侧三相PWM变流器中电网电压、变流器输出电压和电网电流采样的采样芯片。

所述主控制器开具有can、485和Ethernet接口，CAN接口用以与储能介质的BMS或CMS通信；485接口用以与本地HMI人机界面的通信；Ethernet接口用以与上层控制系统的以太网通信。

与背景技术相比，本实用新型公开的新型混合储能变流器控制装置中，就地采样及控制由从控制器和分布式采集器完成，减轻了主控制器的负担，有利于混合储能系统的控制，增强了系统的可靠性；并且如果需要进行扩展时，无需增设多个主控制器，可以以增加从控制器及分布式采集器进行扩展，能够降低整个控制装置的成本；整个控制装置采用分布式构架，利用光纤曼码通信，抗扰性强、可靠性高。

附图说明

图1是本实用新型混合储能变流器控制装置的结构框图；

图2是一个被控的共直流母线混合储能系统拓扑图；

图3是一个被控的共交流电网混合储能系统拓扑图；

图4是本实用新型混合储能变流器控制装置为控制图2所示共直流母线混合储能系统而采用的扩展实施例示意图；

图5是本实用新型混合储能变流器控制装置为控制图3所示共交流电网混合储能系统而采用的扩展实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，为本实用新型公开的新型混合储能变流器控制装置框图。整个控制装置包括：主控制器、从控制器和分布式采集器。主控制器为4U8槽设计，板件包括：PWR电源板、BI数字量输入板、BO数字量输出板、AI模拟量输入板、OI光纤通信板和CPU板。根据需要，可配置多块BI、BO和OI板。主控制器与从控制器和分布式采集器之间通过光纤曼码通信。从控制器具有2路直流电压采样、4路桥臂脉冲驱动信号、状态反馈信号、模块电流和温度采样信号。从控制器具有的FPGA芯片除通信外，还具备采样硬件保护，实现保护封IGBT驱动脉冲功能，从而保护储能变流器；主控制器集中控制运算得到IGBT占空比信号，从控制器FPGA芯片具体实现SVPWM及PWM等IGBT驱动脉冲分发功能。分布式采集器可采样2路三相电网PT信号和1路三相电流CT信号。

如图2和图3所示，分别为被控制的共直流母线和共交流电网的混合储能系统拓扑图。其中，图2为一个被控的共直流母线混合储能系统的拓扑图举例，不同储能介质共三相PWM变流器，实现与电网的双向整流逆变功能，不同储能介质各自的双向DC/DC变换器(三相IGBT功率模块)，实现储能介质的充放电功能。图3为一个被控的共交流电网的混合储能系统的拓扑图举例，不同储能介质带各自的三相PWM变流器和双向DC/DC变换器(三相IGBT功率模块)，实现各自储能介质的充放电功能。

如图4所示，为本实用新型的新型混合储能变流器控制装置框图针对如图2所示共直流母线混合储能系统进行控制的扩展示意图。网侧共三相PWM变流器，利用分布式采集器1和从控制器1实现，其中分布式采集器1采样电网电压、变流器输出电压和电网电流信号；分布式控制器1控制三相IGBT功率模块，同时采样模块电压电流等信号。从控制器2和3分别控制1个储能介质，1个控制器4路桥臂脉冲可满足交错并联拓扑结构。

如图5所示，为本实用新型的新型混合储能变流器控制装置框图针对如图2所示共交流电网混合储能系统进行控制的扩展示意图。由于是采样共交流电网方式，需要2个网侧三相PWM变流器，利用分布式采集器1、2和从控制器1、2来实现，其中分布式采集器1、2分别采样电网电压、变流器输出电压和电网电流；分布式控制器1、2各自控制三相IGBT功率模块，同时采样模块电压电流等信号。从控制器3和4分别控制两个储能变流器的DC/DC环节，1个控制器4路桥臂脉冲可满足交错并联拓扑结构。

除了共直流母线和共交流电网混合储能拓扑外，本控制装置同样可实现共直流母线和共交流电网的混合拓扑混合储能方案。

综上所述，本实用新型提供了一种新型的混合储能变流器控制器装置，控制器基于主从控制结构，主从之间采用高速光纤曼码通信，可靠性高、抗扰性强。分布式采集器及从控制器采用模块化设计，扩展型强，针对混合储能系统复杂的控制、多样的拓扑，采取相应的配置，都能满足相应的要求，相对于传统的需要采用多个控制器，具有可靠性高、设计简单、成本低和扩展性强的优点。

Claims (2)

1.一种新型混合储能变流器控制装置，其特征在于：包括主控制器、连接主控制器的从控制器、同样连接主控制器的分布式采集器；从控制器连接被控IGBT模块及网侧三相PWM变流器；分布式采集器连接网侧三相PWM变流器；

主控制器包括PWR电源板、CPU板、AI模拟量板、BI数字量输入板、BO数字量输出板和OI光纤曼码通信板；其中CPU板中包括用以整体控制的PowerPC芯片、DSP芯片和FPGA芯片，FPGA芯片连接OI光纤曼码通信板实现与从控制器及分布式采集器的通信功能；

从控制器也具有连接主控制器的OI光纤曼码通信板的FPGA芯片，以及对被控IGBT模块电压、电流和温度信号采样的采样芯片；

分布式采集器同样具有连接主控制器的OI光纤曼码通信板的FPGA芯片，以及对网侧三相PWM变流器中电网电压、变流器输出电压和电网电流采样的采样芯片。

2.如权利要求1所述的新型混合储能变流器控制装置，其特征在于：所述主控制器开具有can、485和Ethernet接口，CAN接口用以与储能介质的BMS或CMS通信；485接口用以与本地HMI人机界面的通信；Ethernet接口用以与上层控制系统的以太网通信。