CN204809877U - 储能设备的控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例涉及一种储能设备的控制电路,储能设备通过控制电路接入电力系统中；当通过电网对储能设备进行充电时，双向Buck/Boost变换器对储能设备进行恒压限流充电；当储能设备单独对电力系统中的负荷进行放电输出时，双向Buck/Boost变换器控制储能设备的放电电流，并维持输出电压在设定值；全桥变换器采用电压、电流双闭环控制，将放电电流转换为给定电压和给定电流的交流电进行输出；当所述储能设备辅助电力系统中的发电装置对负荷进行放电输出时，双向Buck/Boost变换器控制储能设备的放电电流，并维持输出电压在设定值；全桥变换器采用单电流环控制，将放电电流转换为给定电流的交流电进行输出。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电力技术领域，尤其涉及一种储能设备的控制电路。
背景技术
基于分布式发电的微网系统是由各种微源、储能装置、负荷、保护和监控装置等组成的小型电网，能够实现自我控制、保护和管理，具有灵活的运行模式和调度管理性能，既能并入大电网运行，又能独立孤岛运行，通常接在低压或中压配电网中。
微网的能源输入形式多种多样，由于太阳能、风能等一些可再生能源具有显著的间歇性和随机性的特点，且负荷也是随机变化的，将储能单元应用到微网系统中，能够承担分布式发电单元波动造成的功率差额，降低对敏感负荷及电网的冲击；能够保证微网系统在并网与离网两种运行模式间的平稳过渡，改善微网系统的电能质量。
因此，针对储能单元建立合理有效的控制策略，使其快速响应微网系统要求，已成为微网系统中研究的关键问题之一。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种储能设备的控制电路，针对中小功率微网系统，能够快速响应微网系统要求，实现了对蓄电池的有效整流充电，在满足功率因数和谐波含量要求的前提下，减少了开关损耗。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种储能设备的控制电路包括：
双向升降压式Buck/Boost变换器和全桥变换器；
所述储能设备与所述双向Buck/Boost变换器相连接；所述双向Buck/Boost变换器与所述全桥变换器相接，所述全桥变换器与电力系统中的交流母线相接，从而通过所述控制电路，将所述储能设备接入所述电力系统中；
当通过电网对所述储能设备进行充电时，所述双向Buck/Boost变换器工作在Buck降压模式下，采用双闭环控制，通过所述双向Buck/Boost变换器对所述储能设备进行恒压限流充电；
当储能设备单独对电力系统中的负荷进行放电输出时，所述双向Buck/Boost变换器工作在Boost升压模式下，采用双闭环控制，控制所述储能设备的放电电流，并维持输出电压在设定值，从而保持直流母线电压稳定；所述全桥变换器采用电压、电流双闭环控制，将所述放电电流转换为给定电压和给定电流的交流电进行输出；
当所述储能设备辅助所述电力系统中的发电装置对所述负荷进行放电输出时，所述双向Buck/Boost变换器工作在Boost升压模式下，采用双闭环控制，控制所述储能设备的放电电流，并维持输出电压在设定值，从而保持直流母线电压稳定；所述全桥变换器采用单电流环控制，将所述放电电流转换为给定电流的交流电进行输出。
优选的，所述全桥变换器具体为双向直流DC/交流AC全桥变换器。
优选的，所述双向Buck/Boost变换器包括：电容C1、电感L1、开关管Q1、开关管Q2、二极管D1和二极管D2；
电容C1连接于所述储能设备的第一输出端和第二输出端，电感L1与开关管Q1串联连接，并且串联连接的电感L1和开关管Q1与所述电容C1并联，其中开关管Q1的输出端与所述电容C1连接于所述双向Buck/Boost变换器的第二输出端；开关管Q2串接于电感L1到双向Buck/Boost变换器的第一输出端之间；二极管D1反并联于开关管Q1的两端，二极管D2反并联于开关管Q2的两端；
开关管Q1导通时，开关管Q2断开，二极管D1截止，二极管D2导通；
开关管Q2导通时，开关管Q1断开，二极管D2截止，二极管D1导通。
进一步优选的，所述双向DC/AC全桥变换器包括：电容C2、开关管T1、开关管T2、开关管T3、开关管T4、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、电感Lac和电容Cac；
其中，所述开关管T1和开关管T2串接于第一连接点；所述开关管T3和开关管T4串接于第二连接点；开关管T1和开关管T2的串联电路、开关管T3和开关管T4的串联电路分别与电容C2并联连接；二极管D3反并联于开关管T1的两端，二极管D4反并联于开关管T2的两端；二极管D5反并联于开关管T3的两端，二极管D6反并联于开关管T4的两端；电感Lac的一端连接至所述第一连接点，另一端与电容Cac的一端相连接，电容Cac的另一端连接至所述第二连接点；通过电容Cac的两端与所述交流母线相接。
进一步优选的，所述双向DC/AC全桥变换器具体为功率因数校正PFC变换器；
当通过电网对所述储能设备进行充电时，开关管T1和开关管T3关断，开关管T2和开关管T4在交流电压的正负半周均处于脉宽调制PWM工作模式，从而控制由所述交流母线向所述储能设备进行充电。
优选的，所述双向Buck/Boost变换器为直流DC/直流DC变换器。
本实用新型实施例提供的储能设备的控制电路，针对中小功率微网系统，能够快速响应微网系统要求，实现了对蓄电池的有效整流充电，在满足功率因数和谐波含量要求的前提下，减少了开关损耗。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种小型光伏微网系统结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的控制电路的电路图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
为了更好的理解本实用新型提供的储能设备的控制电路，首先对其应用场景进行简要说明。
图1为本实用新型实施例提供的一种小型光伏微网系统结构示意图。如图所示，光伏发电单元1和光伏发电单元2通过各自相连接的DC/AC变换器1和DC/AC变换器2并联于交流母线5；储能设备3通过本实用新型提出的控制电路4与交流母线5相连，用于保证微网系统的能量供需平衡；微网系统通过静态开关6实现并网或离网运行；中心控制器7对微网系统进行总体调度和控制。
图2为本实用新型实施例提供的控制电路的电路图。如图所示，本实用新型实施例的控制电路4包括：双向升降压式(Buck/Boost)变换器10和全桥变换器20。
储能设备3与双向Buck/Boost变换器10相连接；双向Buck/Boost变换器10与全桥变换器20相接，全桥变换器20与电力系统中的交流母线5相接，从而通过控制电路4，将储能设备3接入电力系统中。
储能设备3可以具体为阈控式密封铅酸蓄电池等多种蓄电池。
结合图1、图2所示，在电力系统中，通过控制电路4可以控制储能设备3处于如下四种工作模式：
在光伏微网系统处于并网状态，储能设备3的容量不足时，控制电路4控制储能设备3处于并网充电模式，通过电网对储能设备3进行充电；
在光伏微网系统处于离网状态，光伏发电单元的输出大于负荷需求，且储能设备3的容量不足时，控制电路4控制储能设备处于离网充电模式，通过光伏发电单元对储能设备3进行充电；
在光伏微网系统处于离网状态，光伏发电单元的输出小于负荷需求，且储能设备3的容量充足时，控制电路4控制储能设备3处于离网辅助放电模式，通过储能设备3辅助放电维持系统的能量平衡；
在光伏微网系统处于离网状态，光伏发电单元的输出远远小于负荷需求，不足以提供电压和频率支撑，或者光伏发电单元停止工作，控制电路4控制储能设备3处于离网独立放电模式，单独为负荷提供所需的功率，并支撑微网系统交流母线5上的电压和频率。
具体的，全桥变换器20可以具体为双向交流/直流(DC/AC)全桥变换器。
双向Buck/Boost变换器10为双向Buck/Boost直流/直流(DC/DC)变换器。
当通过电网对储能设备3进行充电时，双向Buck/Boost变换器10工作在Buck降压模式下，采用双闭环控制，通过双向Buck/Boost变换器10对储能设备3进行恒压限流充电；全桥变换器20则采用双闭环控制以稳定直流母线电压并控制交流侧电流。
当储能设备3单独对电力系统中的负荷进行放电输出时，双向Buck/Boost变换器10工作在Boost升压模式下，采用双闭环控制，控制储能设备3的放电电流；全桥变换器20采用双闭环控制，将放电电流转换为给定电压和给定电流的交流电进行输出；
当储能设备3辅助电力系统中的光伏发电单元对负荷进行放电输出时，双向Buck/Boost变换器10工作在Boost升压模式下，采用双闭环控制，控制储能设备3的放电电流；全桥变换器20采用单电流环控制，将放电电流转换为给定电流的交流电进行输出。
进一步的，控制电路4的具体电路实现如图2所示。
双向Buck/Boost变换器10包括：电容C1、电感L1、开关管Q1、开关管Q2、二极管D1和二极管D2；
电容C1连接于储能设备3的第一输出端和第二输出端，电感L1与开关管Q1串联连接，并且串联连接的电感L1和开关管Q1与电容C1并联，其中开关管Q1的输出端与电容C1连接于所述双向Buck/Boost变换器10的第二输出端B；开关管Q2串接于电感L1到双向Buck/Boost变换器10的第一输出端A之间；二极管D1反并联于开关管Q1的两端，二极管D2反并联于开关管Q2的两端；
开关管Q1导通时，开关管Q2断开，二极管D1截止，二极管D2导通；
开关管Q2导通时，开关管Q1断开，二极管D2截止，二极管D1导通。
双向DC/AC全桥变换器20包括：电容C2、开关管T1、开关管T2、开关管T3、开关管T4、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、电感Lac和电容Cac；
其中，开关管T1和开关管T2串接于第一连接点C；开关管T3和开关管T4串接于第二连接点D；开关管T1和开关管T2的串联电路、开关管T3和开关管T4的串联电路分别与电容C2并联连接；电容C2的两端与双向Buck/Boost变换器10的第一输出端A和第二输出端B分别相连接；二极管D3反并联于开关管T1的两端，二极管D4反并联于开关管T2的两端；二极管D5反并联于开关管T3的两端，二极管D6反并联于开关管T4的两端；电感Lac的一端连接至所述第一连接点C，另一端与电容Cac的一端相连接，电容Cac的另一端连接至所述第二连接点D；通过电容Cac的两端与交流母线5相接。
在储能设备3充电时，全桥变换器20工作于整流模式。
因为在相同开关频率条件下，采用无桥PFC整流比采用全桥脉宽调制(PWM)整流，在一个完整的工频周期内电路中导通的开关管数量少一半，因此相应的功率损耗会大大减少，并且控制简单、容易实现。因此在满足功率因数和谐波含量要求的前提下，本实施例中对全桥变换器20采用PFC控制。具体为：上桥臂开关管T1和T3始终关断，只使用其体二极管D3和D5，开关管T4和T6则在交流电压的正负半周分别处于PWM工作模式，以控制交流侧向直流侧储能设备3充电。
经过仿真测试，采用本实施例提供的控制电路的储能设备，在离网和并网放电模式下其端电压在短时间内均是稳定的，放电电流则随着直流母线电压的变化而变化，以保持直流母线电压的稳定。
因此，本实施例提供的控制电路能够快速响应微网系统要求，实现储能设备能量的双向流动，实现蓄电池恒流充电阶段到恒压充电阶段的平滑过渡，实现了升压与逆变、降压与整流的解耦控制。针对中小功率微网系统，采用无桥PFC整流控制，实现对蓄电池的有效整流充电，在满足功率因数和谐波含量要求的前提下，减少了开关损耗。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种储能设备的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括：双向升降压式Buck/Boost变换器和全桥变换器；
所述储能设备与所述双向Buck/Boost变换器相连接；所述双向Buck/Boost变换器与所述全桥变换器相接，所述全桥变换器与电力系统中的交流母线相接，从而通过所述控制电路，将所述储能设备接入所述电力系统中；
当通过电网对所述储能设备进行充电时，所述双向Buck/Boost变换器工作在Buck降压模式下，采用双闭环控制，通过所述双向Buck/Boost变换器对所述储能设备进行恒压限流充电；
当储能设备单独对电力系统中的负荷进行放电输出时，所述双向Buck/Boost变换器工作在Boost升压模式下，采用双闭环控制，控制所述储能设备的放电电流，并维持输出电压在设定值，从而保持直流母线电压稳定；所述全桥变换器采用电压、电流双闭环控制，将所述放电电流转换为给定电压和给定电流的交流电进行输出；
当所述储能设备辅助所述电力系统中的发电装置对所述负荷进行放电输出时，所述双向Buck/Boost变换器工作在Boost升压模式下，采用双闭环控制，控制所述储能设备的放电电流，并维持输出电压在设定值，从而保持直流母线电压稳定；所述全桥变换器采用单电流环控制，将所述放电电流转换为给定电流的交流电进行输出。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述全桥变换器具体为双向直流DC/交流AC全桥变换器。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述双向Buck/Boost变换器包括：电容C1、电感L1、开关管Q1、开关管Q2、二极管D1和二极管D2；
电容C1连接于所述储能设备的第一输出端和第二输出端，电感L1与开关管Q1串联连接，并且串联连接的电感L1和开关管Q1与所述电容C1并联，其中开关管Q1的输出端与所述电容C1连接于所述双向Buck/Boost变换器的第二输出端；开关管Q2串接于电感L1到双向Buck/Boost变换器的第一输出端之间；二极管D1反并联于开关管Q1的两端，二极管D2反并联于开关管Q2的两端；
开关管Q1导通时，开关管Q2断开，二极管D1截止，二极管D2导通；
开关管Q2导通时，开关管Q1断开，二极管D2截止，二极管D1导通。
4.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述双向DC/AC全桥变换器包括：电容C2、开关管T1、开关管T2、开关管T3、开关管T4、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、电感Lac和电容Cac；
其中，所述开关管T1和开关管T2串接于第一连接点；所述开关管T3和开关管T4串接于第二连接点；开关管T1和开关管T2的串联电路、开关管T3和开关管T4的串联电路分别与电容C2并联连接；二极管D3反并联于开关管T1的两端，二极管D4反并联于开关管T2的两端；二极管D5反并联于开关管T3的两端，二极管D6反并联于开关管T4的两端；电感Lac的一端连接至所述第一连接点，另一端与电容Cac的一端相连接，电容Cac的另一端连接至所述第二连接点；通过电容Cac的两端与所述交流母线相接。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述双向DC/AC全桥变换器具体为功率因数校正PFC变换器；
当通过电网对所述储能设备进行充电时，开关管T1和开关管T3关断，开关管T2和开关管T4在交流电压的正负半周均处于脉宽调制PWM工作模式，从而控制由所述交流母线向所述储能设备进行充电。
6.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述双向Buck/Boost变换器为直流DC/直流DC变换器。
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