CN206759309U - 一种电池储能变换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电池储能变换装置，解决现有电池储能装置容量小、功率支撑时间短、系统复杂可靠性低等问题。本实用新型包括交直流变流器、交流控制电路、至少一个双向直流变换器以及与所述至少一个双向直流变换器对应的至少一个直流控制电路，交直流变流器通过直流母线和所述至少一个双向直流变换器输入端连接，每一双向直流变流器输出端分别用于连接一组电池，交流控制电路输出端连接交直流变流器，直流控制电路输出端连接双向直流变换器，交流控制电路与直流控制电路之间通过通信线路连接。本实用新型结构简单、容量配置灵活、可靠性高，适用于大功率电池储能系统应用。

Description

一种电池储能变换装置

技术领域

本实用新型涉及一种电池储能变换装置，属于电气技术学科的电力电子变换技术领域，适用于储能、电池充放电等应用领域。

背景技术

电池储能系统能够平抑光伏风力发电产生的功率波动，实现对电能的“削峰填谷”，提高电力系统运行的稳定性与经济性，对电网的运行带来革命性的影响，将极大促进我国智能电网的发展。

电池储能变换装置为实现能量在电池储能装置与电网之间的双向流动时储能系统的核心。目前国内外电池储能变换装置主要有两种：(1)单级结构，将电池组串并联组合形成电池堆并通过单级交直流变换器直接并网，结构简单但难以抑制电池之间差异，对电池寿命与储能性能带来较大影响；(2)两级结构，电池经过双向直流变换器与交直流变流器并网，可以抑制电池间差异，但采用集中控制电路对各个双向直流变换器进行统一控制，增加了控制难度，可靠性、可扩展性差。

因此，国内外电池储能系统普遍存在结构复杂、可扩展性差等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术问题的缺陷，提供一种电池储能变换装置，包括交直流变流器、交流控制电路、至少一个双向直流变换器以及与至少一个双向直流变换器对应的至少一个直流控制电路；

其中，所述交直流变流器通过直流母线与所述至少一个双向直流变换器输入端连接，每一双向直流变换器输出端分别与一电池组相连；

所述交流控制电路输出端与交直流变流器相连，每一直流控制电路分别与相应的双向直流变换器相连。

优选地，所述交直流变流器能够采用以下中的一种：三相半桥电路、三相三电平电路、三相多电平电路。

优选地，所述双向直流变换器能够采用以下中的一种：Buck-Boost变换器、双有源桥式电路、双向移相全桥电路。

优选地，所述交流控制电路包括采样模块、锁相模块、闭环控制模块、驱动发生模块和通讯模块；

其中，所述采样模块对三相交流电压、三相交流电流和直流母线电压进行采样，将三相交流电压采样值送入锁相模块，将三相交流电流采样值送入闭环控制模块，将三相交流电压采样值、三相交流电流采样值和直流母线电压采样值送入通讯模块；

所述锁相模块对三相交流电压采样值进行锁相，获得三相交流电压的相位信息，锁相获取的相位信息送入闭环控制模块与驱动模块；

所述闭环控制模块利用三相交流电压的相位信息对三相交流电流进行数学变换，变换为同步旋转坐标系下的交流有功电流与交流无功电流，交流有功电流、交流无功电流分别与给定的交流有功电流指令值、交流无功电流指令值相比较，获得交流有功电流误差值与交流无功电流误差值，并送入控制计算环节，控制计算环节输出交流有功调制电压与交流无功调制电压信息，送入驱动发生模块；

所述驱动发生模块根据输入的交流电压相位、交流有功调制电压和交流无功调制电压生产对应的驱动信号，送入交直流变流器；

所述通讯模块将三相交流电压、三相交流电流、直流母线电压及各个直流控制电路上传的电池SOC、电池电压、双向直流变换器电流信息上传至上位机，根据上位机指令向直流控制电路发送充电与放电运行指令信息。

优选地，所述锁相模块能够采用过零锁相或DQ锁相。

优选地，所述驱动发生模块根据交直流变流器能够采用以下驱动生成算法中的一种：SPWM调制、SVPWM调制或多电平调制。

优选地，所述直流控制电路包括采样模块、闭环控制模块、驱动发生模块和通讯模块；

所述采样模块对双向直流变换器输入电压、输入电流、输出电压、输出电流进行采样，并将输入电压采样值、输入电流采样值、输出电压采样值和输出电流采样值送入闭环控制模块与通讯模块；

所述闭环控制模块利用以下公式获取输入电压指令值：

v_r＝v_iopen+i_i·(1-SOC)/k，

Viopen为输入电流为0时的输入电压值，i_i为输入电流，SOC为电池荷电状态值，k为电阻系数；将输入电压指令值与输入电压检测值做比较，并将比较结果送入控制计算环节；控制计算环节输出双向直流变换器调制电压信息，并送入驱动发生模块；

所述驱动发生模块根据双向直流变换器调制电压信息产生对应的驱动信号，送入双向直流变换器，当接收充电指令时，控制电流对电池充电，当接收放电指令时，控制电流对电池放电；

所述通讯模块接收电池上传的SOC与电池电压、温度信息及工作指令信息，将上述信息上传至交流控制电路，将SOC信息与工作指令信息送至闭环控制模块。

优选地，所述控制计算环节能够采用PI控制算法或超前控制算法。

本实用新型的另一个有益效果是：

本实用新型采用两级式分层独立控制结构，多个双向直流变换器实现无互联线的独立并联，并根据各自电池状态调整输出功率，即实现了独立并联，又实现了对电池的维护，可靠性高、可扩展性强、电池维护好，具有极大的市场应用前景。

附图说明

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型实施例的电池储能变换装置连接图；

图2为本实用新型实施例的三相半桥电路图；

图3为本实用新型实施例的双有源桥式电路图。

具体实施方式

参照图1-3，本实用新型提供了一种电能储能变换装置。

如图1所示，其示出了根据本实用新型的一个实施例，其中，电能储能变换装置包括交直流变流器、交流控制电路和N(N≥1)个双向直流变换器、直流控制电路。

交直流变流器通过直流母线与N个双向直流变换器输入端连接，每一双向直流变换器输出端分别与一电池组相连；交流控制电路输出端与交直流变流器相连，N个直流控制电路分别与相应的双向直流变换器相连。

其中，交直流变流器能够采用以下中的一种：三相半桥电路、三相三电平电路、三相多电平电路；双向直流变换器能够采用以下中的一种：Buck-Boost变换器、双有源桥式电路、双向移相全桥电路。

根据本实用新型的优选实施例，如图2-3所示，交直流变流器采用三相半桥电路，双向直流变换器可采用双有源桥式电路(DAB)。

根据本实用新型的优选实施例，交流控制电路包括采样模块、锁相模块、闭环控制模块、驱动发生模块和通讯模块。

其中，采样模块对三相交流电压、三相交流电流和直流母线电压进行采样，将三相交流电压采样值送入锁相模块，将三相交流电流采样值送入闭环控制模块，将三相交流电压采样值、三相交流电流采样值和直流母线电压采样值送入通讯模块。

锁相模块对三相交流电压采样值进行锁相，获得三相交流电压的相位信息，锁相模块采用过零锁相，锁相获取的相位信息送入闭环控制模块与驱动模块。

替代地，锁相模块也能够采用DQ锁相方法。

闭环控制模块利用三相交流电压的相位信息对三相交流电流进行数学变换，变换为同步旋转坐标系下的交流有功电流与交流无功电流，交流有功电流、交流无功电流分别与给定的交流有功电流指令值、交流无功电流指令值相比较，获得交流有功电流误差值与交流无功电流误差值，并送入控制计算环节，控制计算环节可采用PI控制算法，控制计算环节输出交流有功调制电压与交流无功调制电压信息，送入驱动发生模块。

替代地，控制计算环节也可采用超前控制算法。

驱动发生模块根据输入的交流电压相位、交流有功调制电压和交流无功调制电压生产对应的驱动信号，送入交直流变流器，驱动发生模块采用SPWM调制。

替代地，驱动发生模块也可采用SVPWM调制或多电平调制。

通讯模块将三相交流电压、三相交流电流、直流母线电压及各个直流控制电路上传的电池SOC、电池电压、双向直流变换器电流等信息上传至上位机，根据上位机指令向直流控制电路发送充电与放电运行指令信息。

根据本实用新型的优选实施例，直流控制电路包括采样模块、闭环控制模块、驱动发生模块和通讯模块。

采样模块对双向直流变换器输入电压、输入电流、输出电压、输出电流进行采样，并将输入电压采样值、输入电流采样值、输出电压采样值和输出电流采样值送入闭环控制模块与通讯模块。

闭环控制模块利用以下公式获取输入电压指令值：

v_r＝v_iopen+i_i·(1-SOC)/k，

Viopen为输入电流为0时的输入电压值，i_i为输入电流，SOC为电池荷电状态值，k为电阻系数；将输入电压指令值与输入电压检测值做比较，并将比较结果送入控制计算环节；控制计算环节采用PI控制算法，控制计算环节输出双向直流变换器调制电压信息，并送入驱动发生模块。

替代地，控制计算环节也可采用超前控制算法。

驱动发生模块根据双向直流变换器调制电压信息产生对应的驱动信号，送入双向直流变换器，当接收充电指令时，控制电流对电池充电，当接收放电指令时，控制电流对电池放电；

通讯模块接收电池上传的SOC与电池电压、温度信息及工作指令信息，将上述信息上传至交流控制电路，将SOC信息与工作指令信息送至闭环控制模块。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种电池储能变换装置，其特征在于，包括交直流变流器、交流控制电路、至少一个双向直流变换器以及与至少一个双向直流变换器对应的至少一个直流控制电路；

其中，所述交直流变流器通过直流母线与至少一个双向直流变换器输入端连接，每一双向直流变换器输出端分别与一电池组相连；

所述交流控制电路输出端与交直流变流器相连，每一直流控制电路分别与相应的双向直流变换器相连。

2.根据权利要求1所述的电池储能变换装置，其特征在于，所述交直流变流器能够采用以下中的一种：三相半桥电路、三相三电平电路、三相多电平电路。

3.根据权利要求1所述的电池储能变换装置，其特征在于，所述双向直流变换器能够采用以下中的一种：Buck-Boost变换器、双有源桥式电路、双向移相全桥电路。

4.根据权利要求1所述的电池储能变换装置，其特征在于，所述交流控制电路包括采样模块、锁相模块、闭环控制模块、驱动发生模块和通讯模块；

其中，所述采样模块对三相交流电压、三相交流电流和直流母线电压进行采样，将三相交流电压采样值送入锁相模块，将三相交流电流采样值送入闭环控制模块，将三相交流电压采样值、三相交流电流采样值和直流母线电压采样值送入通讯模块；

所述锁相模块对三相交流电压采样值进行锁相，获得三相交流电压的相位信息，锁相获取的相位信息送入闭环控制模块与驱动模块；

所述闭环控制模块利用三相交流电压的相位信息对三相交流电流进行数学变换，变换为同步旋转坐标系下的交流有功电流与交流无功电流，交流有功电流、交流无功电流分别与给定的交流有功电流指令值、交流无功电流指令值相比较，获得交流有功电流误差值与交流无功电流误差值，并送入控制计算环节，控制计算环节输出交流有功调制电压与交流无功调制电压信息，送入驱动发生模块；

所述驱动发生模块根据输入的交流电压相位、交流有功调制电压和交流无功调制电压生产对应的驱动信号，送入交直流变流器；

所述通讯模块将三相交流电压、三相交流电流、直流母线电压及各个直流控制电路上传的电池荷电状态、电池电压、双向直流变换器电流信息上传至上位机，根据上位机指令向直流控制电路发送充电与放电运行指令信息。

5.根据权利要求4所述的电池储能变换装置，其特征在于，所述锁相模块能够采用过零锁相或DQ锁相。

6.根据权利要求4所述的电池储能变换装置，其特征在于，所述驱动发生模块根据交直流变流器能够采用以下驱动生成算法中的一种：SPWM调制、SVPWM调制或多电平调制。

7.根据权利要求1所述的电池储能变换装置，其特征在于，所述直流控制电路包括采样模块、闭环控制模块、驱动发生模块和通讯模块；

所述采样模块对双向直流变换器输入电压、输入电流、输出电压、输出电流进行采样，并将输入电压采样值、输入电流采样值、输出电压采样值和输出电流采样值送入闭环控制模块与通讯模块；

所述闭环控制模块获取一输入电压指令值，然后与输入电压检测值做比较，并将比较结果送入控制计算环节；控制计算环节输出双向直流变换器调制电压信息，并送入驱动发生模块；

所述驱动发生模块根据双向直流变换器调制电压信息产生对应的驱动信号，送入双向直流变换器，当接收充电指令时，控制电流对电池充电，当接收放电指令时，控制电流对电池放电；

所述通讯模块接收电池上传的SOC与电池电压、温度信息及工作指令信息，将上述信息上传至交流控制电路，将SOC信息与工作指令信息送至闭环控制模块。

8.根据权利要求4或7所述的电池储能变换装置，其特征在于，所述控制计算环节能够采用PI控制算法或超前控制算法。