CN207039203U - 一种多支路双向储能变流器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多支路双向储能变流器装置，用于解决现有技术中大功率储能系统并联接入多簇电池，电池管理难度大，电池不均流的技术问题，所述多支路双向储能变流器装置包括：人机接口模块(1)，以及依次连接的直流输入输出端口模块(2)、直流开关模块(3)、交直流双向变流器模块(4)和交流开关模块(5)。本实用新型通过提供一种具有新型结构布局的多支路双向储能变流器装置，能够实现在多路直流电源(DCS，如储能电池)与交流电源(ACS，如电网)之间进行能量转换，并且可对每一支路进行单独控制，支路之间独立性强、不存在相互干扰，多路直流电源形式可不同，充放电电流大小和方向可任意设置。

Description

一种多支路双向储能变流器装置

技术领域

本实用新型涉及交直流转换技术领域，尤其涉及一种多支路双向储能变流器装置。

背景技术

随着新能源产业和技术的大力发展，电力系统中接入的风力发电和光伏发电的比例和容量越来越大，同时由于一些冲击性负载接入电网，也给电网带来了更多的随机波动，例如，随着电动车的发展，为了加强电动车充电的便捷性，在电网上设置了批量的快速充电桩，每当电动车通过快速充电桩充电时，均会给电网带来额外的随机波动负载，这些因素严重的影响了电网的稳定运行。

针对上述电网功率和能量波动的问题，在现有技术中，通常通过储能系统来进行平衡。如图1所示，为现有储能系统示意图，储能系统主要由多个电池单元10、储能装置20、交流配电单元30组成；具体的，多个电池单元10依次经过串、并联汇接后输入到储能装置20，储能装置20输出接入到交流配电单元30，进一步根据实际应用需要，储能系统工作于不同模式。

然而，在大功率储能系统中，由于电池容量通常达到兆瓦时(MWh)级别，当根据如图1的拓扑结构，将不同的电池单元串联后再并联接入储能装置，使得并联的多簇电池存在电池管理难度大，电池不均流等问题。

实用新型内容

本申请实施例通过提供一种多支路双向储能变流器装置，解决了现有技术中大功率储能系统并联接入多簇电池，电池管理难度大，电池不均流的技术问题。能够实现接入多路直流输入，各直流支路独立控制且管理便捷，不会出现支路不均流的情形。

本申请实施例提供了一种多支路双向储能变流器装置，包括：人机接口模块，以及依次连接的直流输入输出端口模块、直流开关模块、交直流双向变流器模块和交流开关模块；

所述人机接口模块分别与直流电源、所述直流开关模块、所述交直流双向变流器模块、所述交流开关模块和交流电源连接；

所述直流输入输出端口模块分别与直流电源和所述直流开关模块连接；

所述交直流双向变流器模块分别与所述直流开关模块和所述交流开关模块连接；

所述交流开关模块还与交流电源连接；

其中，所述直流输入输出端口模块包括多路直流输入输出端口，所述直流开关模块包括多路直流开关，所述交直流双向变流器模块包括多个交直流双向变流器。

可选的，所述直流输入输出端口模块具体包括八路直流输入输出端口，所述直流开关模块具体包括八路直流开关，所述交直流双向变流器模块具体包括八个交直流双向变流器。

可选的，在所述直流开关模块和所述交直流双向变流器模块之间设置有第一铜排。

可选的，在所述交直流双向变流器模块和所述交流开关模块之间设置有第二铜排。

可选的，所述多支路双向储能变流器装置还包括：用于插接所述交直流双向变流器模块的插框。

可选的，所述插框的数量与所述交直流双向变流器模块中交直流双向变流器的数量相等。

可选的，所述插框的尺寸与所述交直流双向变流器模块的尺寸匹配。

可选的，所述交直流双向变流器模块上设置有与所述第一铜排插接的第一插接端子。

可选的，所述交直流双向变流器模块上设置有与所述第二铜排插接的第二插接端子。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

由于在本申请实施例中，多支路双向储能变流器装置，包括：人机接口模块，以及依次连接的直流输入输出端口模块、直流开关模块、交直流双向变流器模块和交流开关模块；所述人机接口模块分别与直流电源、所述直流开关模块、所述交直流双向变流器模块、所述交流开关模块和交流电源连接，用于对各模块进行控制，并对各模块的工作状态进行显示。所述直流输入输出端口模块包括多路直流输入输出端口，所述直流开关模块包括多路直流开关，所述交直流双向变流器模块包括多个交直流双向变流器。也就是说，本申请方案提供了一种具有新型结构布局的多支路双向储能变流器装置，能够实现在多路直流电源(如储能电池)与交流电源(如电网)之间进行能量转换，并且可对每一支路进行单独控制，支路之间独立性强、不存在相互干扰。有效地解决了现有技术中大功率储能系统并联接入多簇电池，电池管理难度大，电池不均流的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为背景技术提供的一种储能系统结构示意图；

图2A为本申请实施例提供的第一种多支路双向储能变流器装置结构框图；

图2B为本申请实施例提供的第二种多支路双向储能变流器装置结构框图；

图3为本申请实施例提供的一种多支路双向储能变流器装置的电气原理图；

图4A为本申请实施例提供的一种多支路双向储能变流器装置的第一视角图；

图4B为本申请实施例提供的一种多支路双向储能变流器装置的第二视角图；

图4C为本申请实施例提供的一种多支路双向储能变流器装置的第三视角图；

图4D为本申请实施例提供的一种多支路双向储能变流器装置的第四视角图；

图4E为本申请实施例提供的一种多支路双向储能变流器装置中单个交直流双向变流器结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例通过提供一种多支路双向储能变流器装置，解决了现有技术中大功率储能系统并联接入多簇电池，电池管理难度大，电池不均流的技术问题，能够实现在多路直流电源(如储能电池)与交流电源(如电网)之间进行能量转换，并且可对每一支路进行单独控制，支路之间独立性强、不存在相互干扰。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本申请实施例提供了一种多支路双向储能变流器装置，包括：人机接口模块，以及依次连接的直流输入输出端口模块、直流开关模块、交直流双向变流器模块和交流开关模块；所述人机接口模块分别与直流电源、所述直流开关模块、所述交直流双向变流器模块、所述交流开关模块和交流电源连接；所述直流输入输出端口模块分别与直流电源和所述直流开关模块连接；所述交直流双向变流器模块分别与所述直流开关模块和所述交流开关模块连接；所述交流开关模块还与交流电源连接；其中，所述直流输入输出端口模块包括多路直流输入输出端口，所述直流开关模块包括多路直流开关，所述交直流双向变流器模块包括多个交直流双向变流器。

可见，在本申请实施例中，通过提供一种具有新型结构布局的多支路双向储能变流器装置，能够实现在多路直流电源(如储能电池)与交流电源(如电网)之间进行能量转换，并且可对每一支路进行单独控制，支路之间独立性强、不存在相互干扰，多路直流电源形式可不同，充放电电流大小和方向可任意设置。有效地解决了现有技术中大功率储能系统并联接入多簇电池，电池管理难度大，电池不均流的技术问题。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

请参考图2A，本申请实施例提供了一种多支路双向储能变流器装置，包括：人机接口模块1，以及依次连接的直流输入输出端口模块2、直流开关模块3、交直流双向变流器模块4和交流开关模块5；

人机接口模块1分别与直流电源(DCS，Direct Current Source)、直流开关模块3、交直流双向变流器模块4、交流开关模块5和交流电源(ACS，Alternating Current Source)连接；

直流输入输出端口模块2分别与DCS和直流开关模块3连接；

交直流双向变流器模块4分别与直流开关模块3和交流开关模块5连接；

交流开关模块5还与ACS连接；

其中，直流输入输出端口模块2包括多路直流输入输出端口，直流开关模块3包括多路直流开关，交直流双向变流器模块4包括多个交直流双向变流器。

具体的，请参考图3，直流输入输出端口模块2包括n路直流输入输出端口21～2n，直流开关模块3包括n路直流开关31～3n，交直流双向变流器模块4包括n个交直流双向变流器41～4n。并且，n路直流输入输出端口21～2n一侧与DCS连接、另一侧一一对应与n路直流开关31～3n的一侧连接，n路直流开关31～3n的另一侧一一对应与n个交直流双向变流器41～4n的一侧连接。其中，A、B、C表示交流电三相连接线。

在具体实施过程中，DCS可为储能电池，ACS可为电网，n可取值为8，即该装置可以接入八路独立的储能电池或直流电源，以及一路汇流后的交流电网或交流负载。其中八路储能电池可以是不同电压等级、不同容量、不同类型的电池。对应的，直流输入输出端口模块2具体包括八路直流输入输出端口21～28，其一侧与八路储能电池(对应DCS)连接，另一侧与八个交直流双向变流器模块41～48连接；八个交直流双向变流器模块41～48与交流开关模块5连接，并进一步接至电网。

在具体实施过程中，该多支路双向储能变流器装置由机架部分和模块部分组成，其中，所述机架部分包括人机接口模块1、直流输入输出端口模块2、直流开关模块3、交流开关模块5等，所述模块部分包括交直流双向变流器模块4。进一步，请参考图2B，在直流开关模块3和交直流双向变流器模块4之间设置有第一铜排61，用于对直流开关模块3的直流输出进行直流汇流。在交直流双向变流器模块4和交流开关模块5之间设置有第二铜排62，用于对交直流双向变流器模块4的交流输出进行交流汇流。

本申请多支路双向储能变流器装置具有八路储能电池输入端口(即直流输入输出端口21～28)，以及用于联通或断开直流电源的八路直流开关(即直流开关31～38)，经过直流开关模块3之后通过第一铜排61分别连接至八个交直流双向变流器41～48，经过变流器后输出至交流汇流排(即第二铜排62)，汇流排连接至交流输出开关5，最后连接至交流电网输出。

请参考图4A-图4D，图4A为本申请八路双向储能变流器装置的第一视角图，由图4A可知，该八路双向储能变流器装置包括人机接口模块1、第一至第五散热口81～85、控制开关86、显示灯87～89、把手810；其中，第一散热口81与交流开关模块5的设置位置对应、第二至第五散热口82～85与交直流双向变流器模块4的设置位置对应。图4B为本申请八路双向储能变流器装置的第二视角图，由图4B可知，该八路双向储能变流器装置包括八路直流开关31～38、八个交直流双向变流器41～48和交流输出开关5，其中，由于视角原因，其它细节部分并未标出。图4C为本申请八路双向储能变流器装置的第三视角图，由图4C可知，八路双向储能变流器装置包括用于插接交直流双向变流器模块4的插框7，在插框7的侧面上设置有第一铜排61和第二铜排62，具体的，在插框7与直流开关模块3的相邻侧设置有第一铜排61，在插框7的其它侧面上设置第二铜排62，以防止短路。图4D为本申请八路双向储能变流器装置的第四视角图，由图4D可知，插框7的数量与交直流双向变流器模块4中交直流双向变流器的数量相等，并且尺寸与交直流双向变流器模块4的尺寸匹配。

进一步，请参考图4E，为了方便交直流双向变流器模块4安装于装置机架上，同时与前后模块有效连接，以交直流双向变流器模块4中单个交直流双向变流器41为例，任一交直流双向变流器设置有第一插接端子401和第二插接端子402，当交直流双向变流器模块4中各交直流双向变流器一一对应插接在插架7上时，所述第一插接端子401和第二插接端子402分别与第一铜排61和第二铜排62插接。

在具体实施过程中，基于图4A-图4E所示的八路双向储能变流器装置，可接入八路独立的储能电池，然后通过八个独立的交直流双向变流器进行功率变换，进一步连接至交流电网或负载。除此之外，该装置的人机接口模块1能够显示装置各个部分的工作状态、各种电气参数等，可以本地控制各个模块的开关和功率等，也可以接收远程的调度信号来对本机功率进行控制，还可以与八路储能电池的电池管理系统(BMS，Battery ManagementSystem)进行通信，获取电池的信息以便进行对各自支路的功率变换进行控制。

总而言之，采用本申请多支路双向储能变流器装置，连接好DCS(如储能电池)和ACS(如电网)接口，通过人机接口模块1或其提供的对外协议对本装置进行控制，能够工作在以下模式：

1)多个(如八个)支路储能电池同时进行放电至电网，或同时从电网获取电能进行充电；并且可任意设置充放电电流大小；

2)多个(如八个)支路储能电池可以独立工作在充电状态、放电状态、待机状态、停机状态，即每一个支路在同一时刻可以工作在任意状态；

3)通过功率调节机制，可以根据设置的总功率对各个支路储能电池进行平均功率分配；

4)通过功率调节机制，可以根据设置的总功率对各个支路储能电池进行加权功率分配；

5)通过获取到的各路储能电池BMS信息，分别对各支路储能电池的功率变换进行保护或限流等动作；

6)可支持多个(如八个)支路同时工作于离网运行状态，即交流侧不连接电网，而是独立为负载供电。

需要指出的是，在本方案中，不对交直流双向功率变换模块的拓扑结构进行限制，也就是说，采用三电平或两电平两种拓扑方案均可。并且在本方案中，不对接口连接形式、开关形式进行限定，其中，在本实施例中，交直流双向变流器模块4与机架的连接形式可为线缆连接、对插端子连接等，开关可为断路器或隔离开关等。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

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

Claims (9)

1.一种多支路双向储能变流器装置，其特征在于，包括：人机接口模块(1)，以及依次连接的直流输入输出端口模块(2)、直流开关模块(3)、交直流双向变流器模块(4)和交流开关模块(5)；

所述人机接口模块(1)分别与直流电源、所述直流开关模块(3)、所述交直流双向变流器模块(4)、所述交流开关模块(5)和交流电源连接；

所述直流输入输出端口模块(2)分别与直流电源和所述直流开关模块(3)连接；

所述交直流双向变流器模块(4)分别与所述直流开关模块(3)和所述交流开关模块(5)连接；

所述交流开关模块(5)还与交流电源连接；

其中，所述直流输入输出端口模块(2)包括多路直流输入输出端口，所述直流开关模块(3)包括多路直流开关，所述交直流双向变流器模块(4)包括多个交直流双向变流器。

2.如权利要求1所述的多支路双向储能变流器装置，其特征在于，所述直流输入输出端口模块(2)具体包括八路直流输入输出端口，所述直流开关模块(3)具体包括八路直流开关，所述交直流双向变流器模块(4)具体包括八个交直流双向变流器。

3.如权利要求1所述的多支路双向储能变流器装置，其特征在于，在所述直流开关模块(3)和所述交直流双向变流器模块(4)之间设置有第一铜排(61)。

4.如权利要求1所述的多支路双向储能变流器装置，其特征在于，在所述交直流双向变流器模块(4)和所述交流开关模块(5)之间设置有第二铜排(62)。

5.如权利要求1所述的多支路双向储能变流器装置，其特征在于，所述多支路双向储能变流器装置还包括：用于插接所述交直流双向变流器模块(4)的插框(7)。

6.如权利要求5所述的多支路双向储能变流器装置，其特征在于，所述插框(7)的数量与所述交直流双向变流器模块(4)中交直流双向变流器的数量相等。

7.如权利要求5所述的多支路双向储能变流器装置，其特征在于，所述插框(7)的尺寸与所述交直流双向变流器模块(4)的尺寸匹配。

8.如权利要求3所述的多支路双向储能变流器装置，其特征在于，所述交直流双向变流器模块(4)上设置有与所述第一铜排(61)插接的第一插接端子(401)。

9.如权利要求4所述的多支路双向储能变流器装置，其特征在于，所述交直流双向变流器模块(4)上设置有与所述第二铜排(62)插接的第二插接端子(402)。