CN211456775U - 储能变流器及其供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种储能变流器及其供电系统，该供电系统包括：第一冗余单元，连接在储能变流器的交流侧接触器与电源之间，并且包括与交流侧接触器的线圈并联连接的储能电容器以及与储能电容器并联连接的泄放电阻器。根据本实用新型的实施例的供电系统可以降低储能变流器的成本，降低储能元件的静态损耗、延长储能元件的静置时间、降低储能元件的自放电率或提高储能元件的使用寿命。

Description

储能变流器及其供电系统

技术领域

本实用新型涉及变流器，更具体地讲，涉及储能变流器及其供电系统。

背景技术

随着社会的发展和新能源技术的进步，储能系统已经获得了较为广泛的应用，在电力系统中占有越来越重要的地位。

一方面，储能系统可以作为发电环节中的快速备用，对计划调度及区域控制等起到支持作用；另一方面，储能系统还可以作为输电环节中的无功补偿装置，对系统电压进行调节。

此外，储能系统可以通过有功功率及无功功率的调节提高配电网络的运行可靠性和稳定性，而作为储能系统中的重要环节的储能变流器，其控制回路供电对于储能系统的安全稳定运行至关重要。

储能变流器的交流侧接触器的线圈的吸合功率大，保持功率小，导致整个系统成本居高不下。此外，电化学储能系统项目现场储能投运过程中，可能出现控制系统正常供电，但是储能元件(例如，电池组)长时间无法充电的情况。

另外，储能元件的静态损耗高、储能元件的静置时间短、储能元件的自放电率高并且储能元件的使用寿命短。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能够降低储能变流器的成本的供电系统。

根据本实用新型的另一方面，提供一种储能变流器的供电系统，该供电系统包括：第一冗余单元，连接在储能变流器的交流侧接触器与电源之间，并且包括与交流侧接触器的线圈并联连接的储能电容器以及与储能电容器并联连接的泄放电阻器。

优选地，第一冗余单元还可包括串联连接到电源的正输出端的防反二极管。

优选地，电源可包括直流供电模块和交流供电模块，供电系统还可包括开关电源，直流供电模块通过储能元件提供直流电，交流供电模块通过电网或储能变流器的AC/DC转换器提供交流电，开关电源的输入端连接到直流供电模块和交流供电模块的输出端，开关电源的输出端连接到第一冗余单元。

优选地，开关电源可包括：第一开关电源，连接在直流供电模块与第一冗余单元之间；第二开关电源，连接在交流供电模块与第一冗余单元之间，第二开关电源的输出电压大于第一开关电源的输出电压。

优选地，供电系统还可包括具有与第一冗余单元的构造相同的构造的第二冗余单元和第三冗余单元，第二冗余单元和第三冗余单元分别输出具有不同幅值的直流电压，开关电源还包括第三开关电源、第四开关电源、第五开关电源和第六开关电源，第三开关电源连接在直流供电模块与第二冗余单元之间，第四开关电源连接在交流供电模块与第二冗余单元之间，第五开关电源连接在直流供电模块与第三冗余单元之间，第六开关电源连接在交流供电模块与第三冗余单元之间，其中，第四开关电源的输出电压大于第三开关电源的输出电压，并且第六开关电源的输出电压大于第五开关电源的输出电压，其中，第二冗余单元的输出电压、第三冗余单元的输出电压以及第一冗余单元的输出电压互不相同。

优选地，电源可包括直流供电模块和交流供电模块，直流供电模块通过储能元件提供直流电，交流供电模块通过电网或储能变流器的AC/DC转换器提供交流电，供电系统还包括整流滤波电路、降压电路、防反单元，整流滤波电路的输入端连接到交流供电模块，整流滤波电路的输出端连接到防反单元的输入端，防反单元的输出端连接到第一冗余单元的输入端，第一冗余单元的输出端连接到交流侧接触器的线圈，降压电路的输入端连接到直流供电模块，降压电路的输出端连接到第一冗余单元。

优选地，降压电路可包括串联连接在直流供电模块与第一冗余单元之间的开关元件，并且开关元件响应于储能变流器的控制器的控制信号而在供电系统既有交流电又有直流电时断开。

优选地，供电系统还可包括多个开关电源，多个开关电源的输入端连接到第一冗余单元的输出端，多个开关电源输出具有不同幅值的直流电压。

优选地，储能元件可包括电池组，防反单元包括防反二极管，降压电路包括buck降压电路，整流滤波电路包括全桥整流电路。

根据本实用新型的另一方面，提供一种储能变流器，该储能变流器包括上述储能变流器的供电系统。

根据本实用新型的实施例的供电系统可减小包括储能元件的储能系统的静态损耗、延长储能元件的静置时间、降低储能元件的自放电率或提高储能元件的使用寿命。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本实用新型的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本实用新型的示例性实施例的储能变流器的第一供电系统的框图；

图2是示出根据本实用新型的示例性实施例的第一冗余单元的电路图；

图3是示出根据本实用新型的示例性实施例的储能变流器的第二供电系统的框图。

附图标号：

30：直流供电模块；40：交流供电模块；50：电网/AC/DC转换器；60：储能元件；85：第五开关电源；86：第六开关电源；83：第三开关电源；84：第四开关电源；81：第一开关电源；82：第二开关电源；90：第三冗余单元；70：第二冗余单元；10：第一冗余单元；110：第二DC负载；100：第一DC负载；20：线圈；

101：泄放电阻器；102：储能电容器；103：防反二极管；

310：整流滤波电路；320：防反单元；300：降压电路；87：第七开关电源；88：第八开关电源。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本实用新型的实施例。

储能变流器(PCS)一般包括接触器(包括直流侧接触器和交流侧接触器)、AC/DC转换器、控制器等部件。储能变流器可以连接在储能元件(例如，诸如蓄电池的电池组)与电网或负载之间。交流侧接触器的线圈的吸合功率大，保持功率小，为了使交流侧接触器的线圈正常吸合，储能变流器的供电系统的需要大功率驱动器件，导致储能变流器或其供电系统的成本居高不下。

本实用新型的实施例的供电系统用于为储能变流器的交流侧接触器的线圈进行供电，使线圈能够正常吸合。本实用新型的实施例的供电系统可包括至少一个冗余单元。下面结合图1至图3对其进行详细描述。

图1是示出根据本实用新型的示例性实施例的储能变流器的第一供电系统的框图，图2是示出根据本实用新型的示例性实施例的第一冗余单元的电路图。

如图1所示，本实用新型的示例性实施例的储能变流器的第一供电系统可以包括第一冗余单元10，第一冗余单元10连接在储能变流器的交流侧接触器与电源(稍后将详细解释)之间，可以用于向储能变流器的接触器的线圈20进行供电，接触器除了线圈20之外还包括三个三相输入触点、三个输出触点等，输入触点和输出触点可连接到电网(主电网)与储能元件之间的主充电电路。虽然没有示出，但是电网、交流侧接触器、AC/DC转换器(双向，稍后进行描述)、直流侧接触器、电池组可以依次形成主充电回路，电池组、直流侧接触器、AC/DC转换器、交流侧接触器可以依次形成主放电回路。

在直流侧接触器与电池组之间的主充放电回路上还可以设置安全开关组(例如，第一安全开关组)，在交流侧接触器与电网之间的主充放电回路上也可以设置安全开关组(例如，第二安全开关组)。

可选地，第一安全开关组可以包括断路器或继电器，第二安全开关组也可以包括断路器或继电器。如果第一安全开关组与第二安全开关组均包括断路器，则储能系统(例如，储能变流器)中出现短路或过压等情况时，断路器可自行断开。或者，也可利用控制器发送断开信号，断路器接收断开信号，控制断路器断开。

除了主充放电回路之外，还可以包括各种分支电路(例如，线圈的分支供电电路)。

如图2所示，线圈20可以连接在储能变流器的交流侧接触器与电源(可以包括直流供电模块30和交流供电模块40(如图1所示))之间，这里的电源是指用于为线圈20或储能变流器中的其他部件(例如，控制器等)供电的部件。

第一冗余单元10可以包括与交流侧接触器的线圈20并联连接的储能电容器102以及与储能电容器102并联连接的泄放电阻器101。这里的储能电容器102可以是等效电容器，泄放电阻器101可以是等效电阻器。换言之，实际的储能电容器和泄放电阻器的数量不限于一个，多个储能电容器中的每个与多个泄放电阻器中的每个的连接方式也不限于并联。

根据本实用新型的供电系统采用了储能电容器102加泄放电阻器101的方式，当交流侧接触器的线圈20启动时，主要由储能电容器102上的能量为交流侧接触器的线圈20供电；当交流侧接触器的线圈20保持时，由开关电源为其储能。同时，当系统断电时，储能电容器102上的能量通过泄放电阻器101泄放掉。因此，本实用新型的供电系统不需要复杂且昂贵的驱动器件，由此可以降低成本。

除了储能电容器102以及泄放电阻器101之外，第一冗余单元10还可以包括串联连接到电源的正输出端的防反二极管103。防反二极管103可以连接到直流供电模块30的正输出端。第一冗余单元10可以是储能变流器的供电系统的一部分，也可以制造成可从储能变流器上拆卸的可拆卸部件，第一冗余单元10可以可拆卸地连接在线圈20与开关电源之间。

如上所述，电源可以包括直流供电模块30和交流供电模块40，直流供电模块30可通过储能元件60提供直流电，交流供电模块40通过电网或储能变流器的AC/DC转换器提供交流电，这里的AC/DC转换器的交流侧可连接到电网，AC/DC转换器的直流侧可以连接到储能元件(例如，电池组)。当不能通过电网提供交流电时，可以通过AC/DC转换器的交流侧提供交流电，由此将AC/DC转换器的交流侧输出的电提供到交流供电模块40。

直流供电模块30和交流供电模块40可以是分别仅提供直流输入和交流输入的接口、端口或插排等，也可以包括降压、滤波等常见部件。

如图1所示，本实用新型的第一供电系统还可以包括至少一个开关电源，至少一个开关电源的输入端可以连接到直流供电模块30和交流供电模块40的输出端，至少一个开关电源的输出端可以连接到第一冗余单元10。每个开关电源均可以通过IGBT开关电源等实现。

至少一个开关电源可以包括一对开关电源，例如，第一开关电源81和第二开关电源82，第一开关电源81可以连接在直流供电模块30与第一冗余单元10之间，第二开关电源82可以连接在交流供电模块40与第一冗余单元10之间，第二开关电源82的输出电压可以大于第一开关电源81的输出电压。由此，当系统既有交流电又有直流电时，优先使用交流电为线圈20供电。

可选地，储能变流器中的其他直流负载可以由本实用新型的供电系统供电(例如，第一供电系统或下文的第二供电系统)，也可以通过其他供电系统另外提供。例如，可以由另外的开关电源和冗余单元提供直流驱动电压。

如图1所示，本实用新型的第一供电系统还可以包括第二冗余单元70和第三冗余单元90，第二冗余单元(70)和第三冗余单元(90)分别输出具有不同幅值的直流电压，该直流电压可以用于为储能变流器中的第一DC负载100(24V DC负载)以及第二DC负载110(15VDC负载)供电。

至少一个开关电源还可以包括第三开关电源83、第四开关电源84、第五开关电源85和第六开关电源86。可选地，第三开关电源83可以连接在直流供电模块30与第二冗余单元70之间，第四开关电源84可以连接在交流供电模块40与第二冗余单元70之间，第五开关电源85可以连接在直流供电模块30与第三冗余单元90之间，第六开关电源86可以连接在交流供电模块40与第三冗余单元90之间。每个开关电源均可通过IGBT开关电源等实现。

当供电系统只有交流电，没有直流电时，第一供电系统投入第二开关电源82、第四开关电源84、第六开关电源86及对应的第一冗余单元10、第二冗余单元70、第三冗余单元90进行供电。

当供电系统中只有直流电，没有交流电时，第一供电系统投入第一开关电源81、第三开关电源83、第五开关电源85及对应的第一冗余单元10、第二冗余单元70、第三冗余单元90供电。此时，系统供电正常，线圈20得电，交流接触器可以正常得电吸合，满足系统黑启动的要求。

当供电系统中既有交流电又有直流电时，通过设置开关电源的输出电压，使得第二开关电源82、第四开关电源84、第六开关电源86的输出电压分别高于第一开关电源81、第三开关电源83及第五开关电源85的输出电压，从而实现交流优先供电。此外，第二开关电源82、第四开关电源84、第六开关电源86的输出电压可以满足储能变流器的各个负载的供电要求。

换言之，第四开关电源84的输出电压可以大于第三开关电源83的输出电压，并且第六开关电源86的输出电压可以大于第五开关电源85的输出电压，第二冗余单元70的输出电压、第三冗余单元90的输出电压以及第一冗余单元10的输出电压互不相同。

第二冗余单元70的直流输出电压可以用于为储能变流器中的第一DC负载100(例如，24V DC负载)供电，第三冗余单元90的直流输出电压可以用于为储能变流器中的第二DC负载110(例如，15V DC负载)供电。

第二冗余单元70和第三冗余单元90可以具有与第一冗余单元10的构造相同的构造。即，第二冗余单元70和第三冗余单元90均可包括储能电容器和泄放电阻器。本实用新型的供电系统的开关电源还可以连接在冗余单元和直流负载之间。

图3是示出根据本实用新型的示例性实施例的储能变流器的第二供电系统的框图。

根据本实用新型的实施例的第二供电系统除了第一冗余单元10之外还可包括整流滤波电路310、降压电路300和防反单元320。

与第一供电系统类似，本实用新型的第二供电系统的第一冗余单元10可以连接在储能变流器的交流侧接触器与电源之间，并且可以包括与交流侧接触器的线圈20并联连接的储能电容器以及与储能电容器并联连接的泄放电阻器。第二供电系统的直流供电模块、交流供电模块、线圈等均可以与第一供电系统的对应部件相同，这里不在赘述。

本实用新型的第二供电系统的整流滤波电路310的输入端可以连接到交流供电模块40，整流滤波电路310的输出端可以连接到防反单元320的输入端，防反单元320的输出端可以连接到第一冗余单元10的输入端，第一冗余单元10的输出端可以连接到交流侧接触器的线圈20。根据本实用新型的示例性实施例，整流滤波电路310可包括全桥整流电路，但不限于此。

降压电路300的输入端可以连接到直流供电模块30，降压电路300的输出端可以连接到第一冗余单元10，第一冗余单元10可以连接到供电系统的多个开关电源(例如，第七开关电源87和第八开关电源88)，多个开关电源的输入端可以连接到第一冗余单元10的输出端，多个开关电源可以输出具有不同幅值的直流电压。多个开关电源中的每个可以通过IGBT开关电源等实现。

降压电路300可以包括buck降压电路，并且可以包括串联连接在直流供电模块30与第一冗余单元10之间的开关元件，这里的开关元件可以IGBT、MOSFET、IGCT等可控开关元件。这些开关元件可以在储能变流器的控制器(例如，PCS控制器)的控制信号下接通或断开。例如，当供电系统中只有直流电没有交流电时，可以控制该开关元件接通，使降压电路300正常操作。此外，可以通过控制器控制开关元件，从而调整降压电路300的输出电压，使得降压电路300的输出电压小于交流供电模块的输出电压，从而在既有直流电又有交流电的情况下实现交流优先供电。

防反单元320可以包括防反二极管，防反单元320可以在交流输入电压较低时，起到防反作用。第一冗余单元10的储能电容器主要用于为交流侧接触器的线圈供电，满足其启动功耗大，保持功耗低的要求，第一冗余单元10中的泄放电阻可用来满足系统断电后，将储能电容器上的能量在规定时间内泄放掉，储能电容器同时还可以起到滤波的作用，为后续的开关电源提供稳定的输入。

具体地，当供电系统中只有交流电，没有直流电时，交流供电模块40提供的交流电经过整流滤波电路310、防反单元320后输出220V直流电压，为储能电容器储能，同时为第七开关电源87及第八开关电源88供电，以满足负载要求，当交流接触器动作时，其能量主要由储能电容器提供。

当供电系统中只有直流电，没有交流电时，直流供电模块30提供的直流电经过降压电路300输出220V直流电压，为储能电容器储能，同时为第七开关电源87及第八开关电源88供电以满足负载要求，交流接触器动作时，其能量主要由储能电容器提供，满足系统黑启动的要求。

当供电系统中既有交流电又有直流电时，降压电路300中的开关元件可以响应于PCS控制器而断开，降压电路300停止操作；交流电经过整流滤波电路310、防反单元320后输出220V直流电压，为储能电容器储能，同时为第七开关电源87及第八开关电源88供电以满足负载要求，交流接触器动作时，其能量主要由储能电容器提供。

根据本实用新型的第一供电系统以及第二供电系统实现了交直流供电的无缝切换，同时满足交流优先供电，以降低对储能元件的能量消耗。此外，还满足了储能变流器黑启动的要求，保证储能变流器的安全稳定运行。

根据本实用新型的供电系统能够降低储能变流器的供电成本。

根据本实用新型的供电系统可以减小包括储能元件的储能系统的静态损耗、延长储能元件的静置时间、降低储能元件的自放电率或提高储能元件的使用寿命。

上面对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行组合、修改和完善(例如，可以对本实用新型的不同技术特征进行组合以得到新的技术方案)。这些组合、修改和完善也应在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种储能变流器的供电系统，其特征在于，所述供电系统包括：

第一冗余单元(10)，连接在所述储能变流器的交流侧接触器与电源之间，并且包括与所述交流侧接触器的线圈(20)并联连接的储能电容器(102)以及与所述储能电容器(102)并联连接的泄放电阻器(101)。

2.根据权利要求1所述的储能变流器的供电系统，其特征在于，所述第一冗余单元(10)还包括串联连接到所述电源的正输出端的防反二极管(103)。

3.根据权利要求2所述的储能变流器的供电系统，其特征在于，所述电源包括直流供电模块(30)和交流供电模块(40)，所述供电系统还包括开关电源，所述直流供电模块(30)通过储能元件(60)提供直流电，所述交流供电模块(40)通过电网或所述储能变流器的AC/DC转换器提供交流电，

所述开关电源的输入端连接到所述直流供电模块(30)和所述交流供电模块(40)的输出端，所述开关电源的输出端连接到所述第一冗余单元(10)。

4.根据权利要求3所述的储能变流器的供电系统，其特征在于，所述开关电源包括：

第一开关电源(81)，连接在所述直流供电模块(30)与所述第一冗余单元(10)之间；

第二开关电源(82)，连接在所述交流供电模块(40)与所述第一冗余单元(10)之间，

所述第二开关电源(82)的输出电压大于所述第一开关电源(81)的输出电压。

5.根据权利要求4所述的储能变流器的供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括具有与所述第一冗余单元(10)的构造相同的构造的第二冗余单元(70)和第三冗余单元(90)，所述第二冗余单元(70)和所述第三冗余单元(90)分别输出具有不同幅值的直流电压，所述开关电源还包括第三开关电源(83)、第四开关电源(84)、第五开关电源(85)和第六开关电源(86)，

所述第三开关电源(83)连接在所述直流供电模块(30)与所述第二冗余单元(70)之间，

所述第四开关电源(84)连接在所述交流供电模块(40)与所述第二冗余单元(70)之间，

所述第五开关电源(85)连接在所述直流供电模块(30)与所述第三冗余单元(90)之间，

所述第六开关电源(86)连接在所述交流供电模块(40)与所述第三冗余单元(90)之间，

其中，所述第四开关电源(84)的输出电压大于所述第三开关电源(83)的输出电压，并且所述第六开关电源(86)的输出电压大于所述第五开关电源(85)的输出电压，

其中，所述第二冗余单元(70)的输出电压、所述第三冗余单元(90)的输出电压以及所述第一冗余单元(10)的输出电压互不相同。

6.根据权利要求1所述的储能变流器的供电系统，其特征在于，所述电源包括直流供电模块(30)和交流供电模块(40)，所述直流供电模块(30)通过储能元件(60)提供直流电，所述交流供电模块(40)通过电网或所述储能变流器的AC/DC转换器提供交流电，

所述供电系统还包括整流滤波电路(310)、降压电路(300)、防反单元(320)，所述整流滤波电路(310)的输入端连接到所述交流供电模块(40)，所述整流滤波电路(310)的输出端连接到所述防反单元(320)的输入端，所述防反单元(320)的输出端连接到所述第一冗余单元(10)的输入端，所述第一冗余单元(10)的输出端连接到所述交流侧接触器的所述线圈(20)，

所述降压电路(300)的输入端连接到所述直流供电模块(30)，所述降压电路(300)的输出端连接到所述第一冗余单元(10)。

7.根据权利要求6所述的储能变流器的供电系统，其特征在于，所述降压电路(300)包括串联连接在所述直流供电模块(30)与所述第一冗余单元(10)之间的开关元件，并且所述开关元件响应于所述储能变流器的控制器的控制信号而在所述供电系统既有交流电又有直流电时断开。

8.根据权利要求7所述的储能变流器的供电系统，其特征在于，所述供电系统还包括多个开关电源，所述多个开关电源的输入端连接到所述第一冗余单元(10)的输出端，所述多个开关电源输出具有不同幅值的直流电压。

9.根据权利要求8所述的储能变流器的供电系统，其特征在于，所述储能元件(60)包括电池组，所述防反单元(320)包括防反二极管，所述降压电路(300)包括buck降压电路，所述整流滤波电路(310)包括全桥整流电路。

10.一种储能变流器，其特征在于，包括根据权利要求1至9中的任一项所述的储能变流器的供电系统。

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