CN216625350U - 一种微型储能变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种微型储能变流器，包括低压侧直流母线模块、电池充放电路、高压侧直流母线模块、逆变器及交流侧母线模块；低压侧直流母线模块一端与电池包连接，另一端依次与电池充放电路、高压侧直流母线模块、逆变器及交流侧母线模块连接；交流侧母线模块包括第一输出端与第二输出端，第二输出端与交流电网连接。本方案的微型储能变流器直流侧电压较低，可极大的降低原储能变流器的直流侧电压，适合安全要求比较高的场合；与此同时，微型储能变流器可以进行组网，由于微型储能变流器为模块化设置，可以根据现场情况匹配电池包，可以一台微型储能变流器接一个电池包，也可以一台微型储能变流器并联多个电池包，大大增加了扩展性。

Description

一种微型储能变流器

技术领域

本实用新型涉及一种新能源发电技术领域，特别是涉及一种微型储能变流器。

背景技术

随着新能源发电尤其是分布式新能源发电在我国发电能源结构中所占的比例逐年增加，电池储能系统作为一种能量存储、充放介质，具有双向功率能力和灵活调节特性，可以有效改善可再生能源发电功率波动性与间歇性对电网带来的负面影响，提高电网对分布式新能源的接纳能力，因此近年来在新能源及微电网领域的应用日益增多，具有广阔的应用场景。

储能变流器(Power Conversion System，简称PCS)作为电池储能系统中关键部件之一，可将不同种类电池存储的直流能量转换为符合相应标准的交流电能，同时控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，请参阅图1。

请参阅图2，PCS包括DC/AC双向变流器及控制单元，控制单元通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制DC/AC双向变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。

控制单元通过CAN接口与BMS(电池管理系统)通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。

采用这种方案导致以下问题：

1、储能变流器直流侧的电压高，导致危险性较高的问题；

目前市面上储能项目的设计均是采用多个电池包单体通过一定的串并联方式，组成固定容量的电池组，多个电池组连接后接入到一套储能变流器PCS系统，导致PCS直流侧电压范围达到200V～600V甚至更高，在安装施工过程中容易引发对工程人员的电击伤害，在长期运行过程中更有绝缘损坏或连接件接触不良导致的直流电弧风险。

同时还存在直流保护器件更贵、交流保护器件可靠性低、高压直流电弧难以分断、电池呈电流源特性，过流后电流不会明显变大，使保护变得更加困难等问题。

2、电池组发生故障时必须切掉整个储能系统，导致效率不高的问题；

在传统储能项目中，储能变流器(PCS)管理多组电池包，多组电池包按照集中式逻辑和储能变流器连接，当任一电池组发生故障时，需切掉整个储能系统，从而导致储能系统的效率较低。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种微型储能变流器，用于解决现有技术中储能变流器对整个电池储能系统统一调配，导致储能变流器直流侧的电压较高，容易导致安全事故的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种微型储能变流器，包括：低压侧直流母线模块、电池充放电路、高压侧直流母线模块、逆变器及交流侧母线模块；

所述低压侧直流母线模块的一端与电池包连接，另一端依次与所述电池充放电路、所述高压侧直流母线模块、所述逆变器及所述交流侧母线模块连接；

所述交流侧母线模块包括第一输出端与第二输出端，所述第一输出端与本地负载连接，所述第二输出端与交流电网连接。

于本实用新型的一实施例中，所述电池充放电路包括双向高频隔离DC/DC模块。

于本实用新型的一实施例中，所述逆变器包括双向AC/DC模块。

于本实用新型的一实施例中，还包括处理器及第一继电器，所述第一继电器的开关两端串接在所述逆变器与所述交流侧母线模块之间，所述第一继电器的控制端与所述处理器电连接。

于本实用新型的一实施例中，还包括处理器及第二继电器，所述第二继电器的开关两端串接在所述第一输出端与本地负载之间，所述第二继电器的控制端与所述处理器电连接。

于本实用新型的一实施例中，还包括处理器及第三继电器，所述第三继电器的开关两端串接在所述第二输出端与交流电网之间，所述第三继电器的控制端与所述处理器电连接。

如上所述，本实用新型的一种微型储能变流器，具有以下有益效果：

本方案的微型储能变流器与单个电池包连接，用户可通过微型储能变流器对单个电池包进行充放电控制和管理，从而完成整个储能系统的管理，由于每个微型储能变流器的直流侧电压较低，可极大的降低原储能变流器的直流侧电压，适合安全要求比较高的场合；此外，当任一电池包出现故障时，其余电池包都可以继续在工作状态下运行，极大地提高了储能系统的整体效率。

附图说明

图1显示为现有技术中公开的储能变流器与电池包连接示意图。

图2显示为现有技术中公开的储能变流器工作原理图。

图3显示为本实用新型实施例中公开的微型储能变流器结构示意图。

图4显示为本实用新型实施例中公开的微型储能变流器与电池包连接示意图。

图5显示为本实用新型实施例中公开的微型储能变流器组网示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图3，本实用新型提供一种微型储能变流器，包括：低压侧直流母线模块、电池充放电路、高压侧直流母线模块、逆变器及交流侧母线模块，其中，低压侧直流母线模块的一端与电池包连接，另一端依次与电池充放电路、高压侧直流母线模块、逆变器及交流侧母线模块连接；交流侧母线模块包括第一输出端与第二输出端，第一输出端与本地负载连接，第二输出端与交流电网连接。

需要说明的是，在微型储能变流器系统中，主要线缆是和交流电网连接的交流线缆，主要元器件为交流元器件，可靠性更高，价格更低；而在直流侧，每个电池包通过各自的直流线缆独立接入微型储能变流器，因此系统最高直流电压为单个电池包的开路电压，大约在50V左右，安装和使用过程中非常安全，无电击及拉弧起火风险，从根本上解决了传统系统中高直流电压的难题，同时也会使储能变流器的体积缩小很多，大大节省占地面积。

继续说明，低压侧直流母线模块与电池包连接，用于将电池包内的能量传递到上一级，或将上一级的能量输送给电池包。

电池充放电路，用于连接低压侧直流母线模块和高压侧直流母线模块，完成能量从低压侧到高压侧、或从高压侧到低压侧的转换。本实施例中，电池充分电路包括双向高频隔离DC/DC模块。

逆变器，用于将直流母线电压逆变成交流电，供给本地负载或直接接入交流电网；还用于把交流电网中的交流电整流为直流电，并向直流母线输送能量。本实施例中，逆变器包括双向AC/DC模块。

本实施例中，逆变器的T接接头可以在微型储能变流器(微型PCS)内，也可以在外面，从而使得每一台微型储能变流器(微型PCS)接一个电池包。当任一个电池包出现故障时，或者说电池组合中有一块不能良好工作，则只有这一块会受到影响，其他电池都将在最佳工作状态运行，使得系统总体效率会更高，请参阅图4。

此外，微型储能变流器(微型PCS)还可以进行组网，由于微型储能变流器(微型PCS)为模块化设置，因此可以根据现场情况匹配电池包，可以一台微型储能变流器(微型PCS)接一个电池包，也可以一台微型储能变流器(微型PCS)并联多个电池包，但是电池包与电池包是呈现并联连接关系，互相独立，互不影响；甚至多相微型储能变流器(微型PCS)可以并联，最终实现三相接入交流电网，进而实现PCS组网连接，大大增加了扩展性，请参阅图5。

为便于用户控制微型储能变流器的工作，本方案还包括处理器和多个继电器。

第一继电器的开关两端串接在逆变器与交流侧母线模块之间，第一继电器的控制端与处理器电连接。当电池包出现故障时，用户可通过处理器输出控制信号到第一继电器的控制端，通过控制第一继电器的开合，从而切断或接通交直流通道。

第二继电器的开关两端串接在第一输出端与本地负载之间，第二继电器的控制端与处理器电连接。

第三继电器的开关两端串接在第二输出端与交流电网之间，第三继电器的控制端与处理器电连接。

用户可通过处理器输出控制信号到第二继电器或第三继电器的控制端，通过控制第二继电器或第三继电器的开合，从而选择本地负载或交流电网。

需要说明的是，处理器通常是整个微电脑数显传感处理器系统的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，可以配置相应的操作系统，以及控制接口等，具体地，可以是单片机、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)、ARM(AdvancedRISCMachines，ARM处理器)等能够用于自动化控制的数字逻辑处理器，可以将控制指令随时加载到内存进行储存与执行，同时，可以内置CPU指令及资料内存、输入输出单元、电源模组、数字模拟等单元，具体可以根据实际使用情况进行设置，本方案对此不进行限制。

实际使用时，第一继电器、第二继电器及第三继电器初始状态为接通状态。

当需要电池包放电时，低压侧直流母线模块(额定36～60Vdc)将电池包能量经电池充放电路送入高压侧直流母线模块(额定400Vdc)，再经逆变器输出交流能量。

若逆变器处于“并网运行模式”，交流能量可以接入交流电网并网运行，还可为本地负载供电。

若逆变器在处于“离网运行模式”，交流电网未接入或发生故障时，则该交流能量依然能为本地负载不间断供电，实现扩容。

当电池包需要充电时，交流电网能量经逆变器整流后送入高压侧直流母线模块，再经电池充放电路为低压侧电池包充电。

微型PCS系统由于其直流电压低的系统架构与支路电池组故障时及时切除的设备方案，达到了市面上传统储能变流(PCS)系统中所不能达到的安全级别，使其非常适合于对安全要求比较高的场合。

综上所述，本实用新型的一种微型储能变流器，与单个电池包或多个相互并联的电池包连接，用户可通过微型储能变流器对连接的电池包进行充放电控制和管理，从而完成整个储能系统的管理。由于每个微型储能变流器的直流侧电压较低，可极大的降低原储能变流器的直流侧电压，适合安全要求比较高的场合；此外，当任一电池包出现故障时，其余电池包都可以继续在工作状态下运行，极大地提高了储能系统的整体效率。

所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种微型储能变流器，其特征在于，包括：低压侧直流母线模块、电池充放电路、高压侧直流母线模块、逆变器及交流侧母线模块；

所述低压侧直流母线模块的一端与电池包连接，另一端依次与所述电池充放电路、所述高压侧直流母线模块、所述逆变器及所述交流侧母线模块连接；

所述交流侧母线模块包括第一输出端与第二输出端，所述第一输出端与本地负载连接，所述第二输出端与交流电网连接。

2.根据权利要求1所述的微型储能变流器，其特征在于：所述电池充放电路包括双向高频隔离DC/DC模块。

3.根据权利要求1所述的微型储能变流器，其特征在于：所述逆变器包括双向AC/DC模块。

4.根据权利要求1所述的微型储能变流器，其特征在于：还包括处理器及第一继电器，所述第一继电器的开关两端串接在所述逆变器与所述交流侧母线模块之间，所述第一继电器的控制端与所述处理器电连接。

5.根据权利要求1所述的微型储能变流器，其特征在于：还包括处理器及第二继电器，所述第二继电器的开关两端串接在所述第一输出端与本地负载之间，所述第二继电器的控制端与所述处理器电连接。

6.根据权利要求1所述的微型储能变流器，其特征在于：还包括处理器及第三继电器，所述第三继电器的开关两端串接在所述第二输出端与交流电网之间，所述第三继电器的控制端与所述处理器电连接。

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