CN218005960U - 一种电池储能电站的即插即用物理接口设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电池储能电站的即插即用物理接口设备，包括直流侧单元和交流侧单元，直流侧单元通过IGBT模块连接交流侧单元，直流侧单元包括均连接在直流侧母线上的直流侧电源、直流熔断器、直流EMI滤波器、直流接触器和直流母线电容，交流侧单元包括均连接在交流侧母线上的交流防雷器、交流接触器、交流EMI滤波器、交流断路器和LC滤波电抗器，交流断路器还连接有接口组件；交流防雷器和LC滤波电抗器均通过交流熔断器连接交流侧母线；交流断路器和接口组件的连接线路中还设有一个交流断路器。与现有技术相比，本实用新型整体上具有安全可靠、能保证接入设备运行稳定等优点。

Description

一种电池储能电站的即插即用物理接口设备

技术领域

本实用新型涉及储能电站领域，尤其是涉及一种电池储能电站的即插即用物理接口设备。

背景技术

储能是未来电力行业发展的必然选择，由于可再生能源规模化消纳、电力调峰调频、分布式能源友好接入、用户侧需求响应、电动汽车与电网友好互动等方面的需求，储能在未来电力系统中将是不可或缺的角色。在储能大规模化应用的背景下，储能系统并网对配电网的一次网架结构、自动化控制和管理水平带来了重大挑战。储能系统离网-孤岛运行-并网-并网运行状态切换，并网运行时配网网架的重构、不同消纳模式的切换，离网孤岛运行时一次网络结构变化等，这些导致了配电网运行的多态性，如何实现电池储能系统(Battery Energy Storage System,BESS)或者其他可控资源的灵活有效的控制，实现配电网不同运行状态的平滑切换和稳定运行，是储能系统并网协调控制技术的难点之一。

即插即用储能电站是指实现了BMS、PCS、电池系统及EMS之间在信息流和能量流层面的高度模块化、标准化，具备适用于电网复杂工况下的可控、可观、互动及多工况自主转换的智能化储能系统。即插即用突出的是电池储能系统的即时可用性，而支撑这一可用性的，就是储能的模块化、标准化设计与制造。电池储能系统的模块化、标准化设计，有助于简化电池储能系统的设计、使电池储能系统便于调试和维护，方便系统的快速搭建以及快速投切运行，且极大的提升了电池储能系统的灵活性，使电池储能系统的即插即用真正的成为可能。

各类型储能装置与电网连接所需的功率接口设备最终可归为两类：直流侧和交流侧物理接口技术，主要通过DC/DC及DC/AC电力电子接口技术实现，而在物理接口的接入设备中，如何实现对接入设备的电流保护以及干扰防护，是构建即插即用储能电站中硬件方面迫待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实现对接入设备的电流保护以及干扰防护的电池储能电站的即插即用物理接口设备。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电池储能电站的即插即用物理接口设备，包括直流侧单元和交流侧单元，所述直流侧单元通过IGBT模块连接所述交流侧单元，所述直流侧单元包括均连接在直流侧母线上的直流侧电源、直流熔断器、直流EMI滤波器、直流接触器和直流母线电容，所述交流侧单元包括均连接在交流侧母线上的交流防雷器、交流接触器、交流EMI滤波器、交流断路器和LC滤波电抗器，所述交流断路器还连接有接口组件。

进一步地，所述交流防雷器和LC滤波电抗器均通过交流熔断器连接所述交流侧母线。

进一步地，所述交流断路器和接口组件的连接线路中还设有一个交流断路器。

进一步地，所述即插即用物理接口设备用于50kVA容量的电池储能电站。

进一步地，所述交流断路器的型号为T2N160TMDR125FF3P、级数为3级、安装方式为固定式；

所述直流断路器的型号为T4N250TMA R250FF4P、4级串联使用、安装方式为固定式；

所述交流接触器的型号为A95-30-11；

所述直流接触器的型号为泰克的EV200HAA；

所述直流EMI滤波器的直流侧电压不高于800V、直流输入电流在66-195A范围以内；

所述交流EMI滤波器的电流等级大于104A、工作频率在45-55Hz范围以内；

所述直流熔断器的型号为BUSSMANN的170M3445；

所述交流熔断器的型号为BUSSMANN的170M3464，配合170H0069微动开关。

进一步地，所述交流防雷器的型号为VAL-MS-320/3-FM；

所述直流母线电容的膜电容值为3.46mF；

所述LC滤波电抗器的型号为上海意兰可PCL-0100-EISH-XXX；

所述IGBT模块的型号为北京晶川的FF450R12ME4与2SP0115T2A0-12。

进一步地，所述即插即用物理接口设备用于100kVA容量的电池储能电站。

进一步地，所述交流断路器和直流断路器均为非选择型断路器；

所述交流接触器的型号为AC-1，所述交流接触器的主触头的额定电流大于 159A；

所述直流接触器的主触头额定电流大于210A；

所述直流侧单元电压不超过730V、直流最大输入电流为210A；

所述交流EMI滤波器的电流等级大于418A、交流EMI滤波器的电流大于159A、工作频率在45-55Hz范围以内；

所述直流侧母线的正负极均设有一个直流熔断器，所述直流熔断器的额定电流为200A；

所述交流熔断器的额定电流为200A；

所述直流母线电容的膜电容值为3.79mF，所述直流母线电容包括相互并联的多个膜电容；一个直流母线电容中，所述膜电容的数量大于9个；

所述IGBT模块的额定电压在1125-1500V范围以内、额定电流在550-650A范围以内。

进一步地，所述直流侧电源、直流熔断器、直流EMI滤波器和直流接触器依次连接，所述交流防雷器、交流接触器、交流EMI滤波器、交流断路器和LC滤波电抗器依次连接。

进一步地，所述即插即用物理接口设备还包括主控板，该主控板分别连接所述直流EMI滤波器、直流接触器、交流接触器和交流EMI滤波器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型实现了对50kVA、100kVA容量大小的电池储能电站即插即用物理接口设备关键选型，设置了直流断路器和交流断路器，具有短路保护和过载保护的功能；设置了直流EMI滤波器和交流EMI滤波器，能减少电路中因PWM整流电流而产生的高频信号；设置了直流熔断器和交流熔断器，保证电路的安全；设置了交流防雷器，实现对两相电源回路进行有效的电涌保护；整体上具有安全可靠、能保证接入设备运行稳定等优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例中提供的一种电池储能电站的即插即用物理接口设备的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的一种电池储能电站的即插即用物理接口设备的主回路第一电气拓扑图；

图3为本实用新型实施例中提供的一种电池储能电站的即插即用物理接口设备的主回路第二电气拓扑图；

图4为本实用新型实施例中提供的一种电池储能电站的即插即用物理接口设备的主回路第三电气拓扑图；

图中，1、交流断路器，2、直流断路器，3、交流接触器，4、直流接触器，5、直流EMI滤波器，6、交流EMI滤波器，7、直流熔断器，8、交流熔断器，9、交流防雷器，10、直流母线电容，11、LC滤波电抗器，12、IGBT模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

实施例1

如图1-4所示，本实施例提供一种电池储能电站的即插即用物理接口设备，包括直流侧单元和交流侧单元，直流侧单元通过IGBT模块12连接交流侧单元，直流侧单元包括均连接在直流侧母线上的直流侧电源、直流熔断器7、直流EMI滤波器5、直流接触器4和直流母线电容10，交流侧单元包括均连接在交流侧母线上的交流防雷器9、交流接触器3、交流EMI滤波器6、交流断路器1和LC滤波电抗器11，交流断路器1还连接有接口组件。

交流防雷器9和LC滤波电抗器11均通过交流熔断器8连接交流侧母线。交流断路器1和接口组件的连接线路中还设有一个交流断路器1。

直流侧电源、直流熔断器7、直流EMI滤波器5和直流接触器4依次连接，交流防雷器9、交流接触器3、交流EMI滤波器6、交流断路器1和LC滤波电抗器11依次连接。

即插即用物理接口设备还包括主控板，该主控板分别连接直流EMI滤波器5、直流接触器4、交流接触器3和交流EMI滤波器6。

本实施例提供的即插即用物理接口设备用于50kVA容量的电池储能电站。

具体地，

1、交流断路器1

根据本需要交流断路器具有短路保护和过载保护的功能，选择非选择型断路器，即只需要有过载长延时和短路瞬时保护功能的断路器。根据本变流器保护需求及输出性能，输出线电压为380V，根据过载要求，要能在1.1倍过载情况下长期工作，考虑结构设计和功耗，选择T2N160TMDR125FF3P，级数为3级，安装方式选择固定式，尺寸精小，结构紧凑，接线方式为前接线，损耗为31W。

2、直流断路器2

根据本需要直流断路器具有短路保护和过载保护的功能，选择非选择型断路器，即只需要有过载长延时和短路瞬时保护功能的断路器。考虑结构设计和功耗等，选择T4N250TMA R250FF4P，4级串联使用，安装方式选择固定式，尺寸精小，结构紧凑，接线方式为前接线，可以使损耗较小，为31W。

3、交流接触器3

根据本实施例交流接触器的使用场合和负载特性，选择用于AC-1(无感或微感负载)的交流接触器。选择A95-30-11，额定电流170A，3个主触头，辅助触点为1常开，1常闭，左侧安装。

4、直流接触器4

本变流器直流电压范围为350～800V，电流最大为150A，考虑裕量，故算选直流接触器主触头额定电流要大于195A。选择泰克的直流接触器EV200HAA。

5、直流EMI滤波器5

为了减少电路中因PWM整流电流而产生的高频信号，需要在储能变流器直流侧放置直流EMI滤波器，降低干扰。考虑直流EMI滤波器既要满足EMI的滤波效果，还要达到绝缘性能，所以EMI滤波器的对地漏电流要尽可能的小。直流侧电压最大为800V，电流为直流输入电流为66～195A，夏弗纳厂家推荐选择 FN2200(额定电压1200V,电流25A～2300A可选)。

6、交流EMI滤波器6

为了防止由PWM引起的高频脉冲信号传导至电网侧，也可以外部高频电磁干扰信号影响光伏逆变器，所以在交流侧放置交流EMI滤波器。考虑直流EMI 滤波器既要满足EMI的滤波效果，还要达到绝缘性能，所以EMI滤波器的对地漏电流要尽可能的小。交流侧线电压为380V，根据要求，在额定电压1.1倍时，变流器正常工作，所以交流EMI滤波器的电压等级要大于418V，交流输出电流为80A，考虑1.3倍裕量，则交流EMI滤波器的电流等级要大于104A。滤波器的工作频率为50Hz。鉴于上述考虑，夏弗纳厂家推荐交流EMI滤波器选择FN3258(电压480V,电流7～180A可选)。

7、直流熔断器7

为了安全要求，变流器直流侧需要一组直流熔断器，最大直流输入电流为 150A，考虑到环境温度、连接方式、器件老化等因素引起的折减，取1.5倍裕量，熔断器的额定电流的应为225A，选取250A。直流输入侧最大电压800V，选用两个额定电压1000V(交流)正负极各放置一个熔断器，交流熔断器用在直流，要降额使用，1000V交流熔断器用在直流条件下，要降额至500～600V，所以正负极各放置一个；熔断器的弧前熔断I2t应该大于断路器的I2t。IEC和UL规格的熔断器，熔断器各个要求在室温25℃下，若周围环境高于25℃时，熔断器的额定电流要有一定程度的折减。BUSSMANN厂家推荐选取170M3445 (1250Vac 250A方体)。

8、交流熔断器8

为了安全要求，变流器交流侧需要一组交流熔断器，输出交流额定电流为80A，考虑到环境温度、连接方式、器件老化等因素引起的折减，取1.5倍裕量，熔断器的额定电流应为120A，选取160A。熔断器的弧前熔断I2t应该大于断路器的 I2t，小于IGBT内二极管的I2t。IEC和UL规格的熔断器，熔断器各个要求在室温25℃下，若周围环境高于25℃时，熔断器的额定电流要有一定程度的折减。 BUSSMANN厂家推荐选取170M3464(690Vac 160A方体)+170H0069微动开关。

9、交流防雷器9

交流防雷器选择VAL-MS-320/3-FM，VAL-MS 320/3/FM是由3个单通道、导轨安装式的电涌保护器VAL-MS 320组合而成，它用于对两相电源回路进行有效的电涌保护。其中单个VAL-MS 320为分体式设计，分为保护插头VAL-MS320 ST和接线基座两部分。适用于35mm标准导轨安装。模块带有状态显示窗口，正常时无显示，当模块中MOV或GDT老化或瞬间过载时，自动将其从电路中切断，并在窗口出现红底白字“DEFECT”，表示需要更换保护插头。

10、直流母线电容10

根据EACO厂家的推荐值，电解电容的选取原则1kW配100uF的电容，薄膜电容的选取原则1kW配30uF的电容，膜电容只需选择电解电容容值的1/3 即可，即10.38/3＝3.46mF。

11、LC滤波电抗器11

调研相关设备厂商并对所需器件设备进行了询价，选择上海意兰可的 PCL-0100-EISH-XXX。

12、IGBT模块12

IGBT模块选择：额定电压，考虑1.5-2倍的安全裕量，即1200-1600V额定电流，考虑1.5-2倍的安全裕量，即293-390A建议选择北京晶川的IGBT模块与驱动，型号：FF450R12ME4与2SP0115T2A0-12，1200V/450A，满足设计要求，并具有足够域量。

实施例2

本实施例提供的即插即用物理接口设备与实施例1大体相同，不同点在于：

本实施例即插即用物理接口设备用于100kVA容量的电池储能电站，具体为：

1、交流断路器1

根据本实施例需要交流断路器具有短路保护和过载保护的功能，选择非选择型断路器，即只需要有过载长延时和短路瞬时保护功能的断路器。根据本变流器保护需求及输出性能，输出线电压为380V，输出相电流为INac＝10000/0.95(效率)/(380*1.732)＝159A，交流断路器电流等级要大于159A。

2、直流断路器2

根据本实施例需要直流断路器具有短路保护和过载保护的功能，选择非选择型断路器，即只需要有过载长延时和短路瞬时保护功能的断路器。根据本变流器保护需求及输出性能，直流侧电压最大为730V，考虑裕量，所以直流侧断路器电压等级选择1000V，直流电压范围为500～730V，电流最大为10000/0.95/500＝210A，即直流侧断路器电流要大于210A。

3、交流接触器3

根据本实施例交流接触器的使用场合和负载特性，选择用于AC-1(无感或微感负载)的交流接触器。本变流器输出线电压为380V，根据要求，在额定电压1.1 倍时，变流器正常工作，所以交流接触器主触头的额定电压要大于380*1.1＝418V；输出电流为159A，即交流接触器主触头的额定电流要大于159A。

4、直流接触器4

本变流器直流电压范围为500～730V，电流最大为100000/0.95/500＝210A，故算选直流接触器主触头额定电流要大210A。

5、直流EMI滤波器5

为了减少电路中因PWM整流电流而产生的高频信号，需要在储能变流器直流侧放置直流EMI滤波器，降低干扰。考虑直流EMI滤波器既要满足EMI的滤波效果，还要达到绝缘性能，直流侧电压最大为730V，直流最大输入电流为 210A。

6、交流EMI滤波器6

为了防止由PWM引起的高频脉冲信号传导至电网侧，也可以外部高频电磁干扰信号影响光伏逆变器，所以在交流侧放置交流EMI滤波器。考虑直流EMI滤波器既要满足EMI的滤波效果，还要达到绝缘性能，所以EMI滤波器的对地漏电流要尽可能的小。交流侧线电压为380V，根据要求，在额定电压1.1倍时，变流器正常工作，所以交流EMI滤波器的电压等级要大于1.1*380＝418V，交流EMI 滤波器的电流要大于159A。滤波器的工作频率为50Hz。

7、直流熔断器7

为了安全要求，变流器直流侧需要一组直流熔断器，最大直流输入电流为 105A，考虑到环境温度、连接方式、器件老化等因素引起的折减，取1.5倍裕量，熔断器的额定电流的应为158A，选取200A。直流输入侧最大电压800V，选用两个额定电压1000V(交流)正负极各放置一个熔断器，交流熔断器用在直流，要降额使用，1000V交流熔断器用在直流条件下，要降额至500～600V，所以正负极各放置一个；熔断器的弧前熔断I2t应该大于断路器的I2t。IEC和UL规格的熔断器，熔断器各个要求在室温25℃下，若周围环境高于25℃时，熔断器的额定电流要有一定程度的折减。

8、交流熔断器8

为了安全要求，变流器交流侧需要一组交流熔断器，输出交流额定电流为 159A，考虑到环境温度、连接方式、器件老化等因素引起的折减，取一定裕量，熔断器的额定电流应为200A。逆变器输出交流额定电压为380V，根据要求，在交流侧1.1倍过压时，变流器正常运行，1.1倍过压为418V，所以熔断器的额定电压取418V以上；熔断器的弧前熔断I2t应该大于断路器的I2t，小于IGBT 内二极管的I2t。IEC和UL规格的熔断器，熔断器各个要求在室温25℃下，若周围环境高于25℃时，熔断器的额定电流要有一定程度的折减。

9、直流母线电容10

电解电容的选取原则1kW配100uF的电容，薄膜电容的选取原则1kW配 30uF的电容，膜电容只需选择电解电容容值的1/3即可，即11.3/3＝3.79mF，以 420uF膜电容计，需要至少9只膜电容并联。

10、IGBT模块12

IGBT模块选择：额定电压，考虑1.5-2倍的安全裕量，即1125-1500V；额定电流，考虑1.5-2倍的安全裕量，即选取600A的IGBT模块。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池储能电站的即插即用物理接口设备，其特征在于，包括直流侧单元和交流侧单元，所述直流侧单元通过IGBT模块(12)连接所述交流侧单元，所述直流侧单元包括均连接在直流侧母线上的直流侧电源、直流熔断器(7)、直流EMI滤波器(5)、直流接触器(4)和直流母线电容(10)，所述交流侧单元包括均连接在交流侧母线上的交流防雷器(9)、交流接触器(3)、交流EMI滤波器(6)、交流断路器(1)和LC滤波电抗器(11)，所述交流断路器(1)还连接有接口组件。

2.根据权利要求1所述的一种电池储能电站的即插即用物理接口设备，其特征在于，所述交流防雷器(9)和LC滤波电抗器(11)均通过交流熔断器(8)连接所述交流侧母线。

3.根据权利要求1所述的一种电池储能电站的即插即用物理接口设备，其特征在于，所述交流断路器(1)和接口组件的连接线路中还设有一个交流断路器(1)。

4.根据权利要求3所述的一种电池储能电站的即插即用物理接口设备，其特征在于，所述即插即用物理接口设备用于50kVA容量的电池储能电站。

5.根据权利要求4所述的一种电池储能电站的即插即用物理接口设备，其特征在于，所述交流断路器(1)的型号为T2N160TMDR125FF3P、级数为3级、安装方式为固定式；

所述交流接触器(3)的型号为A95-30-11；

所述直流接触器(4)的型号为泰克的EV200HAA；

所述直流EMI滤波器(5)的直流侧电压不高于800V、直流输入电流在66-195A范围以内；

所述交流EMI滤波器(6)的电流等级大于104A、工作频率在45-55Hz范围以内；

所述直流熔断器(7)的型号为BUSSMANN的170M3445。

6.根据权利要求5所述的一种电池储能电站的即插即用物理接口设备，其特征在于，所述交流防雷器(9)的型号为VAL-MS-320/3-FM；

所述直流母线电容(10)的膜电容值为3.46mF；

所述IGBT模块(12)的型号为北京晶川的FF450R12ME4与2SP0115T2A0-12。

7.根据权利要求3所述的一种电池储能电站的即插即用物理接口设备，其特征在于，所述即插即用物理接口设备用于100kVA容量的电池储能电站。

8.根据权利要求7所述的一种电池储能电站的即插即用物理接口设备，其特征在于，所述交流断路器(1)和直流断路器(2)均为非选择型断路器；

所述交流接触器(3)的型号为AC-1，所述交流接触器(3)的主触头的额定电流大于159A；

所述直流接触器(4)的主触头额定电流大于210A；

所述直流侧单元电压不超过730V、直流最大输入电流为210A；

所述交流EMI滤波器(6)的电流等级大于418A、交流EMI滤波器(6)的电流大于159A、工作频率在45-55Hz范围以内；

所述直流侧母线的正负极均设有一个直流熔断器(7)，所述直流熔断器(7)的额定电流为200A；

所述直流母线电容(10)的膜电容值为3.79mF，所述直流母线电容(10)包括相互并联的多个膜电容；一个直流母线电容(10)中，所述膜电容的数量大于9个；

所述IGBT模块(12)的额定电压在1125-1500V范围以内、额定电流在550-650A范围以内。

9.根据权利要求1所述的一种电池储能电站的即插即用物理接口设备，其特征在于，所述直流侧电源、直流熔断器(7)、直流EMI滤波器(5)和直流接触器(4)依次连接，所述交流防雷器(9)、交流接触器(3)、交流EMI滤波器(6)、交流断路器(1)和LC滤波电抗器(11)依次连接。

10.根据权利要求1所述的一种电池储能电站的即插即用物理接口设备，其特征在于，所述即插即用物理接口设备还包括主控板，该主控板分别连接所述直流EMI滤波器(5)、直流接触器(4)、交流接触器(3)和交流EMI滤波器(6)。

Images