CN218102603U - 一种基于emi滤波和充电控制的并网型储能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于EMI滤波和充电控制的并网型储能系统，涉及储能控制技术领域，包含太阳能光板、EMI滤波模块、AC/DC转换装置、高频变压器、环路补偿模块、充电控制电路、可充电电池、全桥电路、高频变压器、整流电路、逆变桥逆变电路、滤波电路、交流电压电流检测电路、第一驱动电路、第二驱动电路、调压电路、电流电压检测电路、数码管显示屏、储能变流器、储能模块、电池电流采样电路、电池电压采样电路、MCU控制器、负载，采用双环控制，系统不仅具有最大功率跟踪和并网发电功能，还具有并网功率平抑功能，当电网因故障而断开时，系统将光伏发电能量储入可充电电池，提高了发电效率，确保了直流母线电压稳定。

Description

一种基于EMI滤波和充电控制的并网型储能系统

技术领域

本实用新型涉及并网型储能技术领域，尤其涉及一种基于EMI滤波和充电控制的并网型储能系统。

背景技术

随着全球能源结构的优化，太阳能作为清洁可再生新能源越来越受推崇，光伏发电更是倍受重视。随着能源危机的日益加剧和人类环保意识的提高，新能源的开发利用越来越受到人们的重视。而太阳能作为取之不尽用之不竭的高效无污染的能源近来更受人们的青睐。光伏发电基站一般作为独立电源系统，应用于偏远地区，且运行时间较长，光伏发电技术是世界新能源的发展趋势之一，它要求更讲究系统效率、更可靠、也更经济。

目前我国“新能源”发电和电网建设已进入发展快车道，以风电、光伏、水电、新型储能技术为代表的新能源电力体系将很快上升为产业主体。“十四五”期间，我国光伏、风电等新能源装机容量将快速提升，逆变器出货量将随之大幅增长。根据未来智库的分析报告，叠加光伏及储能两方面的需求，预计2025年全球逆变器新增市场规模可达969亿元，市场空间快速增长。

太阳的光线出现在生活中的每一个地方，人们的生活已经离不开太阳，太阳能不仅为植物生长提供光源，而且也能为人类提供能源，现在的光伏发电就是很大程度上利用了太阳能，随着全球能源供应的紧张，以及环境污染日趋严重，越来越多的人意识到新能源的重要性，尤其是太阳能和风能。

太阳能是一种理想的可再生能源，未来最具有发展潜力的是太阳能光伏发电系统，它的开发利用是解决能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径，是人类理想的替代能源，而且，太阳能分布式发电系统为未来家庭用电和商业供电的发展趋势，它在满足自己用电需求的同时，还能与主电网连接，可以把发出的富余电量出售给电力公司，因此，随着太阳能发电技术的发展以及光伏电池成本的下降，太阳能开发利用必将成为二十一世纪后期的重要能源之一。

直流电源系统由交流输入、开关电源电路、蓄电池、负载几个部分组成，蓄电池作为后备电池的方式使用，当交流输入失电后，蓄电池可以保证负载的正常运行。由于我国电网供电情况良好，交流电非常稳定，蓄电池长期工作在浮充状态，白白耗掉了一部分电力。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供一种基于EMI滤波和充电控制的并网型储能系统。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于充电控制锂电池的并网型储能系统，包含太阳能光板、EMI滤波模块、AC/DC转换装置、高频变压器、环路补偿模块、充电控制电路、可充电电池、全桥电路、高频变压器、整流电路、逆变桥逆变电路、滤波电路、交流电压电流检测电路、第一驱动电路、第二驱动电路、调压电路、电流电压检测电路、数码管显示屏、储能变流器、储能模块、电池电流采样电路、电池电压采样电路、MCU控制器、负载；

其中，所述太阳能光板依次通过EMI滤波模块、AC/DC转换装置、环路补偿模块连接高频变压器，所述高频变压器通过充电控制电路连接可充电电池，可充电电池的输出端连接全桥电路的输入端，全桥电路的输出端连接高频变压器的输入端，高频变压器的输出端连接整流电路的输入端，整流电路的输出端连接逆变桥逆变电路的输入端，逆变桥逆变电路的输出端连接滤波电路的输入端，逆变桥逆变电路的输出端连接负载；可充电电池的输出端连接调压电路的输入端，调压电路的输出端连接MCU控制器的输入端，可充电电池的输出端连接电压检测电路的输入端，电池电流采样电路、电池电压采样电路的输出端连接MCU控制器的输入端，MCU控制器的输出端分别连接第一驱动电路的输入端和第二驱动电路的输入端，第一驱动电路的输出端连接全桥电路的输入端，第二驱动电路的输出端连接逆变桥逆变电路的输入端，整流电路的输出端也连接电流电压检测电路的输入端，电流电压检测电路的输出端连接MCU控制器的输入端，负载通过交流电压电流检测电路连接MCU控制器的输入端，MCU控制器的输出端分别连接数码管显示屏的输入端和储能变流器的输入端，储能变流器的输出端连接储能模块。

作为本实用新型一种基于EMI滤波和充电控制的并网型储能系统的进一步优选方案，所述MCU控制器采用N32G457MCU控制器，其32位高性能ARM Cortex-M4F内核，运行主频高达 144MHz。

作为本实用新型一种基于EMI滤波和充电控制的并网型储能系统的进一步优选方案，所述EMI滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻；

所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成，用于消除回路差分电流；

所述X电容并接在共模电感两侧，用于消除差模干扰；

所述Y电容跨接在输出端且串联中点接地，用于抑制共模干扰；所述泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。

作为本实用新型一种基于EMI滤波和充电控制的并网型储能系统的进一步优选方案，所述充电控制电路包括信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端。

作为本实用新型一种基于EMI滤波和充电控制的并网型储能系统的进一步优选方案，所述整流电路采用半波整流电路。

作为本实用新型一种基于EMI滤波和充电控制的并网型储能系统的进一步优选方案，所述电池电流采样电路采用霍尔传感器。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本实用新型在功率平抑控制中，储能系统采用双环控制，内环控制储能电池电流，外环则分两种情况：1)电网正常时为功率外环；2)电网故障时为电压外环，系统不仅具有最大功率跟踪和并网发电功能，还具有并网功率平抑功能，当电网因故障而断开时，系统将光伏发电能量储入可充电电池，提高了发电效率，确保了直流母线电压稳定；

2、本实用新型在保证系统可靠运行的前提下，通过对电池工作过程中电压和电流的变化进行分析，合理控制电池的工作进程，从而保证和提高了电池的循环使用寿命；

3、本实用新型采用了MOS管作为功率器件，电源效率高；在设备电池充电时，能够切断电池供电，改为电源为设备供电，以保护电池，延长电池寿命；可以通过硬件和软件控制设备的开关机，还可以通过硬件复位口进行复位，从而使设备关机；

4、本实用新型的EMI滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻，可以有效滤除电网中的共模与差模干扰，所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成，用于消除回路差分电流；X电容并接在共模电感两侧，用于消除差模干扰；Y电容跨接在输出端且串联中点接地，用于抑制共模干扰；泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。

附图说明

图1是本实用新型一种基于EMI滤波和充电控制的并网型储能系统的整体结构原理图；

图2是本实用新型充电控制电路的电路图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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：

储能系统主要由一个双向DC/DC变换器和可充电电池组成。双向DC/DC变换器并联在逆变器直流母线上，根据光伏阵列发出的功率和电网反馈回来的信息，控制可充电电池的能量流动。当光伏阵列发出功率大于给定的并网功率时，可充电电池充电，此时双向DC/DC变换器工作在Buck电路模式。当光伏阵列发出功率小于给定的并网功率时，可充电电池放电，此时双向DC/DC变换器工作在Boost电路模式。

具体实施例如下：

一种基于充电控制锂电池的并网型储能系统，如图1所示，包含太阳能光板、EMI滤波模块、AC/DC转换装置、高频变压器、环路补偿模块、充电控制电路、可充电电池、全桥电路、高频变压器、整流电路、逆变桥逆变电路、滤波电路、交流电压电流检测电路、第一驱动电路、第二驱动电路、调压电路、电流电压检测电路、数码管显示屏、储能变流器、储能模块、电池电流采样电路、电池电压采样电路、MCU控制器、负载；

其中，所述太阳能光板依次通过EMI滤波模块、AC/DC转换装置、环路补偿模块连接高频变压器，所述高频变压器通过充电控制电路连接可充电电池，可充电电池的输出端连接全桥电路的输入端，全桥电路的输出端连接高频变压器的输入端，高频变压器的输出端连接整流电路的输入端，整流电路的输出端连接逆变桥逆变电路的输入端，逆变桥逆变电路的输出端连接滤波电路的输入端，逆变桥逆变电路的输出端连接负载；可充电电池的输出端连接调压电路的输入端，调压电路的输出端连接MCU控制器的输入端，可充电电池的输出端连接电压检测电路的输入端，电池电流采样电路、电池电压采样电路的输出端连接MCU控制器的输入端，MCU控制器的输出端分别连接第一驱动电路的输入端和第二驱动电路的输入端，第一驱动电路的输出端连接全桥电路的输入端，第二驱动电路的输出端连接逆变桥逆变电路的输入端，整流电路的输出端也连接电流电压检测电路的输入端，电流电压检测电路的输出端连接MCU控制器的输入端，负载通过交流电压电流检测电路连接MCU控制器的输入端，MCU控制器的输出端分别连接数码管显示屏的输入端和储能变流器的输入端，储能变流器的输出端连接储能模块。

所述反激式开关电源，用于将太阳能转换成低压直流电为蓄电池充电；

所述充放电控制模块，用于实时对可充电电池的充放电进行控制；

所述反激式开关电源包含EMI滤波模块、电压转换电路、高频变压器以及环路补偿模块；

其中，太阳能接入EMI滤波模块，用于滤除太阳能电网中的共模与差模干扰；

所述EMI滤波模块通过电压转换电路连接高频变压器，用于将输入的交流电转换成直流电，进而经过高频变压器完成变压；

所述环路补偿模块分别与高频变压器的输出端和电压转换电路的输入端连接，用于高频变压器的输出电压进行环路补偿；

所述MCU控制器采用N32G457MCU控制器，其32位高性能ARM Cortex-M4F内核，运行主频高达144MHz。

所述EMI滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻；

所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成，用于消除回路差分电流；

所述X电容并接在共模电感两侧，用于消除差模干扰；

所述Y电容跨接在输出端且串联中点接地，用于抑制共模干扰；所述泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。

如图2所示，所述充电控制电路包括信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端。

本实用新型采用了MOS管作为功率器件，电源效率高；在设备电池充电时，能够切断电池供电，改为电源为设备供电，以保护电池，延长电池寿命；可以通过硬件和软件控制设备的开关机，还可以通过硬件复位口进行复位，从而使设备关机；

所述整流电路采用半波整流电路。

所述电池电流采样电路采用霍尔传感器。

其中，可充电电池，用于提供电能，其中电能可由新能源充电；

全桥电路，用于降低可充电电池内阻，

高频变压器，用于将可充电电池的电压转成高压；

整流电路，用于将转换成的高压进行整流处理；

逆变桥逆变电路，用于将高压转换成交流电；

滤波电路，用于对交流电进行滤波处理；

电流电压检测电路，用于检测整流电路的电压电流参数，并上传至MCU控制器；

电压检测电路，用于检测可充电电池的电压参数，并上传至MCU控制器；

交流电压电流检测电路，用于检测负载的交流电压电流参数，并上传至MCU控制器；

将采集的电压刘参数实时上传至MCU控制器，微控制器模块将接收的电压电流参数进行汇总预处理，当发生故障时优先发送故障信号，当需要修改参数时就接收数据并修改相应参数；进而通过驱动电路控制逆变电路实现稳压控制，进而保证系统在突然加载或减载时输出电压快速地保持稳定。

MCU控制器根据电压电流采样值进行故障判断，并在故障发生时封锁PWM的输出。可充电电池欠压、可充电电池过压，其中可充电电池欠压、过压保护能够实现自恢复，即在检测到可充电电池电压又恢复正常时，系统重新软启动并恢复正常工作。

所述MCU控制器采用N32G457MCU控制器，其32位高性能ARM Cortex-M4F内核，运行主频高达144MHz。

32位高性能ARM Cortex-M4F内核，运行主频高达144MHz，144KB的SRAM可实现逆变器高效控制算法计算和处理。

内置高性能模拟接口，4个12bit 5Msps高速ADC支持差分模式，4个轨到轨运算放大器等，满足电流电压采样和检测的高速A/D转换需要。

通讯接口丰富，芯片配置了7个串口，3个SPI接口，4个I2C接口，2个CAN总线接口等，丰富的主通讯接口能够适应与数码管显示屏等各种不同设备的通信要求。

高精度的定时器资源，包含2个高级定时器，每个定时器有4个独立的通道，其中3个通道支持6路互补PWM输出，最高控制精度6.9nS，提供逆变器驱动电路需要的控制精度。

高可靠性，芯片-40℃至105℃的工作温度，在户外各种恶劣天气条件下长期稳定工作。

内置密码算法硬件加速引擎，实现硬件级安全。

所述MCU控制器采用N32G457MCU控制器，其32位高性能ARM Cortex-M4F内核，运行主频高达144MHz。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。上面对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种基于EMI滤波和充电控制的并网型储能系统，其特征在于：包含太阳能光板、EMI滤波模块、AC/DC转换装置、高频变压器、环路补偿模块、充电控制电路、可充电电池、全桥电路、高频变压器、整流电路、逆变桥逆变电路、滤波电路、交流电压电流检测电路、第一驱动电路、第二驱动电路、调压电路、电流电压检测电路、数码管显示屏、储能变流器、储能模块、电池电流采样电路、电池电压采样电路、MCU控制器、负载；

其中，所述太阳能光板依次通过EMI滤波模块、AC/DC转换装置、环路补偿模块连接高频变压器，所述高频变压器通过充电控制电路连接可充电电池，可充电电池的输出端连接全桥电路的输入端，全桥电路的输出端连接高频变压器的输入端，高频变压器的输出端连接整流电路的输入端，整流电路的输出端连接逆变桥逆变电路的输入端，逆变桥逆变电路的输出端连接滤波电路的输入端，逆变桥逆变电路的输出端连接负载；可充电电池的输出端连接调压电路的输入端，调压电路的输出端连接MCU控制器的输入端，可充电电池的输出端连接电压检测电路的输入端，电池电流采样电路、电池电压采样电路的输出端连接MCU控制器的输入端，MCU控制器的输出端分别连接第一驱动电路的输入端和第二驱动电路的输入端，第一驱动电路的输出端连接全桥电路的输入端，第二驱动电路的输出端连接逆变桥逆变电路的输入端，整流电路的输出端也连接电流电压检测电路的输入端，电流电压检测电路的输出端连接MCU控制器的输入端，负载通过交流电压电流检测电路连接MCU控制器的输入端，MCU控制器的输出端分别连接数码管显示屏的输入端和储能变流器的输入端，储能变流器的输出端连接储能模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于EMI滤波和充电控制的并网型储能系统，其特征在于：所述MCU控制器采用N32G457MCU控制器，其32位高性能ARM Cortex-M4F内核，运行主频高达144MHz。

3.根据权利要求1所述的一种基于EMI滤波和充电控制的并网型储能系统，其特征在于：所述EMI滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻；

所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成，用于消除回路差分电流；

所述X电容并接在共模电感两侧，用于消除差模干扰；

所述Y电容跨接在输出端且串联中点接地，用于抑制共模干扰；所述泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。

4.根据权利要求1所述的一种基于EMI滤波和充电控制的并网型储能系统，其特征在于：所述充电控制电路包括信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端。

5.根据权利要求1所述的一种基于EMI滤波和充电控制的并网型储能系统，其特征在于：所述整流电路采用半波整流电路。

6.根据权利要求1所述的一种基于EMI滤波和充电控制的并网型储能系统，其特征在于：所述电池电流采样电路采用霍尔传感器。

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