CN218549777U - 一种基于物联网的储能并网逆变器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于物联网的储能并网逆变器，其特征在于，包括：通过电气连接的储能电池组、主控模块、DC‑AC模块、保护模块、过零点检测模块、功率采集模块，所述DC‑AC单向转换模块设有输入端和输出端，所述保护模块设有AC输入端和AC输出端，所述储能电池组和所述DC‑AC单向转换模块输入端通过电气连接，所述DC‑AC单向转换模块输入端与所述储能电池组相连，所述DC‑AC单向转换模块输出端与电网相连，所述功率采集模块与所述主控模块相连，物联网通过WIFI模块与所述主控模块进行远程通讯控制。

Description

一种基于物联网的储能并网逆变器

技术领域

本实用新型涉及逆变器技术领域，更具体地说，涉及一种基于物联网的储能并网逆变器。

背景技术

并网逆变器(grid-tie inverter，简称GTI)是一种特殊的逆变器，除了可以将直流电转换成交流电外，其输出的交流电可以与市电的频率及相位同步，因此输出的交流电可以回到市电。并网逆变器常用在一些直流电压源(如太阳能板或是小型风力发电机)和电网连接的应用中。

逆变器会将直流电源转换为交流电源，以便送回电网。并网逆变器的输出电压的频率需和电网频率(50或60Hz)相同，一般会用机器中的振荡器达成，并且也会限制输出电压不超过电网电压。现代高品质的并网逆变器，其输出的功率因素可以为1，表示其输出的电压及电流相位是相同旳，和电网电压之间的相位差在1度以内。逆变器中有微处理器可以感测电网的交流波形，并且依此波形来产生电压送回电网。不过送回电网的电需有一定比例的无功功率，使附近电网的电力在允许的限制范围内，否则，若某一区域电网的再生能源比例较高，在高电能产出的时候(例如中午)其电压可能会上升的太高。

若电网的电力断电时，并网逆变器需要快速的和电网离线。这是美国国家电气规范(NEC)的规定，以确保在电网断电时，并网逆变器也不会提供电力给电网，此时维修电网的工人才不会因此而触电。

储能逆变器可以控制储能电池组的充电和放电过程，进行交直流的变换，是储能系统中必要的组成部分。市面上的储能逆变器大多采用并联变压线圈，各个线圈和MOS管的电流不相同，影响产品使用寿命。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于市面上的储能逆变器大多采用并联变压线圈，各个线圈和MOS管的电流不相同，影响产品使用寿命，针对现有技术的上述的缺陷，提供一种基于物联网的储能并网逆变器，包括：

通过电气连接的储能电池组、主控模块、DC-AC单向转换模块、保护模块、过零点检测模块、功率采集模块，所述DC-AC单向转换模块设有输入端和输出端，所述保护模块设有AC输入端和AC输出端，所述储能电池组和所述DC-AC单向转换模块输入端通过电气连接，所述DC-AC单向转换模块输出端与所述保护模块AC输入端相连，所述保护模块AC输出端与电网相连，所述过零点检测模块设有输入端，所述过零点检测模块输入端与电网通过电流互感器相连，所述功率采集模块与所述主控模块相连，物联网通过WIFI模块与所述主控模块进行远程通讯控制。

优选地，所述主控模块包括单片机，所述单片机用于所述DC-AC单向转换模块、所述过零点检测模块、所述储能电池组和所述功率采集模块的控制。

优选地，所述DC-AC单向转换模块包括DC-DC控制芯片，用于对所述DC-AC单向转换模块输入端的电压进行升压后，再经变压器输出，实时检测所述储能电池组的电压和电流。

优选地，所述保护模块包括：耐高压功率MOSFET，包括TPW65R090M，APT34F60BG、APT6038BFLLG、STW40N60M2等

优选地，所述过零点检测模块包括过零点检测器，包括CD4060、NE555、ha17555、CBM555等。

优选地，所述功率采集模块包括：功率采集器。

优选地，所述单片机为80C31，80C51，80C32，80C52，87C52，STC32系列单片机、GD32E230系列MCU、CKS32F系列MCU、N32G455系列MCU、MC8015、HR7P/ES7P/7H系列8位MCU、HR8P/ES8P系列32位MCU、ES32F系列32位MCU、MM32F系列MCU、MM32L系列MCU、MM32W系列MCU、MM32SPIN系列MCU、MM32P系列MCU中的任何一种。

优选地，所述DC-DC控制芯片为：UC3846、EG3846、UC3847，SG3525等。

实施本实用新型的基于物联网的储能并网逆变器，具有以下有益效果：

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一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型基于物联网的储能并网逆变器的结构示意图；

图2是本实用新型基于物联网的储能并网逆变器中功率采集模块电路图；

图3是本实用新型基于物联网的储能并网逆变器中DC-AC单向转换模块原理图；

图4是本实用新型基于物联网的储能并网逆变器中保护模块电路图；

图5是本实用新型基于物联网的储能并网逆变器中过零点检测模块电路图。

图中，1-AC电源，2-第一变压器，3-储能模组，4-第三运放器，5-MCU，6-第一运放器，7-滤波模组，8-第二变压器，9-第二运放器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图1，为本实用新型基于物联网的储能并网逆变器的结构示意图。如图1所示，在本实用新型第一实施例提供的基于物联网的储能并网逆变器中，至少包括，通过物联网连接的主控制系统、DC-AC单向转换模块、功率采集模块和储能电池，DC-AC单向转换模块设有输入端和输出端，储能电池和DC-AC单向转换模块输入端通过电气连接，DC-AC单向转换模块输出端分别与储能电池组、逆变模块的DC输入端相连，逆变模块AC输出端与电网相连，电网与负载之间通过功率采集模块相连接，物联网通过WIFI模块实现与主控制系统进行远程通讯控制。

主控模块包括：包括单片机，单片机用于DC-AC单向转换模块、过零点检测模块、储能电池组和功率采集模块的控制。具体实施时，单片机包括但是不限于：80C31，80C51，80C32，80C52，87C52，STC32系列单片机、GD32E230系列MCU、CKS32F系列MCU、N32G455系列MCU、MC8015、HR7P/ES7P/7H系列8位MCU、HR8P/ES8P系列32位MCU、ES32F系列32位MCU、MM32F系列MCU、MM32L系列MCU、MM32W系列MCU、MM32SPIN系列MCU、MM32P系列MCU中的任何一种。本实施例STC32系列单片机选取STC32G12K128。

请参阅图2，为本实用新型基于物联网的储能并网逆变器中功率采集模块电路图。如图2所示，功率采集模块包括功率采集器，变压器8将AC电源1的输出电压进行转换后，输出给滤波模组7，滤波模组7中的电容C1和电阻R1对变压器10输出的信号进行整流滤波处理后输出至运放器6，运放器6对侦测模组7输出的信号按预设的比例缩小后输出至MCU5，MCU5根据运放器6输出的侦测信号得出AC电源1的电压。变压器2将AC电源1的输出电压进行转换后，输出给运放器9，运放器9对变压器8输出的信号按预设的比例缩小后输出至MCU 5，MCU5根据运放器9输出的侦测信号得出AC电源1的输出电流。储能电池3输出DC电压到MCU 5。运放器4侦测储能电池3输出电流信号按预设的比例放大后输出至MCU 5，并将侦测到的电压电流信号发送到MCU 5，可避免因电源模组3的实际输出电压电流与预设输出电压电流值不同而产生的误差。本实施例中，第一变压器2可以但是不限于为JCT1024K、ZEMCT131、DL-CT32C2.0中的任何一种。储能模组3包含48V储能电池，由一个或多个电池单体经串/并联后形成电池模块。第三运放器4可以但是不限于为LM358、SGM8582、LMV321、TLV2432型号中的任何一种。第一运放器6可以但是不限于为LM358、SGM8582、LMV321、TLV2432型号中的任何一种。第二变压器8可以但是不限于为PT202EA、HWPT07、ZMP107-1中的任何一种。第二运放器9可以但是不限于为LMV321、SGM8592、TL082中的任何一种。

请参阅图3，为本实用新型基于物联网的储能并网逆变器中DC-AC单向转换模块原理图。如图3所示，DC-AC单向转换模块实时检测储能电池的电压、电流通过传感器采集信号，然后将采集到的数据通过数模转换后传送到单片机进行数据分析和处理。本实施例中，DC-AC单向转换模块设有DC-DC控制芯片UC3846DW。当场效应管Q2、场效应管Q4、场效应管Q6导通，变压器一次侧两个绕组的同名端电压极性为正，负载侧两端电压为上正下负，而同时由于场效应管Q2、场效应管Q4、场效应管Q6导通，场效应管Q1、场效应管Q3、场效应管Q5截止，输出正电压。当场效应管Q1、场效应管Q3、场效应管Q5导通，因此变压器一次侧两个绕组的同名端电压极性为负，负载侧两端电压为上负下正，而同时由于场效应管Q1、场效应管Q3、场效应管Q5导通，场效应管Q2、场效应管Q4、场效应管Q6截止，输出负电压。当载波频率远大于调制波频率并且载波幅度大于调制波幅度时，推挽逆变输出的SPWM脉冲电压中包含了调制波的所有等量信息以及集中在开关频率及其倍数处的高频谐波分量，从而实现逆变。

请参阅图4，为本实用新型基于物联网的储能并网逆变器中保护模块原理图。如图4所示，当电网正半周期时，从电网正极出发，经过二极管D1、电阻R2、电阻R3使场效应管Q4导通，经过二极管D1、二极管D4、电阻R1、二极管D5、电阻R4控制场效应管Q6导通，使得场效应管Q3关闭，经过电阻R6控制场效应管Q2打开，经过电阻R7控制场效应管Q1关闭。当电网负半周期时，从电网负极出发，经过二极管D6、电阻R4、电阻R5使场效应管Q3导通，经过二极管D6、二极管D2、电阻R1、二极管D3、电阻R3控制场效应管Q5导通，使得场效应管Q4关闭，经过电阻R7控制场效应管Q1打开，经过电阻R6控制场效应管Q2关闭。电容C1、稳压二极管ZD1和电容C2、二极管D2用来稳定电压保证MOS管一半周期导通。稳压二极管ZD3和稳压二极管ZD4保证场效应管Q1和场效应管Q2在对应周期保持导通。可知通过电网来控制场效应管Q4、场效应管Q2和场效应管Q1、场效应管Q3交替导通截止实现保护。

请参阅图5，为本实用新型基于物联网的储能并网逆变器中过零点检测模块原理图。如图5所示，当输入信号小于零时，通过电阻R3、电阻R1分压，过零点检测芯片的THR引脚电平高于TRI引脚，输出信号为正电平。当输入信号大于零时，电阻R3、电阻R1分压，过零点检测芯片的THR引脚电平低于TRI引脚，输出信号为负电平。通过芯片将AC输入信号转换为方波信号输出即可得到AC输入信号的过零点。本实施例中，过零点检测芯片可以但是不限于为LC1102、GS1102、BM1Z102FJ等中的任何一种。

本实用新型基于物联网的储能并网逆变器的工作原理是：

储能电池连接处首先将电压、电流、容量、功率等信息通过串口发送至主控模块，主控模块判断是否满足启动条件并等待启动指令，判断通过后且接受到启动指令，主控模块控制DC-AC单向转换模块开启输入端通道，其输入端与储能电池相连，其输出端与保护模块相连，即DC-AC单向转换模块的输出功率等于储能电池的输入功率，与国网相连接的功率采集器采集电压电流等信息并发送到主控模块，主控模块接收到电压电流等信息后，控制DC-AC单向转换模块的输出端的相位和幅值与电网进行匹配。

本实用新型基于物联网的储能并网逆变器的应用场景是：

1、首先需将本储能逆变器与市电连接，开机储能逆变器会进入自检程序、包括网络联网状态，若无故障则提示正常，如有则显示故障预判结果信息。

2、待本实用新型基于物联网的储能逆变器系统开机正常后，将储能电池的与本储能逆变器确认对应无误。

3、设置储能电池放电保护电压、电流、时间等参数。确认所设参数无误后，启动本储能逆变器。

4、系统会自动的依据用户所预设的参数智能化的执行内部预设的程序，当执行放电动作时，储能逆变器会通过采样DC-AC单向模块输出端的实际功率，并结合功率采集模块所采集到的实时输出功率数据，进而实时监测的并网功率。

5、本储能逆变器的工作实时状态(含电压、电流、容量、功率等信息)及其故障信息，通过物联网定时上传至云端服务器，通过后端平台对所反馈信息进行及时的处理、预警、远程控制及按需进行大数据分析。

本实用新型通过以上实施例的设计，其有益效果是：通过电气连接的储能电池组、主控模块、DC-AC单向转换模块、保护模块、过零点检测模块、功率采集模块，DC-AC单向转换模块设有输入端和输出端，保护模块设有AC输入端和AC输出端，储能电池组和DC-AC单向转换模块输入端通过电气连接，DC-AC单向转换模块输入端与储能电池组相连，DC-AC单向转换模块输出端与电网相连，功率采集模块与主控模块相连，物联网通过WIFI模块与所述主控模块进行远程通讯控制，提高了产品的使用寿命，降低产品的更换频率，减少人员需求，为客户实现了能量再生利用的最佳经济效益。

本实用新型是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本实用新型范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本实用新型技术的特定场合，可对本实用新型进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本实用新型并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims (8)

1.一种基于物联网的储能并网逆变器，其特征在于，包括：

通过电气连接的储能电池组、主控模块、DC-AC单向转换模块、保护模块、过零点检测模块、功率采集模块，所述DC-AC单向转换模块设有输入端和输出端，所述保护模块设有AC输入端和AC输出端，所述储能电池组和所述DC-AC单向转换模块输入端通过电气连接，所述DC-AC单向转换模块输出端与所述保护模块AC输入端相连，所述保护模块AC输出端与电网相连，所述过零点检测模块设有输入端，所述过零点检测模块输入端与电网通过电流互感器相连，所述功率采集模块与所述主控模块相连，物联网通过WIFI模块与所述主控模块进行远程通讯控制。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的储能并网逆变器，其特征在于，所述主控模块包括单片机，所述单片机用于所述DC-AC单向转换模块、所述过零点检测模块、所述储能电池组和所述功率采集模块的控制。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的储能并网逆变器，其特征在于，所述DC-AC单向转换模块包括DC-DC控制芯片，用于对所述DC-AC单向转换模块输入端的电压进行升压后，再经变压器输出，实时检测所述储能电池组的电压和电流。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的储能并网逆变器，其特征在于，所述保护模块包括：通过电网控制耐高压功率MOSFET栅极交替导通，实现离网迅速关断输出。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的储能并网逆变器，其特征在于，所述过零点检测模块包括：过零点检测器。

6.根据权利要求1所述的基于物联网的储能并网逆变器，其特征在于，所述功率采集模块包括：功率采集器。

7.根据权利要求2所述的基于物联网的储能并网逆变器，其特征在于，所述单片机为80C31，80C51，80C32，80C52，87C52，STC32系列单片机、GD32E230系列MCU、CKS32F系列MCU、N32G455系列MCU、MC8015、HR7P/ES7P/7H系列8位MCU、HR8P/ES8P系列32位MCU、ES32F系列32位MCU、MM32F系列MCU、MM32L系列MCU、MM32W系列MCU、MM32SPIN系列MCU、MM32P系列MCU中的任何一种。

8.根据权利要求3所述的基于物联网的储能并网逆变器，其特征在于，所述DC-DC控制芯片为UC3846、EG3846、UC3847，SG3525中的任何一种。

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