CN219304478U - 双向变流储能系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种双向变流储能系统包括控制器、总开关和多个储能支路；储能支路包括电池管理器、以及依次连接的蓄电池组、第一开关、功率电路拓扑和第二开关，功率电路拓扑包含功率模块，电池管理器分别与蓄电池组和功率电路拓扑通信连接，每个储能支路的第二开关均与总开关的一端连接，总开关的另一端用于与外部电路连接；控制器与每个电池管理器、第一开关、功率电路拓扑、第二开关和总开关均通信连接。各个储能支路为并联关系，当其中一个储能支路放生故障时，并不会影响其他的储能支路，确保系统可以继续运行。

Description

双向变流储能系统

技术领域

本公开涉及储能系统管理的技术领域，具体涉及一种双向变流储能系统。

背景技术

在随着世界经济的快速发展，能源已经成为世界各国面临的重要问题，这促进了太阳能发电和电力储能行业的蓬勃发展。太阳能发电系统中通常会配置储能系统，常见的储能系统主要是一体式的塔式储能系统，塔式储能系的功率模块通常是固定的，一旦系统出现故障就需要整个系统停机检修，导致系统无法继续运行。

实用新型内容

本公开提供了一种双向变流储能系统，包括控制器、总开关和多个储能支路；储能支路包括电池管理器、以及依次连接的蓄电池组、第一开关、功率电路拓扑和第二开关，功率电路拓扑包含功率模块，电池管理器分别与蓄电池组和功率电路拓扑通信连接，每个储能支路的第二开关均与总开关的一端连接，总开关的另一端用于与外部电路连接；控制器与每个电池管理器、第一开关、功率电路拓扑、第二开关和总开关均通信连接。

在本公开的一些实施例中，第一开关与功率电路拓扑的直流端连接，第二开关与功率电路拓扑的交流端连接。

在本公开的一些实施例中，功率电路拓扑包括多相依次连接的功率模块；电池管理器、第一开关、第二开关和控制器，分别与功率电路拓扑中对应的功率模块连接。

在本公开的一些实施例中，功率电路拓扑包括第一相功率模块、第二相功率模块和第三相功率模块、第一母线、第二母线和第三母线；

每一相功率模块均包括第一电容、第二电容、第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关、第四功率开关、第五功率开关和第六功率开关；

在每一相功率模块中，第一电容的第一端与第一母线连接，第一电容的第二端和第二电容的第一端均与第二母线连接，第二电容的第二端与第三母线连接；

第一功率开关的第一端与第一母线连接，第一功率开关的第二端和第二功率开关的第一端均与第二母线连接，第二功率开关的第一端与第三母线连接；

第三功率开关的第一端与第一母线连接，第三功率开关的第二端与第四功率开关的第一端连接，第四功率开关的第二端与第五功率开关的第一端连接，第五功率开关的第二端与第六功率开关的第一端连接，第六功率开关的第二端与第三母线连接；

第一电容与第二电容的连接点、第一相功率模块中的第四功率开关与第五功率开关的连接点、第二相功率模块中的第四功率开关与第五功率开关的连接点、第三相功率模块中的第四功率开关与第五功率开关的连接点作为功率电路拓扑的四个对外接口；

电池管理器、第一开关、第二开关和控制器，分别与功率电路拓扑中对应的对外接口连接。

在本公开的一些实施例中，功率电路拓扑包括第一相功率模块、第二相功率模块、第三相功率模块、第四相功率模块、第一母线、第二母线和第三母线；

每一相功率模块均包括第一电容、第二电容、第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关、第四功率开关、第五功率开关和第六功率开关；

在每一相功率模块中，第一电容的第一端与第一母线连接，第一电容的第二端和第二电容的第一端均与第二母线连接，第二电容的第二端与第三母线连接；

第一功率开关的第一端与第一母线连接，第一功率开关的第二端和第二功率开关的第一端均与第二母线连接，第二功率开关的第一端与第三母线连接；

第三功率开关的第一端与第一母线连接，第三功率开关的第二端与第四功率开关的第一端连接，第四功率开关的第二端与第五功率开关的第一端连接，第五功率开关的第二端与第六功率开关的第一端连接，第六功率开关的第二端与第三母线连接；

第一相功率模块中的第四功率开关与第五功率开关的连接点、第二相功率模块中的第四功率开关与第五功率开关的连接点、第三相功率模块中的第四功率开关与第五功率开关的连接点、第四相功率模块中的第四功率开关与第五功率开关的连接点作为功率电路拓扑的四个对外接口；

电池管理器、第一开关、第二开关和控制器，分别与功率电路拓扑中对应的对外接口连接。

在本公开的一些实施例中，第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关、第四功率开关、第五功率开关和第六功率开关为MOS管或绝缘栅双极型晶体管。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

本公开提供的技术方案带来的有益效果是：

本公开提供的双向变流储能系统配置了多个储能支路，并且每个储能支路均与同一个总开关连接，而且各个储能支路为并联关系，当其中一个储能支路放生故障时，并不会影响其他的储能支路，确保系统可以继续运行；而且，控制器通过对储能支路中的开关(如第一开关和第二开关)的通断状态进行控制，使得储能支路能够接入系统或脱离系统，从而改变系统实际使用的储能支路的数量，进而可以灵活地改变系统的功率。

附图说明

附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：

图1示出了本公开提供的双向变流储能系统的结构示意图；

图2示出了本公开提供的一种功率电路拓扑的结构示意图；

图3示出了本公开提供的另一种功率电路拓扑的结构示意图。

附图标号的说明如下：

1-控制器；2-总开关；3-储能支路；

31-蓄电池组；32-电池管理器；33-第一开关；

34-功率电路拓扑；35-第二开关35；

41-第一相功率模块；42-第二相功率模块；43-第三相功率模块；

44-第四相功率模块；401-第一母线；402-第二母线；403-第三母线。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

在随着世界经济的快速发展，能源已经成为世界各国面临的重要问题，这促进了太阳能发电和电力储能行业的蓬勃发展。太阳能发电系统中通常会配置储能系统，常见的储能系统主要是一体式的塔式储能系统，塔式储能系的功率模块通常是固定的，一旦系统出现故障就需要整个系统停机检修，导致系统无法继续运行。

本公开提供的双向变流储能系统，旨在解决现有技术的如上技术问题中的至少一个。

图1示出了本公开提供的双向变流储能系统的结构示意图，双向变流储能系统包括控制器1、总开关2和多个储能支路3，多个储能支路3均与总开关2连接，总开关2与外部电路连接，控制器1可以对每个储能支路3的中的开关进行控制，从而控制是否使用该储能支路3。

储能支路3包括电池管理器32、以及依次连接的蓄电池组31、第一开关33、功率电路拓扑34和第二开关35，功率电路拓扑34包含功率模块，电池管理器32分别与蓄电池组31和功率电路拓扑34通信连接，每个储能支路3的第二开关35均与总开关2的一端连接，总开关2的另一端用于与外部电路连接。电池管理器32即电池管理系统(Battery ManagementSystem，BMS)，其是电池与用户之间的纽带，电池管理器32主要对象是二次电池，目的是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。

控制器1与每个电池管理器32、第一开关33、功率电路拓扑34、第二开关35和总开关2均通信连接，可以理解的是，控制器1可以对与其连接的器件进行控制，例如可以控制开关的导通状态，控制电池管理器32和功率电路拓扑34的相关参数等。

本公开提供的双向变流储能系统配置了多个储能支路3，并且每个储能支路3均与同一个总开关2连接，而且各个储能支路3为并联关系，当其中一个储能支路3放生故障时，并不会影响其他的储能支路3，确保系统可以继续运行；而且，控制器通过对储能支路3中的开关(如第一开关33和第二开关35)的通断状态进行控制，使得储能支路3能够接入系统或脱离系统，从而改变系统实际使用的储能支路3的数量，进而可以灵活地改变系统的功率。

可选地，在本公开实施例中，第一开关33与功率电路拓扑34的直流端连接，第二开关35与功率电路拓扑34的交流端连接。

可选地，在本公开实施例中，功率电路拓扑34包括多相依次连接的功率模块。电池管理器32、第一开关33、第二开关35和控制器1，分别与功率电路拓扑34中对应的功率模块连接。

图2示出了本公开提供的一种功率电路拓扑的结构示意图，如图2所示，功率电路拓扑34包括第一相功率模块41、第二相功率模块42和第三相功率模块43、第一母线401、第二母线402和第三母线403，每一相功率模块均包括第一电容、第二电容、第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关、第四功率开关、第五功率开关和第六功率开关。

在第一相功率模块41中，C11表示第一电容、C12表示第二电容、S11表示第一功率开关、S12表示第二功率开关、S13表示第三功率开关、S14表示第四功率开关、S15表示第五功率开关、S16表示第六功率开关；在第二相功率模块42中，C21表示第一电容、C22表示第二电容、S21表示第一功率开关、S22表示第二功率开关、S23表示第三功率开关、S24表示第四功率开关、S25表示第五功率开关、S26表示第六功率开关；在第三相功率模块43中，C31表示第一电容、C32表示第二电容、S31表示第一功率开关、S32表示第二功率开关、S33表示第三功率开关、S34表示第四功率开关、S35表示第五功率开关、S36表示第六功率开关。

在第一相功率模块41中，第一电容C11的第一端与第一母线401连接，第一电容C11的第二端和第二电容C12的第一端均与第二母线402连接，第二电容C12的第二端与第三母线403连接；第一功率开关S11的第一端与第一母线401连接，第一功率开关S11的第二端和第二功率开关S12的第一端均与第二母线402连接，第二功率开关S12的第一端与第三母线403连接；第三功率开关S13的第一端与第一母线401连接，第三功率开关S13的第二端与第四功率开关S14的第一端连接，第四功率开关S14的第二端与第五功率开关S15的第一端连接，第五功率开关S15的第二端与第六功率开关S16的第一端连接，第六功率开关S16的第二端与第三母线403连接。可以理解的是，在第二相功率模块42和第三相功率模块43中各个部件的连接方式，与第一相功率模块41中各个部件的连接方式相同，此处不再赘述。

第一相功率模块41中的第一电容C11与第二电容C12的连接点、第一相功率模块41中的第四功率开关S14与第五功率开关S14的连接点、第二相功率模块42中的第四功率开关S24与第五功率开关S25的连接点、第三相功率模块43中的第四功率开关S34与第五功率开关S35的连接点作为功率电路拓扑34的四个对外接口。电池管理器32、第一开关33、第二开关35和控制器1，分别与功率电路拓扑34中对应的对外接口连接。

图3示出了本公开提供的另一种功率电路拓扑的结构示意图，如图3所示，功率电路拓扑34包括第一相功率模块41、第二相功率模块42、第三相功率模块43、第四相功率模块44、第一母线401、第二母线402和第三母线403，每一相功率模块均包括第一电容、第二电容、第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关、第四功率开关、第五功率开关S15和第六功率开关。

在第一相功率模块41中，C11表示第一电容、C12表示第二电容、S11表示第一功率开关、S12表示第二功率开关、S13表示第三功率开关、S14表示第四功率开关、S15表示第五功率开关、S16表示第六功率开关；在第二相功率模块42中，C21表示第一电容、C22表示第二电容、S21表示第一功率开关、S22表示第二功率开关、S23表示第三功率开关、S24表示第四功率开关、S25表示第五功率开关、S26表示第六功率开关；在第三相功率模块43中，C31表示第一电容、C32表示第二电容、S31表示第一功率开关、S32表示第二功率开关、S33表示第三功率开关、S34表示第四功率开关、S35表示第五功率开关、S36表示第六功率开关；在第四相功率模块44中，C41表示第一电容、C42表示第二电容、S41表示第一功率开关、S42表示第二功率开关、S43表示第三功率开关、S44表示第四功率开关、S45表示第五功率开关、S46表示第六功率开关。

在第一相功率模块41中，第一电容C11的第一端与第一母线401连接，第一电容C11的第二端和第二电容C12的第一端均与第二母线402连接，第二电容C12的第二端与第三母线403连接；第一功率开关S11的第一端与第一母线401连接，第一功率开关S11的第二端和第二功率开关S12的第一端均与第二母线402连接，第二功率开关S12的第一端与第三母线403连接；第三功率开关S13的第一端与第一母线401连接，第三功率开关S13的第二端与第四功率开关S14的第一端连接，第四功率开关S14的第二端与第五功率开关S15的第一端连接，第五功率开关S15的第二端与第六功率开关S16的第一端连接，第六功率开关S16的第二端与第三母线403连接。可以理解的是，在第二相功率模块42、第三相功率模块43和第四相功率模块44中各个部件的连接方式，与第一相功率模块41中各个部件的连接方式相同，此处不再赘述。

第一相功率模块41中的第四功率开关S14与第五功率开关S14的连接点、第二相功率模块42中的第四功率开关S24与第五功率开关S25的连接点、第三相功率模块43中的第四功率开关S34与第五功率开关S35的连接点、第四相功率模块44中的第四功率开关S44与第五功率开关S45的连接点作为功率电路拓扑34的四个对外接口。电池管理器32、第一开关33、第二开关35和控制器1，分别与功率电路拓扑34中对应的对外接口连接。

可选地，在本公开实施例中，第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关、第四功率开关、第五功率开关和第六功率开关为MOS管或绝缘栅双极型晶体管。

控制器1可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。控制器1的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形客户界面或者网络浏览器的客户计算机，客户可以通过该图形客户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。

计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双向变流储能系统，其特征在于，包括控制器、总开关和多个储能支路；

所述储能支路包括电池管理器、以及依次连接的蓄电池组、第一开关、功率电路拓扑和第二开关，所述功率电路拓扑包含功率模块，所述电池管理器分别与所述蓄电池组和所述功率电路拓扑通信连接，每个所述储能支路的第二开关均与所述总开关的一端连接，所述总开关的另一端用于与外部电路连接；

所述控制器与每个所述电池管理器、所述第一开关、所述功率电路拓扑、所述第二开关和所述总开关均通信连接。

2.根据权利要求1所述的双向变流储能系统，其特征在于，所述第一开关与所述功率电路拓扑的直流端连接，所述第二开关与所述功率电路拓扑的交流端连接。

3.根据权利要求1所述的双向变流储能系统，其特征在于，所述功率电路拓扑包括多相依次连接的功率模块；

所述电池管理器、所述第一开关、所述第二开关和所述控制器，分别与所述功率电路拓扑中对应的功率模块连接。

4.根据权利要求3所述的双向变流储能系统，其特征在于，所述功率电路拓扑包括第一相功率模块、第二相功率模块和第三相功率模块、第一母线、第二母线和第三母线；

每一相功率模块均包括第一电容、第二电容、第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关、第四功率开关、第五功率开关和第六功率开关；

在每一相功率模块中，所述第一电容的第一端与所述第一母线连接，所述第一电容的第二端和所述第二电容的第一端均与所述第二母线连接，所述第二电容的第二端与所述第三母线连接；

所述第一功率开关的第一端与所述第一母线连接，所述第一功率开关的第二端和所述第二功率开关的第一端均与所述第二母线连接，所述第二功率开关的第一端与所述第三母线连接；

所述第三功率开关的第一端与所述第一母线连接，所述第三功率开关的第二端与所述第四功率开关的第一端连接，所述第四功率开关的第二端与所述第五功率开关的第一端连接，第五功率开关的第二端与所述第六功率开关的第一端连接，所述第六功率开关的第二端与所述第三母线连接；

所述第一相功率模块中第一电容与所述第二电容的连接点、所述第一相功率模块中的所述第四功率开关与所述第五功率开关的连接点、所述第二相功率模块中的所述第四功率开关与所述第五功率开关的连接点、所述第三相功率模块中的所述第四功率开关与所述第五功率开关的连接点作为所述功率电路拓扑的四个对外接口；

所述电池管理器、所述第一开关、所述第二开关和所述控制器，分别与所述功率电路拓扑中对应的所述对外接口连接。

5.根据权利要求3所述的双向变流储能系统，其特征在于，所述功率电路拓扑包括第一相功率模块、第二相功率模块、第三相功率模块、第四相功率模块、第一母线、第二母线和第三母线；

每一相功率模块均包括第一电容、第二电容、第一功率开关、第二功率开关、第三功率开关、第四功率开关、第五功率开关和第六功率开关；

在每一相功率模块中，所述第一电容的第一端与所述第一母线连接，所述第一电容的第二端和所述第二电容的第一端均与所述第二母线连接，所述第二电容的第二端与所述第三母线连接；

所述第一功率开关的第一端与所述第一母线连接，所述第一功率开关的第二端和所述第二功率开关的第一端均与所述第二母线连接，所述第二功率开关的第一端与所述第三母线连接；

所述第三功率开关的第一端与所述第一母线连接，所述第三功率开关的第二端与所述第四功率开关的第一端连接，所述第四功率开关的第二端与所述第五功率开关的第一端连接，第五功率开关的第二端与所述第六功率开关的第一端连接，所述第六功率开关的第二端与所述第三母线连接；

所述第一相功率模块中的所述第四功率开关与所述第五功率开关的连接点、所述第二相功率模块中的所述第四功率开关与所述第五功率开关的连接点、所述第三相功率模块中的所述第四功率开关与所述第五功率开关的连接点、所述第四相功率模块中的所述第四功率开关与所述第五功率开关的连接点作为所述功率电路拓扑的四个对外接口；

所述电池管理器、所述第一开关、所述第二开关和所述控制器，分别与所述功率电路拓扑中对应的所述对外接口连接。

6.根据权利要求4或5所述的双向变流储能系统，其特征在于，所述第一功率开关、所述第二功率开关、所述第三功率开关、所述第四功率开关、所述第五功率开关和所述第六功率开关为MOS管或绝缘栅双极型晶体管。

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