CN219499038U - 储能变流器及储能系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种储能变流器及储能系统，所述储能变流器包括：通讯接口模块、光纤控制器、驱动控制器和至少一个IGBT模块，其中，所述通讯接口模块与外部能量管理系统通过以太网通信，与储能电池串行通信，并且与所述光纤控制器通过光纤通信；所述光纤控制器与所述外部能量管理系统通过以太网通信，并且与所述驱动控制器通过光纤通信；所述驱动控制器从所述光纤控制器接收控制信号，并且通过IO口直连驱动所述至少一个IGBT模块。根据本公开的储能变流器及储能系统具有提高的可靠性、兼容性、可扩展性并且具有多场景应用能力。

Description

储能变流器及储能系统

技术领域

本公开总体说来涉及风力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种储能变流器及包括所述储能变流器的储能系统。

背景技术

储能变流器(简称为PCS)可控制储能电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，储能变流器的控制器(即，PCS控制器)接收后台控制指令，根据控制指令的符号及大小控制储能变流器对电池进行充电或放电，以实现对电网有功功率及无功功率的调节。PCS控制器能够与BMS(电池管理系统)通信，获取储能电池的状态信息，实现对储能电池的保护性充放电，确保储能电池的运行安全。现有储能变流器具有多种设计架构，但通信方式单一，不具备良好的通信兼容性。同时，现有储能变流器的控制系统架构的冗余能力较低，因此其可靠性交叉。此外，现有储能变流器的控制系统架构的可扩展性以及人机交互监控平台的单一性问题也较突出。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种具有提高的可靠性、兼容性、可扩展性并且具有多场景应用能力的储能变流器及包括所述储能变流器的储能系统。

在一个总的方面，提供一种储能变流器，所述储能变流器包括：通讯接口模块、光纤控制器、驱动控制器和至少一个IGBT模块，其中，所述通讯接口模块与外部能量管理系统通过以太网通信，与储能电池串行通信，并且与所述光纤控制器通过光纤通信；所述光纤控制器与所述外部能量管理系统通过以太网通信，并且与所述驱动控制器通过光纤通信；所述驱动控制器从所述光纤控制器接收控制信号，并且通过IO口直连驱动所述至少一个IGBT模块。

可选地，所述通讯接口模块与外部人机接口通过以太网通信，并且所述光纤控制器与所述外部人机接口通过以太网通信。

可选地，所述串行通信包括485通信和/或CAN通信。

可选地，所述光纤控制器与所述通讯接口模块之间的光纤接口、所述光纤控制器与所述驱动控制器之间的光纤接口采用不同的接口协议。

可选地，所述储能变流器还包括用于保护所述储能变流器的电气保护设备，其中，所述通讯接口模块通过IO口直连管理所述电气保护设备。

可选地，所述电气保护设备包括设置在所述储能变流器中的断路器、接触器、熔断器和防雷器中的至少一者。

可选地，所述电气保护设备通过IO口直连控制所述储能电池急停。

可选地，所述储能变流器还包括无线通信模块，其中，所述通讯接口模块与所述无线通信模块串行通信。

可选地，所述储能变流器还包括绝缘监测装置，其中，所述通讯接口模块与所述绝缘监测装置串行通信。

可选地，所述储能变流器还包括电压电流传感器，用于感测所述储能变流器的输入/输出电压和输入/输出电流，其中，所述光纤控制器通过IO口直连从所述电压电流传感器获取所述储能变流器的输入/输出电压和输入/输出电流。

可选地，所述光纤控制器还与其他储能变流器的光纤控制器通信。

在另一总的方面，提供一种储能系统，所述储能系统包括如上所述的储能变流器以及与所述储能变流器连接的储能电池。

根据本公开的实施例的储能变流器及储能系统，可支持储能变流器柜体扩展以及功率模块扩展，从而能够具备多产品需求适应能力。另一方面，根据本公开的实施例的储能变流器及储能系统，通过多种通信方式，采用双网卡/多网卡冗余设计和多控制器故障冗余设计，能够提高储能变流器控制的可靠性和兼容性，并且通过应用多种人机交互监控平台，使得储能变流器具备多场景应用能力。

附图说明

通过下面结合示出实施例的附图进行的描述，本公开的实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本公开的实施例的储能变流器的系统架构图；

图2是示出根据本公开的实施例的储能变流器的各个部件之间的通信连接关系的示图。

附图标号说明：

100：储能变流器；101：通讯接口模块；102：光纤控制器；103：驱动控制器；104：IGBT模块；105：电气保护设备；106：无线通信模块；107：绝缘监测装置；108：电压电流传感器；110：能量管理系统；115：人机接口；120：储能电池；130：交换机；200：储能变流器；201：通讯接口模块；202：光纤控制器；203：驱动控制器；204：IGBT模块；205：电气保护设备；206：无线通信模块；207：绝缘监测装置；208：电压电流传感器；210：能量管理系统；215：人机接口；220：储能电池；230：交换机；241：以太网(Ethernet)通信；242：Ethernet通信；243：光纤通信(FOP100)；244：光纤通信(FOP500)；245：IO口直连；246：IO口直连；247：485通信；248：CAN通信；249：IO口直连；250：光纤通信(FOP100)；251：IO口直连；300：储能变流器；301：通讯接口模块；302：光纤控制器；303：驱动控制器；304：IGBT模块。

具体实施方式

提供下面的具体实施方式以帮助读者获得对在此描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本实用新型的公开之后，在此描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改和等同物将是清楚的。

在此描述的特征可以以不同的形式来实现，而不应被解释为限于在此描述的示例。相反，已提供在此描述的示例，以仅示出实现在此描述的方法、设备和/或系统的许多可行方式中的一些可行方式，所述许多可行方式在理解本实用新型的公开之后将是清楚的。

如在此使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项中的任何一个以及任何两个或更多个的任何组合。

在说明书中，当元件(诸如，层、区域或基底)被描述为“在”另一元件上、“连接到”或“结合到”另一元件时，该元件可直接“在”另一元件上、直接“连接到”或“结合到”另一元件，或者可存在介于其间的一个或多个其他元件。相反，当元件被描述为“直接在”另一元件上、“直接连接到”或“直接结合到”另一元件时，可不存在介于其间的其他元件。

在此使用的术语仅用于描述各种示例，并不将用于限制公开。除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。术语“包含”、“包括”和“具有”说明存在叙述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。

除非另有定义，否则在此使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与由本实用新型所属领域的普通技术人员在理解本实用新型之后通常理解的含义相同的含义。除非在此明确地如此定义，否则术语(诸如，在通用词典中定义的术语)应被解释为具有与它们在相关领域的上下文和本实用新型中的含义一致的含义，并且不应被理想化或过于形式化地解释。

此外，在示例的描述中，当认为公知的相关结构或功能的详细描述将引起对本实用新型的模糊解释时，将省略这样的详细描述。

为了使得本领域技术人员能够使用本实用新型的内容，下文中可能结合特定的应用场景、特定的系统、器件和元件的参数以及特定的连接方式，给出以下示例性实施例。然而，对于本领域技术人员来说，这些实施例仅是示例，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用场景。

图1是示出根据本公开的实施例的储能变流器的系统架构图。在图1中，仅示出各个组件之间的通信连接关系，而没有示出诸如电力连接关系的其他连接关系。

参照图1，储能变流器100包括通讯接口模块101、光纤控制器102、驱动控制器103和至少一个IGBT模块104。通讯接口模块101与外部能量管理系统(EMS)110通过以太网通信，与储能电池120串行通信，并且与光纤控制器102通过光纤通信。光纤控制器102与EMS110通过以太网通信，并且与驱动控制器103通过光纤通信。如图1所示，通讯接口模块101和光纤控制器102可通过交换机130与EMS 110进行以太网通信。驱动控制器103从光纤控制器102接收控制信号，并且通过IO口直连驱动至少一个IGBT模块104。通过控制至少一个IGBT模块104，可以实现储能电池120的充放电。储能电池120可设置在电池柜中，并且通讯接口模块101与储能电池120的通信可以指通讯接口模块101与设置在电池柜中的用于管理储能电池120的电池管理系统(BMS)的串行通信。

如图1所示，通讯接口模块101可与外部人机接口(HMI)115通过以太网通信，并且光纤控制器102可与外部HMI 115通过以太网通信。如上所述，通讯接口模块101和光纤控制器102可通过交换机130与HMI 115进行以太网通信。此外，储能电池120可经由交换机130通过以太网通信直接与EMS110和HMI 115通信。

根据本公开的实施例，光纤控制器102与储能电池120的串行通信可包括但不限于485通信和/或CAN通信。例如，485通信可作为光纤控制器102与储能电池120的串行通信的主通信方式，而CAN通信可作为光纤控制器102与储能电池120的串行通信的备用通信方式。另一方面，光纤控制器102与通讯接口模块101之间的光纤接口和光纤控制器102与驱动控制器103之间的光纤接口可采用不同的接口协议。例如，光纤控制器102与通讯接口模块101之间的光纤接口可采用自定义的EtherCAT协议，而光纤控制器102与驱动控制器103之间的光纤接口可采用8b/10b协议。此外，光纤控制器102与通讯接口模块101之间的光纤通信的带宽可以是100M，而光纤控制器102与驱动控制器103之间的光纤通信的带宽可以是50M，但是本公开不限于此。

根据本公开的实施例，储能变流器100还包括用于保护储能变流器100的电气保护设备105，并且通讯接口模块101通过IO口直连管理电气保护设备105。储能变流器100可包括多个/多种电气保护设备105，例如，电气保护设备105可包括设置在储能变流器100中的断路器、接触器、熔断器和防雷器中的至少一者。电气保护设备105可通过IO口直连控制储能电池120急停。

可选择地，储能变流器100还包括无线通信模块106，并且通讯接口模块101与无线通信模块106串行通信。例如，通讯接口模块101与无线通信模块106的串行通信可以是但不限于485通信。无线通信模块106可与储能变流器100外部的设备进行无线通信，从而实现与外部设备的数据交互。

可选择地，储能变流器100还绝缘监测装置107，并且通讯接口模块101与绝缘监测装置107串行通信。例如，通讯接口模块101与绝缘监测装置107的串行通信可以是但不限于485通信。此外，储能变流器100还包括电压电流传感器108。电压电流传感器108用于感测储能变流器100的输入/输出电压和输入/输出电流，并且光纤控制器102通过IO口直连从电压电流传感器108获取储能变流器100的输入/输出电压和输入/输出电流。

下面结合图2对根据本公开的实施例的储能变流器的各个部件之间的通信连接关系进行描述。

图2是示出根据本公开的实施例的储能变流器的各个部件之间的通信连接关系的示图。

参照图2，储能变流器200包括通讯接口模块201、光纤控制器202、驱动控制器203、至少一个IGBT模块204、电气保护设备205、无线通信模块206、绝缘监测装置207和电压电流传感器208。此外，图2还示出另一储能变流器300。储能变流器100、储能变流器200和储能变流器300可具有相同的配置。这里，仅示出包括在储能变流器300中的通讯接口模块301、光纤控制器302、驱动控制器303、至少一个IGBT模块304，而没有示出其他部件和与储能变流器300连接的储能电池。光纤控制器202还可与其他储能变流器的光纤控制器通信，例如，与储能变流器300的光纤控制器302通信。通讯接口模块201、光纤控制器202、驱动控制器203与其他部件(包括光纤控制器300)之间的通信连接关系可通过表1来描述。

表1

通讯接口模块201作为储能变流器200的中央控制器，负责管理储能变流器200的总体运行逻辑、数据处理、对外通信和与内部部件之间的交互。例如，通讯接口模块201可运行系统逻辑，执行非策略类故障保护，与EMS交互(包括解析指令与数据上传)，与HMI交互(包括参数读写、故障信息和录波、存储、上传等)，与无线通信模块206交互(包括解析指令与数据上传)，管理电气保护设备(包括断路器、接触器、熔断器和防雷器等)，与绝缘监测装置207交互，与BMS交互(包括读取电池状态信息、下发指令到BMS等)，并且在储能变流器200与其他储能变流器连接并柜运行并且作为主站运行时管理与其他储能变流器的通信总线(包括数据收发和从站间同步等)。

光纤控制器202主要负责采集电压电流，运行储能变流控制策略和与驱动控制器203交互。另外，在储能变流器200与其他储能变流器连接并柜运行并且作为主站运行时，光纤控制器202还承担与从站交互数据的职责。例如，光纤控制器202可运行控制策略，执行策略类故障保护，配合通讯接口模块201执行必要的控制逻辑；执行信号采集，(包括储能变流器200的输入/输出电压和输入/输出电流等)，执行IGBT驱动(例如，生成占空比信号并发送到驱动控制器203执行，并且在储能变流器200与其他储能变流器连接并柜运行并且作为从站运行时，接受主站控制并与主站及其他从站进行数据交互。

驱动控制器203主要负责接收光纤控制器202产生的控制信号，生成PWM(脉冲宽度调制)信号后驱动IGBT模块204。例如，驱动控制器203可接收光纤控制器202下发的占空比指令并生成PWM信号，并且执行IGBT模块204的相关故障保护。

根据本公开的实施例的储能变流器200具有冗余设计、兼容性设计、扩展性设计、多场景监控平台设计等架构设计特点。

具体地讲，储能变流器在一定时间内、一定条件下无故障地执行指定功能的能力是其重要的设计指标。为此，储能变流器200进行了冗余设计，主要包括以下几点。第一，双网卡冗余设计：为保证储能变流器200与EMS/HMI的可靠通信，储能变流器200采用双网卡冗余设计，保证在一路通信断线时，另一路仍能保证通讯正常。第二，多控制器故障冗余设计：控制器是控制系统的控制核心，为了提高控制系统的可靠性，储能变流器200采用多控制器故障冗余设计，可以实现在一个控制器发生异常时，其他控制器可执行冗余保护。

其次，储能变流器较好的通信兼容性可适应不同的应用场景。为了提高系统通信兼容性，储能变流器200可支持多种通信方式。基于多种通信方式的储能系统网络架构网络层级划分合理清晰，充分融合各种通信方式的优点。储能变流器200的通信兼容性主要表现在以下两方面。第一，储能变流器200与EMS的通信可支持MODBUS-TCP、GOOSE等协议；第二，储能变流器200与BMS的通信可支持CAN协议、485协议等。

再次，现有的储能变流器不具备可扩展性，或者扩展成本极高，而储能变流器200的系统构建成本低，扩展方便，适用于各种规模的储能控制系统中。第一，储能变流器200支持多柜体扩展，在增加柜体时，只需将新柜体连接到光纤环网上即可(即，不同储能变流器的光纤控制器可彼此通信)。第二，储能变流器200支持功率模块扩容，换言之，驱动控制器203可支持多组IGBT模块并联，从而实现功率扩容。

此外，现有储能变流器的监控平台非常单一，而储能变流器200能够适应多种监控平台，并且适用于不同的人机对话应用场景，主要包括：1)远程EMS监控设计平台，可实现对储能变流器200的远程监控；2)远程HMI调试设计平台，可通过远程HMI实现储能变流器200的调试需求；3)在支持以上两种监控平台之外，储能变流器200还可与具有最高控制优先级的本地控制平台(例如液晶显示器)进行485通信，从而极大地支持现场可操作性。

根据本公开的另一实施例，还可提供一种储能系统，所述储能系统包括如上所述的储能变流器(例如，储能变流器100、200)以及与如上所述的储能变流器连接的储能电池。

根据本公开的实施例的储能变流器及储能系统，可支持储能变流器柜体扩展以及功率模块扩展，从而能够具备多产品需求适应能力。另一方面，根据本公开的实施例的储能变流器及储能系统，通过多种通信方式，采用双网卡/多网卡冗余设计和多控制器故障冗余设计，能够提高储能变流器控制的可靠性和兼容性，并且通过应用多种人机交互监控平台，使得储能变流器具备多场景应用能力。

虽然已表示和描述了本公开的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。

Claims (12)

1.一种储能变流器，其特征在于，所述储能变流器包括：通讯接口模块、光纤控制器、驱动控制器和至少一个IGBT模块，

其中，所述通讯接口模块与外部能量管理系统通过以太网通信，与储能电池串行通信，并且与所述光纤控制器通过光纤通信；所述光纤控制器与所述外部能量管理系统通过以太网通信，并且与所述驱动控制器通过光纤通信；所述驱动控制器从所述光纤控制器接收控制信号，并且通过IO口直连驱动所述至少一个IGBT模块。

2.如权利要求1所述的储能变流器，其特征在于，所述通讯接口模块与外部人机接口通过以太网通信，并且所述光纤控制器与所述外部人机接口通过以太网通信。

3.如权利要求1所述的储能变流器，其特征在于，所述串行通信包括485通信和/或CAN通信。

4.如权利要求1所述的储能变流器，其特征在于，所述光纤控制器与所述通讯接口模块之间的光纤接口、所述光纤控制器与所述驱动控制器之间的光纤接口采用不同的接口协议。

5.如权利要求1所述的储能变流器，其特征在于，所述储能变流器还包括用于保护所述储能变流器的电气保护设备，其中，所述通讯接口模块通过IO口直连管理所述电气保护设备。

6.如权利要求5所述的储能变流器，其特征在于，所述电气保护设备包括设置在所述储能变流器中的断路器、接触器、熔断器和防雷器中的至少一者。

7.如权利要求5所述的储能变流器，其特征在于，所述电气保护设备通过IO口直连控制所述储能电池急停。

8.如权利要求1所述的储能变流器，其特征在于，所述储能变流器还包括无线通信模块，其中，所述通讯接口模块与所述无线通信模块串行通信。

9.如权利要求1所述的储能变流器，其特征在于，所述储能变流器还包括绝缘监测装置，其中，所述通讯接口模块与所述绝缘监测装置串行通信。

10.如权利要求1所述的储能变流器，其特征在于，所述储能变流器还包括电压电流传感器，用于感测所述储能变流器的输入/输出电压和输入/输出电流，其中，所述光纤控制器通过IO口直连从所述电压电流传感器获取所述储能变流器的输入/输出电压和输入/输出电流。

11.如权利要求1所述的储能变流器，其特征在于，所述光纤控制器还与其他储能变流器的光纤控制器通信。

12.一种储能系统，其特征在于，所述储能系统包括如权利要求1-11中任意一项所述的储能变流器以及与所述储能变流器连接的储能电池。