專利名稱：用于并網發電系統的雙向儲能逆變器的制作方法
技術領域：
本發明創造涉及并網發電系統，具體涉及其中的雙向儲能逆變器。
背景技術：
在分布式發電系統中，現在廣泛采用的是并網型逆變器，一般采用電流型控制，即并網逆變器是電流源。并網逆變器的能量可以來自風能、光伏組件或生物電池等，發電時輸出與電網同相同頻的電流到公用電網；并網逆變器控制的只是輸出電流，而公用電網的電壓則由電網公司控制。當公用電網的運行參數超出并網逆變器的要求范圍或公用電網斷電時，并網逆變器將會自動與公用電網斷開，停止發電。為此，一般需要安裝一臺雙向儲能逆變器在公用電網正常連接時，并網逆變器正常工作，雙向儲能逆變器工作于整流狀態，為儲能電池充電；在公用電網斷電時，雙向逆變器工作于逆變狀態，采用電壓型控制，輸出正弦波交流電壓，并網逆變器以此局部小電網為基礎并網，一起為負載供電。此時若產生的能量多于負載需求，由于現有雙向逆變器在同一時刻只能工作于一種狀態，在逆變的同時不·能整流，多余的能量就無法用于給儲能電池充電，只得采用別的辦法限制并網逆變器的輸出功率，將多余的能量浪費掉。
發明內容
本發明創造給出用于并網發電系統的雙向儲能逆變器，以解決在公用電網斷開且并網逆變器已重新接入之后，產生的電量多于負載需求所引發的問題。為此給出用于并網發電系統的雙向儲能逆變器，包括雙向逆變電路和采樣控制電路
雙向逆變電路輸入端接往儲能電池，輸出端經開關切換電路接往公用電網、并網逆變器和負載，具體地，在雙向逆變電路輸出端與開關切換電路之間接有變壓器，雙向逆變電路有并列的至少兩個，兩個雙向逆變電路輸入端分別接往儲能電池，輸出端分別接往變壓器原邊的不同繞組，變壓器副邊接往開關切換電路；
公用電網正常連接則采樣控制電路控制雙向逆變電路工作在整流狀態，給儲能電池充電，公用電網斷開則采樣控制電路控制雙向逆變電路工作在逆變狀態從而為并網逆變器提供并網基礎，在公用電網斷開且并網逆變器已重新接入之后，若產生的電量多于負載需求，則采樣控制電路控制其中一個雙向逆變電路工作在逆變狀態以保持并網逆變器的并網基礎，另一個雙向逆變電路工作在整流狀態，把多余的電量存儲在儲能電池中。由于雙向逆變電路有并列的兩個，采樣控制電路就能夠控制其中一個雙向逆變電路工作在逆變狀態以保持并網逆變器的并網基礎，另一個雙向逆變電路工作在整流狀態，把多余的電量充入在儲能電池中，無需限制并網逆變器的輸出功率，避免了多余能量的浪費。至于在公用電網斷開但并網逆變器尚未重新接入時，采樣控制電路可以控制兩個雙向逆變電路均工作在逆變狀態，以盡快為并網逆變器提供并網基礎，讓并網逆變器能夠盡快重新接入。至于在公用電網正常連接時，采樣控制電路可以控制兩個雙向逆變電路均工作在整流狀態，以提高充電效率。
圖I是并網發電系統的結構框圖。圖2是雙向儲能逆變器的電路圖。圖3是另一種雙向儲能逆變器的電路圖。
具體實施例方式如圖I所示，雙向逆變電路I和雙向逆變電路2并列，它們的輸入端分別接往儲能電池，它們的輸出端分別連接變壓器原邊繞組N2和N3 ;變壓器副邊繞組NI是雙向儲能逆變器的輸出。變壓器用于能量的互相傳遞和輸入-輸出的隔離，是將兩個雙向逆變電路1、2組合在一起的核心元件。采樣和控制電路分別采樣輸入電壓、電流，輸出電壓、電流等參數，輸出PWM信號，控制電路的運行。變壓器副邊接往開關切換電路，開關切換電路內部有檢測電路，根據公用電網和負載的狀態改變系統的連接狀態。并網逆變器的能量可以來自風能、光伏組件或生物電池等。當公用電網正常連接時，開關切換電路將雙向儲能逆變器、負載與公用電網連接在一起。當并網逆變器能輸出足夠的能量時，開關切換電路讓并網逆變器連接公用電網，此時采樣控制電路控制兩個雙向逆變電路1、2均工作在整流狀態，給儲能電池充電，此時能量從公用電網側經雙向儲能逆變器流向儲能電池。當共用電網的運行參數超過系統要求或公用電網斷電時，開關切換電路將斷開公用電網，此時并網逆變器自身就會因偵測到無電網而斷開與系統的連接，進入所謂的孤島狀態，停止發電，于是采樣控制電路控制兩個雙向逆變電路1、2均工作在逆變狀態，輸出交流電組成局部小電網為負載供電，能量就從儲能電池經雙向儲能逆變器流向負載，并網逆變器檢測到此局部小電網，便會在較短的時間內啟動并連接到此局部小電網，與雙向儲能逆變器一起為負載供電。若并網逆變器產生的能量多于負載需求，采樣控制電路就控制雙向逆變電路I維持工作在逆變狀態以維持局部小電網，并控制雙向逆變電路2由逆變狀態轉變為整流狀態為儲能電池充電，將多余的能量儲存起來，此時能量主要是從并網逆變器經雙向儲能逆變器轉換后流向電池，將并網逆變器產生的多于負載需求的能量儲存在電池。在這種狀況下，工作于逆變狀態的雙向逆變電路I主要起維持局部小電網的作用，負載消耗的能量主要由并網逆變器提供。每個雙向逆變電路均有兩種工作狀態，即逆變狀態和整流狀態。兩個雙向逆變電路組合在一起可以形成三種有效的工作模式，即逆變+整流，逆變+逆變，整流+整流。三種工作模式由雙向儲能逆變器的采樣與控制電路根據系統狀況來切換，通過控制雙向逆變電路I和雙向逆變電路2分別工作于逆變狀態或整流狀態來實現。—種實施案例如圖2所不,雙向儲能逆變器包括輸入電容Cap、兩個電路結構相同的雙向逆變電路、工頻變壓器和采樣控制電路。雙向逆變電路I包括由輸入電感M1_L1、開關管M1_Q1、開關管M1_Q2和電容Ml_bus組成的DC/DC變換器、由M1_Q3、M1_Q4、M1_Q5、M1_Q6組成的全橋變換器及由電感M1_L2、電容M1_C1組成的濾波器；雙向逆變電路2也包括由輸入電感M2_L1、開關管M2_Q1、開關管M2_Q2和電容Ml_bus組成的DC/DC變換器、由M2_Q3、M2_Q4、M2_Q5、M2_Q6組成的全橋變換器及由電感M2_L2、電容M2_C1組成的濾波器。雙向逆變電路I和雙向逆變電路2的輸出端分別連接到變壓器的N2和N3繞組，變壓器NI繞組為雙向儲能逆變器的輸出端。如圖2所示，現以雙向逆變電路I為例介紹運行方式。當雙向逆變電路I工作于逆變狀態時，由輸入電感LI、開關管M1_Q1、開關管M1_Q2和電容Ml_bus組成的DC/DC變換器工作于升壓模式，開關管M1_Q2由PWM調制，開關管M1_Q1處于關閉狀態，但體二極管處于工作狀態。通過該升壓電路將電池較低的電 壓升高，同時采樣電容Ml_bus的電壓來調節PWM，使電容Ml_bus的電壓處于一個穩定值。由M1_Q3、M1_Q4、M1_Q5、M1_Q6組成的全橋變換器分別由4路PWM調制，經LC濾波、變壓器隔離升壓后輸出正弦波交流電。能量由電池流出，經雙向逆變電路后逆變成交流電，再經工頻變壓器隔離后為負載供電。當工作于濾波狀態時，M1_Q3、M1_Q4、M1_Q5、M1_Q6均處于關閉狀態，交流電經這4個開關管的體二極管形成的全橋整流后再經電容Ml_bus濾波形成直流電，由開關管Ml_Q1、開關管M1_Q2、輸入電感LI組成的DC \DC變換器工作于降壓模式，開關管M1_Q1由PWM調制，處于開關狀態，開關管M1_Q2處于關閉狀態，但體二極管處于工作狀態。通過該降壓電路將電容Ml_bus的電壓降低，通過采樣輸入電感LI的電流及電池電壓來調節PWM控制電池充電過程。能量從電網側經變壓器后再經雙向逆變電路轉換后為電池充電。雙向逆變電路2的兩種工作模式控制方式與雙向變換電路I相同。另一種實施案例如圖3所示，雙向儲能逆變器包括輸入電容Cap、兩個電路結構相同的雙向逆變電路、工頻變壓器及采樣控制電路；雙向逆變電路I包括由M1_Q3、M1_Q4、M1_Q5、M1_Q6組成的全橋變換器及由電感M1_L2、電容M1_C1組成的濾波器；同樣，雙向逆變電路2也包括由M2_Q3、M2_Q4、M2_Q5、M2_Q6組成的全橋變換器及由電感M2_L2、電容M2_C1組成的濾波器。如圖3所示，現以雙向變換電路I為例介紹運行方式。當工作于逆變狀態時，由M1_Q3、M1_Q4、M1_Q5、M1_Q6組成的全橋變換器分別由4路PWM調制，經LC濾波、變壓器隔尚升壓后輸出正弦波交流電為負載供電。當工作于濾波狀態時，全橋變換器的兩個上管M1_Q3、M1_Q5處于關閉狀態，但體二極管處于工作狀態，全橋變換器的兩個下管M1_Q4、M1_Q6分別由兩路PWM調制，控制電池充電過程。雙向變換電路2的兩種工作模式控制方式與雙向變換電路I相同。
權利要求
1.用于并網發電系統的雙向儲能逆變器，包括雙向逆變電路和采樣控制電路 雙向逆變電路輸入端接往儲能電池，輸出端經開關切換電路接往公用電網、并網逆變器和負載； 公用電網正常連接則采樣控制電路控制雙向逆變電路工作在整流狀態，公用電網斷開則采樣控制電路控制雙向逆變電路工作在逆變狀態； 其特征是 在雙向逆變電路輸出端與開關切換電路之間接有變壓器，雙向逆變電路有并列的至少兩個，兩個雙向逆變電路輸入端分別接往儲能電池，輸出端分別接往變壓器原邊的不同繞組，變壓器副邊接往開關切換電路； 在公用電網斷開且并網逆變器已重新接入之后，若產生的電量多于負載需求，則采樣 控制電路控制其中一個雙向逆變電路工作在逆變狀態，另一個雙向逆變電路工作在整流狀態。
2.根據權利要求I所述的雙向儲能逆變器，其特征是，在公用電網斷開但并網逆變器未重新接入時，采樣控制電路控制兩個雙向逆變電路均工作在逆變狀態。
3.根據權利要求I所述的雙向儲能逆變器，其特征是，公用電網正常連接則采樣控制電路控制兩個雙向逆變電路均工作在整流狀態。
全文摘要
本發明創造涉及并網發電系統，具體涉及其中的雙向儲能逆變器，其特征是，在雙向逆變電路輸出端與開關切換電路之間接有變壓器，雙向逆變電路有并列的至少兩個，兩個雙向逆變電路輸入端分別接往儲能電池，輸出端分別接往變壓器原邊的不同繞組，變壓器副邊接往開關切換電路；在公用電網斷開且并網逆變器已重新接入之后，若產生的電量多于負載需求，則采樣控制電路控制其中一個雙向逆變電路工作在逆變狀態以保持并網逆變器的并網基礎，另一個雙向逆變電路工作在整流狀態，把多余的電量充入在儲能電池中，無需限制并網逆變器的輸出功率，避免了多余能量的浪費。
文檔編號H02J3/38GK102957335SQ201210481588
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月23日 優先權日2012年11月23日
發明者陳書生 申請人:廣東易事特電源股份有限公司