一種大功率分布式儲(chǔ)能變流器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種大功率分布式儲(chǔ)能變流器，其連接于電網(wǎng)和電池二端，包括主電路以及控制該變流器工作的控制器，所述主電路包括依次連接的DC/DC變換電路、母線(xiàn)電容、AC/DC變換電路、濾波電路和隔離變壓器，所述DC/DC變換電路與電池連接，所述隔離變壓器與電網(wǎng)連接，其還包括設(shè)于DC/DC變換電路與電池之間且用于限制電池充電電流的充放電緩沖接口電路，且所述DC/DC變換電路為一具有升壓和降壓功能的變換電路。本實(shí)用新型解決了VBR初始零電壓充電的問(wèn)題，使其滿(mǎn)足充電特性曲線(xiàn)的要求。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種大功率分布式儲(chǔ)能變流器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)電能質(zhì)量【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體的說(shuō)，特別涉及一種大功率分布式儲(chǔ)能變流器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)不斷騰飛，配電網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展，可再生能源的開(kāi)發(fā)及其VBR等大功率儲(chǔ)能電池的出現(xiàn)，分布式雙向儲(chǔ)能變流器作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響到電網(wǎng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)及其用戶(hù)的安全穩(wěn)定，對(duì)于VBR專(zhuān)用雙向換流器，依靠傳統(tǒng)雙向換流器，往往難以達(dá)到VBR充電特性曲線(xiàn)及其零電壓充電的要求。因此，開(kāi)發(fā)一種大功率分布式儲(chǔ)能雙向換流器，具有極其廣闊的市場(chǎng)，并為未來(lái)智能電網(wǎng)及其分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在不能滿(mǎn)足VBR電池零電壓充電要求的技術(shù)問(wèn)題，提供一種大功率分布式儲(chǔ)能變流器。
[0004]為了解決以上提出的問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0005]一種大功率分布式儲(chǔ)能變流器，其連接于電網(wǎng)和電池二端，包括主電路以及控制該變流器工作的控制器，所述主電路包括依次連接的DC/DC變換電路、母線(xiàn)電容、AC/DC變換電路、濾波電路和隔離變壓器，所述DC/DC變換電路與電池連接，所述隔離變壓器與電網(wǎng)連接，其還包括設(shè)于DC/DC變換電路與電池之間且用于限制電池充電電流的充放電緩沖接口電路，且所述DC/DC變換電路為一具有升壓和降壓功能的變換電路。
[0006]根據(jù)本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例:所述充放電緩沖接口電路包括直流斷路器、電壓傳感器、電流傳感器、直流輔助接觸器、支路主接觸器以及緩沖電路，所述直流斷路器安裝于位于電池一側(cè)的母線(xiàn)上，所述直流輔助接觸器和支路主接觸器相互并聯(lián)的安裝于位于DC/DC變換電路一側(cè)的母線(xiàn)上，所述緩沖電路與直流輔助接觸器串聯(lián)，所述電壓傳感器安裝于位于直流斷路器和支路主接觸器之間的母線(xiàn)上，所述電流傳感器安裝于位于支路主接觸器和DC/DC變換電路之間的母線(xiàn)上。
[0007]根據(jù)本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例:所述DC/DC變換電路包括第一電容、第二電容、電感、第一絕緣柵雙極型晶體管、第二絕緣柵雙極型晶體管，所述第一電容位于充放電緩沖接口電路一側(cè)，且所述第一電容一端與電感一端連接，另一端與第一絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接，所述電感另一端分別與第一絕緣柵雙極型晶體管的漏極、第二絕緣柵雙極型晶體管的柵極連接，所述第二電容連接于第一絕緣柵雙極型晶體管的柵極以及第二絕緣柵雙極型晶體管的漏極之間。
[0008]根據(jù)本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例:所述AC/DC變換電路為一個(gè)三橋臂三相變換器。
[0009]根據(jù)本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例:所述控制器包括相互連接的DSP控制器和RAM控制器，所述DSP控制器與主電路之間還設(shè)有驅(qū)動(dòng)電路以及保護(hù)電路，所述DSP控制器與電網(wǎng)、電池之間均設(shè)有傳感器，所述RAM控制器還與顯示器、鍵盤(pán)、風(fēng)扇、蜂嗚器以及通信接口連接。
[0010]根據(jù)本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例:所述DSP控制器的型號(hào)為T(mén)MS320C28335。
[0011]根據(jù)本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例:所述通信接口為RS485接口，且該接口采用IEC61850或MODBUS通信協(xié)議。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0013]1、采用了具有升壓和降壓功能的DC/DC變換電路實(shí)現(xiàn)了變流器能量的雙向流動(dòng)；
[0014]2、在DC/DC變換電路與電池之間設(shè)置用于限制電池充電電流的充放電緩沖接口電路，解決了 VBR初始零電壓充電的問(wèn)題，使其滿(mǎn)足充電特性曲線(xiàn)的要求。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1.為本實(shí)用新型的大功率分布式儲(chǔ)能變流器的框架圖。
[0016]圖2.為本實(shí)用新型的大功率分布式儲(chǔ)能變流器中主電路圖框架圖。
[0017]圖3.為本實(shí)用新型的大功率分布式儲(chǔ)能變流器中DC/DC變換電路的電路圖。
[0018]圖4.為本實(shí)用新型的大功率分布式儲(chǔ)能變流器中充放電緩沖接口電路的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。
[0020]參閱圖1-圖2所示，本實(shí)用新型提供的一種大功率分布式儲(chǔ)能變流器，其連接于電網(wǎng)和電池二端，包括主電路以及控制該變流器工作的控制器，所述主電路包括依次連接的DC/DC變換電路、母線(xiàn)電容C、AC/DC變換電路、濾波電路和隔離變壓器，所述DC/DC變換電路與電池連接，所述隔離變壓器與電網(wǎng)連接，其還包括設(shè)于DC/DC變換電路與電池之間且用于限制電池充電電流的充放電緩沖接口電路，且所述DC/DC變換電路為一具有升壓和降壓功能的變換電路。
[0021]由于采用釩液流電池(即VBR)在首次充電時(shí)，電池內(nèi)部初始電壓為0V。而由于釩液流電池工作原理和初始電壓與常規(guī)蓄電池的不同，給充電帶來(lái)一定的難度，特別是首次充電。在首次充電時(shí)，與電池接通的瞬間類(lèi)似于短路工況，產(chǎn)生的沖擊電流是正常充電時(shí)的數(shù)倍，對(duì)于釩液流本身以及儲(chǔ)能變流器來(lái)說(shuō)都是一個(gè)非常大的沖擊，因此給首次充電帶來(lái)不小的難度。如以20kW單元的釩液流電池來(lái)說(shuō)，在正常充電時(shí)，充電電壓應(yīng)為56V，充電電流不能大于140A。而在首次充電時(shí)，充電電壓應(yīng)保證大于39V，提供的充電電流應(yīng)在80A以上，否則，其內(nèi)部會(huì)發(fā)生保護(hù)，導(dǎo)致充電失敗。這樣對(duì)于通用的儲(chǔ)能變流器，不管是在正常充電，還是在首次充電時(shí)，都應(yīng)該能滿(mǎn)足釩液流電池的要求。但由于首次充電時(shí)的特殊工作狀態(tài)，想要保證在類(lèi)似短路工況下，還能夠提供足夠的充電電壓與充電電流，而不觸發(fā)釩液流電池內(nèi)部的保護(hù)，這給儲(chǔ)能變流器的設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的難度。因此，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)一個(gè)充放電緩沖接口電路來(lái)實(shí)現(xiàn)此功能。
[0022]參閱圖4所示，所述充放電緩沖接口電路包括直流斷路器QF1、電壓傳感器TV1、電流傳感器TAl、直流輔助接觸器KMl、支路主接觸器KM2以及緩沖電路Rl，所述直流斷路器QFl安裝于位于電池一側(cè)的母線(xiàn)上，所述直流輔助接觸器KMl和支路主接觸器KM2相互并聯(lián)的安裝于位于DC/DC變換電路一側(cè)的母線(xiàn)上，所述緩沖電路Rl與直流輔助接觸器KMl串聯(lián)，所述電壓傳感器TVl安裝于位于直流斷路器QFl和支路主接觸器KM2之間的母線(xiàn)上，所述電流傳感器TAl安裝于位于支路主接觸器KM2和DC/DC變換電路之間的母線(xiàn)上。該充放電緩沖接口電路的工作原理為:
[0023]可根據(jù)需要，合理選擇緩沖電路Rl的電阻值與功率等級(jí)，可以將首次充電時(shí)的沖擊電流限制在安全范圍內(nèi)，保證儲(chǔ)能變流器輸出電壓不被電池拉低至電池啟動(dòng)保護(hù)電壓下限；另外，按一定時(shí)序控制直流輔助接觸器KMl與支路主接觸器KM2的閉合與關(guān)斷，就能夠解決釩液流首次充電時(shí)沖擊電流大、不能成功充電的難題。此外，此充放電緩沖接口電路在釩液流電池放電時(shí)，若按照一定時(shí)序工作，還能減小儲(chǔ)能變流器開(kāi)機(jī)瞬間的沖擊電流，有效的保護(hù)系統(tǒng)關(guān)鍵器件，保證系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。具體為:
[0024]在首次充電時(shí)，在連接好釩液流電池與儲(chǔ)能變流器的前提下，手動(dòng)合上直流斷路器QF1。在儲(chǔ)能變流器進(jìn)入充電模式后，先控制直流輔助接觸器KMl閉合，由于有緩沖電阻Rl的限流作用，充電電流會(huì)被限制在安全范圍之內(nèi)，釩液流電池的電壓會(huì)慢慢上升?？刂破骺赏ㄟ^(guò)電壓傳感器TVl與電流傳感器TAl實(shí)時(shí)檢測(cè)充電的電壓與充電的電流，當(dāng)檢測(cè)到充電電壓達(dá)到正常充電電壓時(shí)(此時(shí)認(rèn)為首次充電啟動(dòng)過(guò)程已結(jié)束)，再控制直流主接觸器KM2閉合，將緩沖電阻Rl支路短路，延時(shí)一段時(shí)間后，可控制直流輔助接觸器KMl斷開(kāi)，將緩沖電阻Rl支路被切除出去。至此，充電啟動(dòng)過(guò)程完成，進(jìn)入正常充電狀態(tài)。
[0025]參閱圖3所示，所述DC/DC變換電路包括第一電容Cl、第二電容C2、電感L1、第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT1、第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2，所述第一電容Cl位于充放電緩沖接口電路一側(cè)，且所述第一電容Cl 一端與電感LI 一端連接，另一端與第一絕緣柵雙極型晶體管IGBTl的柵極連接，所述電感LI另一端分別與第一絕緣柵雙極型晶體管IGBTl的漏極、第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2的柵極連接，所述第二電容C2連接于第一絕緣柵雙極型晶體管IGBTl的柵極以及第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2的漏極之間；該0(:/1)(:變換電路的工作原理為:
[0026]當(dāng)電池放電時(shí)，DC/DC變換電路需要完成升壓功能，能量由電池側(cè)流向高壓側(cè)。此時(shí)，由第一電容Cl、電感L1、第一絕緣柵雙極型晶體管IGBT1、第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2內(nèi)部集成一個(gè)反并聯(lián)二極管和C2構(gòu)成升壓電路。同時(shí)在保證第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2可靠關(guān)斷的前提下，按照一定的控制策略(其可以根據(jù)需要在控制器中設(shè)定控制程序)，控制第一絕緣柵雙極型晶體管IGBTl以一定的開(kāi)關(guān)頻率與占空比開(kāi)通與關(guān)斷，此電路即可完成升壓功能；而當(dāng)蓄電池充電時(shí)，DC/DC變換電路需要完成降壓功能，能量由高壓側(cè)流向蓄電池側(cè)。此時(shí)，由第一電容Cl、電感L1、第一絕緣柵雙極型晶體管IGBTl內(nèi)部集成一個(gè)反并聯(lián)二極管、第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2和第二電容C2構(gòu)成降壓電路，同樣在保證第一絕緣柵雙極型晶體管IGBTl可靠關(guān)斷的前提下，按照一定的控制策略(其也可以根據(jù)需要在控制器中設(shè)定控制程序)，控制第二絕緣柵雙極型晶體管IGBT2以一定的開(kāi)關(guān)頻率與占空比開(kāi)通與關(guān)斷，此電路即可完成降壓功能。
[0027]進(jìn)一步，AC/DC變換電路為一個(gè)三橋臂三相變換器。所述控制器包括相互連接的DSP控制器和RAM控制器，本實(shí)用新型所選用的DSP控制器的型號(hào)為T(mén)MS320C28335。所述DSP控制器與主電路之間還設(shè)有驅(qū)動(dòng)電路以及保護(hù)電路，該驅(qū)動(dòng)電路是一般的IGBT驅(qū)動(dòng)電路，而保護(hù)電路可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)直流過(guò)電壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、輸入反接保護(hù)、短路保護(hù)、接地保護(hù)(具有故障檢測(cè)功能)、欠壓/過(guò)壓保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)/欠頻保護(hù)、三相不平衡保護(hù)及報(bào)警、相位保護(hù)以及對(duì)地電阻監(jiān)測(cè)和報(bào)警功能。
[0028]所述DSP控制器與電網(wǎng)、電池之間均設(shè)有傳感器，所述RAM控制器還與顯示器、鍵盤(pán)、風(fēng)扇、蜂鳴器以及通信接口連接，且該通信接口為RS485接口，RS485接口采用ffiC61850或MODBUS通信協(xié)議。主要實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能變流器主要與外部的微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，儲(chǔ)能變流器將自身的運(yùn)行狀態(tài)上送至微電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)并能接收后臺(tái)下發(fā)的命令及定值。
[0029]本實(shí)用新型的大功率分布式儲(chǔ)能換流器作為電網(wǎng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)的電氣接口，在新能源電力系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，可再生能源發(fā)出的電能經(jīng)變流器變換存儲(chǔ)和并網(wǎng)可以提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，在很大程度上改善了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。而本實(shí)用新型的大功率分布式儲(chǔ)能換流器在整個(gè)電力儲(chǔ)能系統(tǒng)中充當(dāng)著核心單元的作用，直接關(guān)系著整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行的精確性、可靠性及響應(yīng)速度。其實(shí)現(xiàn)的功能主要包括:在電池放電時(shí)將其產(chǎn)生的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，饋入電網(wǎng)；而在電池充電時(shí)，將電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，供給電池；同時(shí)還能在電網(wǎng)斷電時(shí)，對(duì)關(guān)鍵負(fù)荷進(jìn)行供電，既孤網(wǎng)運(yùn)行，具有削峰填谷功能。主要還能實(shí)現(xiàn)以下功能:1、儲(chǔ)能變流器可根據(jù)微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)指令控制其有功功率輸出。通過(guò)在DSP芯片中設(shè)置程序，使儲(chǔ)能變流器能接收并實(shí)時(shí)跟蹤執(zhí)行微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的有功功率控制信號(hào)，根據(jù)并網(wǎng)側(cè)電壓、頻率、微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)控制指令等信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)有功輸出，確保其最大輸出功率及功率變化率不超過(guò)給定值，在電網(wǎng)故障和特殊運(yùn)行方式下保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定性；2、儲(chǔ)能變流器可根據(jù)交流側(cè)電壓水平、微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)控制指令等信號(hào)實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)節(jié)無(wú)功輸出，其調(diào)節(jié)方式、參考電壓、電壓調(diào)整率、功率因數(shù)等參數(shù)可由外部的微網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)定；3、微電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)能變流器工作在V/F控制策略下，可以保證微網(wǎng)電壓、頻率恒定，作為主電源支撐整個(gè)微網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；4、儲(chǔ)能變流器能夠?qū)崿F(xiàn)恒流充電、恒壓充電、恒功率充電和自定義曲線(xiàn)充電；恒流放電、限壓放電和恒功率放電等功能。
[0030]上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種大功率分布式儲(chǔ)能變流器，其連接于電網(wǎng)和電池二端，包括主電路以及控制該變流器工作的控制器，所述主電路包括依次連接的DC/DC變換電路、母線(xiàn)電容、AC/DC變換電路、濾波電路和隔離變壓器，所述DC/DC變換電路與電池連接，所述隔離變壓器與電網(wǎng)連接，其特征在于:還包括設(shè)于DC/DC變換電路與電池之間且用于限制電池充電電流的充放電緩沖接口電路，且所述DC/DC變換電路為一具有升壓和降壓功能的變換電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率分布式儲(chǔ)能變流器，其特征在于:所述充放電緩沖接口電路包括直流斷路器(QFl)、電壓傳感器(TVl)、電流傳感器(TAl)、直流輔助接觸器(KMl)、支路主接觸器(KM2)以及緩沖電路(Rl)，所述直流斷路器(QFl)安裝于位于電池一側(cè)的母線(xiàn)上，所述直流輔助接觸器(KMl)和支路主接觸器(KM2)相互并聯(lián)的安裝于位于DC/DC變換電路一側(cè)的母線(xiàn)上，所述緩沖電路(Rl)與直流輔助接觸器(KMl)串聯(lián)，所述電壓傳感器(TVl)安裝于位于直流斷路器(QFl)和支路主接觸器(KM2)之間的母線(xiàn)上，所述電流傳感器(TAl)安裝于位于支路主接觸器(KM2)和DC/DC變換電路之間的母線(xiàn)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率分布式儲(chǔ)能變流器，其特征在于:所述DC/DC變換電路包括第一電容(Cl)、第二電容(C2)、電感(LI)、第一絕緣柵雙極型晶體管(IGBTl)、第二絕緣柵雙極型晶體管(IGBT2)，所述第一電容(Cl)位于充放電緩沖接口電路一側(cè)，且所述第一電容(Cl) 一端與電感(LI) 一端連接,另一端與第一絕緣柵雙極型晶體管(IGBTl)的柵極連接，所述電感(LI)另一端分別與第一絕緣柵雙極型晶體管(IGBTl)的漏極、第二絕緣柵雙極型晶體管(IGBT2)的柵極連接，所述第二電容(C2)連接于第一絕緣柵雙極型晶體管(IGBTl)的柵極以及第二絕緣柵雙極型晶體管(IGBT2)的漏極之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的大功率分布式儲(chǔ)能變流器，其特征在于:所述AC/DC變換電路為一個(gè)三橋臂三相變換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的大功率分布式儲(chǔ)能變流器，其特征在于:所述控制器包括相互連接的DSP控制器和RAM控制器，所述DSP控制器與主電路之間還設(shè)有驅(qū)動(dòng)電路以及保護(hù)電路，所述DSP控制器與電網(wǎng)、電池之間均設(shè)有傳感器，所述RAM控制器還與顯示器、鍵盤(pán)、風(fēng)扇、蜂鳴器以及通信接口連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大功率分布式儲(chǔ)能變流器，其特征在于:所述DSP控制器的型號(hào)為 TMS320C28335。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大功率分布式儲(chǔ)能變流器，其特征在于:所述通信接口為RS485接口，且該接口采用IEC61850或MODBUS通信協(xié)議。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK203406794SQ201320515596
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】司傳濤, 楊藝云, 周柯, 張閣, 肖園園, 肖靜 申請(qǐng)人:廣西電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院