一种并离网切换电路、储能逆变器系统及其自检方法与流程

1.本发明涉及到储能逆变器的并离网切换电路及其继电器检测领域，具体涉及 一种储能逆变器的并离网切换电路、储能逆变器系统及其这种并离网切换电路的 自检方法。


背景技术：

2.在光伏储能系统领域中，需要考虑并网、离网和并离网切换的整个逻辑切换。 并网、离网和并离网切换通常由并离网切换电路实现，并离网切换电路包括多个 继电器，通过驱动相应的继电器的闭合或断开来实现各个状态的切换。所以在整 个系统过程中，有必要对各个继电器进行检测逻辑处理，尤其在是否粘死更是各 个安规所需要判断处理。目前的并离网切换电路往往需要用到12个继电器，器 件成本、控制成本及自检成本均较高，且检测逻辑复杂。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明的一个目的是提供一种储能逆变器的自检方 法，其能够以较少的步骤检测出各组继电器是否存在故障及故障类型，逻辑简单， 检测方便且用时较短。
4.本发明的另一个目的是提供一种储能逆变器的并离网切换电路，其器件成本 较低，且控制和检测逻辑简单。
5.本发明的又一个目的是提供一种储能逆变器系统，其并离网切换逻辑和继电 器检测逻辑简单，且器件成本和控制成本较低。
6.根据本发明的第一个方面，一种储能逆变器的并离网切换电路的自检方法， 所述并离网切换电路包括顺序连接于逆变电路和电网之间的主继电器组和副继 电器组，所述主继电器包括设于火线上的第一继电器及设于零线上的第二继电器， 所述副继电器组包括设于火线上的第三继电器及设于零线上的第四继电器；所述 并离网切换电路还包括用于连接于所述逆变电路和电池之间的电池继电器组，所 述电池继电器组包括第五继电器和第六继电器，所述第五继电器的一端用于连接 所述电池而另一端连接于所述第二继电器和所述第四继电器的中间节点，所述第 六继电器的一端用于连接所述电池而另一端连接于所述第一继电器和所述第三 继电器的中间节点；所述并离网切换电路还包括用于连接负载的第七继电器，所 述负载的一端通过所述第七继电器连接于所述第一继电器和所述第三继电器的 中间节点而另一端连接于所述第二继电器和所述第四继电器的中间节点，或，所 述负载的一端连接于所述第一继电器和所述第三继电器的中间节点而另一端通 过所述第七继电器连接于所述第二继电器和所述第四继电器的中间节点；
7.所述自检方法包括如下步骤：
8.使所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器、所述第四继电器、 所述第五继电器、所述第六继电器及所述第七继电器断开，判断所述主继电器 组和所述副继电器组的中间节点的采样电压urelay是否大于第一阈值，若结果 为是，则判断所述第三继电
器、所述第四继电器中的至少一个存在粘死故障； 若结果为否，则执行下一步骤；
9.打开环电压，判断所述采样电压urelay是否大于第二阈值，若结果为是， 则判断所述第一继电器、所述第二继电器中的至少一个存在粘死故障；若结果 为否，则执行下一步骤；
10.使所述第一继电器和所述第二继电器闭合，判断所述采样电压urelay是否 小于第三阈值，若结果为是，则判断所述第一继电器和所述第二继电器中的至 少一个存在不闭合故障；若结果为否，则执行下一步骤；
11.关开环电压，使所述第一继电器和所述第二继电器断开，使所述第三继电 器和所述第四继电器闭合，判断所述采样电压urelay是否小于第四阈值，若结 果为是，则判断所述第三继电器和所述第四继电器中的至少一个存在不闭合故 障；若结果为否，则执行下一步骤；
12.维持所述第三继电器和所述第四继电器闭合，判断负载侧的采样电压 uload是否大于第五阈值，若结果为是，则判断所述第七继电器存在粘死故障； 若否，则执行下一步骤：
13.使所述第三继电器和所述第四继电器断开，使能电池电压，判断所述采样 电压urelay是否大于第六阈值，若结果为是，则判断所述第五继电器和所述第 六继电器中的至少一个存在粘死故障；若结果为否，则执行下一步骤；
14.使所述第五继电器和所述第六继电器闭合，判断所述电池继电器组的距电 池较远的一侧的采样电压ubatt是否小于第七阈值，若结果为是，则判断所述第 五继电器和所述第六继电器中的至少一个存在不闭合故障；若结果为否，则执 行下一步骤；
15.使所述第七继电器闭合，判断所述采样电压uload是否小于第八阈值，若 结果为是，则判断所述第七继电器存在不闭合故障；若结果为否，检测结束。
16.根据一优选的实施例，所述第一阈值、所述第二阈值、所述第四阈值、所述 第五阈值及所述第八阈值相等。
17.根据一具体且优选的实施例，所述第一阈值为20-30v，所述第三阈值为60v， 所述第六阈值为20-30v，所述第七阈值为20-30v。
18.根据一优选的实施例，所述开环电压采用与电网侧一致的电压。
19.根据一优选的实施例，所述第一继电器和所述第三继电器的中间节点接地， 所述电池通过所述第六继电器接地。
20.根据本发明的第二个方面，一种储能逆变器的并离网切换电路，所述并离网 切换电路包括顺序连接于逆变电路和电网之间的主继电器组和副继电器组，所述 主继电器包括设于火线上的第一继电器及设于零线上的第二继电器，所述副继电 器组包括设于火线上的第三继电器及设于零线上的第四继电器；所述并离网切换 电路还包括用于连接于所述逆变电路和电池之间的电池继电器组，所述电池继电 器组包括第五继电器和第六继电器，所述第五继电器的一端用于连接所述电池而 另一端连接于所述第二继电器和所述第四继电器的中间节点，所述第六继电器的 一端用于连接所述电池而另一端连接于所述第一继电器和所述第三继电器的中 间节点；所述并离网切换电路还包括用于连接负载的第七继电器，所述负载的一 端通过所述第七继电器连接于所述第一继电器和所述第三继电器的中间节点而 另一端连接于所述第二继电器和所述第四继电器的中间节点，或，所述负
载的一 端连接于所述第一继电器和所述第三继电器的中间节点而另一端通过所述第七 继电器连接于所述第二继电器和所述第四继电器的中间节点。
21.根据一优选的实施例，所述第一继电器和所述第二继电器由第一驱动电路控 制；所述第三继电器和所述第四继电器由第二驱动电路控制；所述第五继电器和 所述第六继电器由第三驱动电路控制；所述第七继电器由第四驱动电路控制。
22.更优选地，所述并离网切换电路还包括控制装置，所述控制装置分别和所述 第一驱动电路、所述第二驱动电路、所述第三驱动电路及所述第四驱动电路电性 连接。
23.根据一优选的实施例，所述第一继电器和所述第三继电器的中间节点接地， 所述电池通过所述第六继电器接地。
24.根据一优选的实施例，所述并离网切换电路还包括用于采样所述逆变电路的 输出端的电压的第一采样单元、用于采样所述第一继电器和所述第三继电器的中 间节点的电压的第二采样单元、用于采样电池继电器组的距电池较远的一侧的电 压的第三采样单元及用于采样负载侧的电压的第四采样单元。
25.根据一优选的实施例，所述第一继电器、所述第二继电器、所述第三继电器、 所述第四继电器、所述第五继电器、所述第六继电器及所述第七继电器分别为单 刀双掷继电器。
26.根据本发明的第三个方面，一种储能逆变器系统，包括逆变器、电池和负载， 所述储能逆变器系统还具有用于连接电网的火线端子和零线端子，所述储能逆变 器系统还包括如上所述的并离网切换电路，所述第一继电器和所述第三继电器顺 序连接于所述逆变电路和所述火线端子之间，所述第二继电器和所述第四继电器 顺序连接于所述逆变电路和所述零线端子之间，所述第五继电器的一端连接于所 述电池而另一端连接于所述第二继电器和所述第四继电器的中间节点，所述第六 继电器的一端连接于所述电池而另一端连接于所述第一继电器和所述第三继电 器的中间节点，所述负载的一端通过第七继电器连接于所述第一继电器和所述第 三继电器的中间节点而另一端连接于所述第二继电器和所述第四继电器的中间 节点，或所述负载的一端连接于所述第一继电器和所述第三继电器的中间节点而 另一端通过第七继电器连接于所述第二继电器和所述第四继电器的中间节点。
27.根据一优选的实施例，所述第一继电器和所述第三继电器的中间节点接地， 所述电池通过所述第六继电器接地。
28.根据一优选的实施例，所述储能逆变器系统具有多个工作模式；
29.在第一个工作模式时，所述主继电器组和所述副继电器组闭合，所述电池继 电器组和所述第七继电器断开，所述逆变器并网，逆变电路向电网输送电能；
30.在第二个工作模式时，所述副继电器组和所述电池继电器组闭合，其他继电 器断开，逆变器离网，逆变电路给电池充电；
31.在第三个工作模式时，电池继电器组及第七继电器闭合，主继电器组和副继 电器组断开，逆变器离网，电池给负载供电；
32.在第四个工作模式时，主继电器组及第七继电器闭合，副继电器组和电池继 电器组断开，逆变器离网，逆变电路给负载供电。
33.本发明采用以上方案，相比现有技术具有如下优点：
34.本发明的储能逆变器及系统采用由七个继电器组成的并离网切换电路，能够 以较少的步骤检测出各组继电器是否存在故障及故障类型，检测方便且用时较短； 同时，储能逆变器的并离网切换只需控制较少数量的继电器，控制切换逻辑较为 简单，切换方便；此外，器件成本较低，检测和控制逻辑均较为简单，整体上降 低了成本。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例， 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 附图获得其他的附图。
36.图1为根据本发明实施例的一种储能逆变器系统的电路图；
37.图2为根据本发明实施例的一种检测方法的流程图；
38.图3至图9为检测过程中的采样波形图。
具体实施方式
39.下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特 征能更易于被本领域的技术人员理解。在此需要说明的是，对于这些实施方式的 说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做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。
40.参照图1所示，储能逆变器系统包括逆变电路inv、电池batt、负载load、 火线端子和零线端子；火线端子通过火线l连接于逆变电路inv的交流输出端， 零线端子通过零线n连接于逆变电路inv的交流输出端；电池batt连接于逆变 电路inv的交流输出端；负载load连接于火线l和零线n之间。该储能逆变 器系统还包括并离网切换电路，该并离网切换电路由七个继电器构成。其中， 第一继电器relay1和第二继电器relay2构成主继电器组relaym，第三继电器 relay3和第四继电器relay4构成副继电器组relays；第五继电器relay5和第六 继电器relay6构成电池继电器组relayb；用户负载采用第七继电器relay7相连。 具体地，第一继电器relay1和第三继电器relay3顺序连接于逆变电路inv和 火线端子之间的火线l上，第二继电器relay2和第四继电器relay4顺序连接于 逆变电路inv和零线端子之间的零线n上；第五继电器relay5的一端连接于 电池batt，另一端连接于第二继电器relay2和第四继电器relay4的中间节点； 第六继电器relay6的一端连接于电池batt，另一端连接于第一继电器relay1和 第三继电器relay3的中间节点；第七继电器relay7的一端连接于负载load， 另一端连接于火线l且连接点位于第一继电器relay1和第三继电器relay3之间 (和二者的中间节点连接)。上述七个继电器relay1至7均采用单刀双掷继电 器。第一继电器relay1和第三继电器relay3的中间节点接地，电池batt通过 第六继电器relay6接地。
41.继电器组relaym的第一继电器relay1和第二继电器relay2由同一个驱动 电路(即第一驱动电路)控制，副继电器组relays的第三继电器relay3和第四 继电器relay4由同一驱动电路(即第二驱动电路)控制，电池继电器组relayb 的第五继电器relay5和第六继电器relay6由同一个驱动电路(即第三驱动电路) 控制，第七继电器relay7由第四驱动
电路控制。第一驱动电路、第二驱动电路、 第三驱动电路和第四驱动电路分别和控制装置电性连接，该控制装置具体为 mcu芯片。mcu芯片通过控制继电器的控制线圈的电压大小来实现继电器的 闭合与断开的切换。
42.该并离网切换电路还包括四个电压采样单元，从而具有四个电压采样信号， 用于继电器自检。第一采样单元1主要采样逆变端(即逆变电路inv的输出端) 的电压信号uinv，第二采样单元2主要采样主继电器组relaym和副继电器组 relays中间点(具体为第一继电器relay1和第三继电器relay3的中间节点)的 电压信号urelay，第三采样单元3主要采样电池侧(具体为电池继电器组relayb 的远离电池batt的一侧)的电压ubatt，第四采样单元4主要采样用户负载load 的电压，具体为负载load的未和第七继电器连接的一端的电压uload。四个采 样单元的采样电压均送入mcu芯片的采样口。inv电压、开环电压和batt电 压由mcu芯片控制。
43.该储能逆变器系统具有多个工作模式，在第一个工作模式时，所述主继电 器组和所述副继电器组闭合，所述电池继电器组和所述第七继电器断开，所述 逆变器并网，逆变电路向电网输送电能；在第二个工作模式时，电池继电器组 闭合，其他继电器组断开，逆变器离网，逆变电路给电池充电；在第三个工作 模式时，主继电器组、电池继电器组及第七继电器闭合，副继电器组断开，逆 变器离网，电池给负载供电；在第四个工作模式时，主继电器组及第七继电器 闭合，副继电器组和电池继电器组断开，逆变器离网，逆变电路给负载供电。
44.如图2所示，储能继电器的检测逻辑如下：
45.1、通过mcu控制relaym和relays和relayb，分别使其控制的两组继电 器断开，控制relay7，使其继电器断开。判断relay电压采样urelay大小。若 relay电压采样大于阈值1，说明relays的第三继电器relay3和第四继电器 relay4中的至少有一个处于粘死状态，则报继电器粘死错误，若relay电压采 样小于阈值1，则进入下一步；
46.2、控制逆变器打开环电压，开环电压采用与电网侧一致的电压，判断 relay电压采样urelay大小。若relay电压采样urelay大于阈值1，说明relaym 的第一继电器relay1和第二继电器relay2中的至少有一个处于粘死状态，则报 继电器粘死错误，若relay电压采样小于阈值1，则进入下一步；
47.3、控制relaym，使其一组继电器闭合，判断relay电压采样urelay大小， 若relay电压采样urelay小于阈值2，说明relaym的第一继电器relay1和第二 继电器relay2中的至少有一个处于非闭合状态，则报继电器错误，若relay电 压采样大于阈值2，则进入下一步；
48.4、控制逆变器关开环电压，控制relays，使其一组继电器闭合，控制 relaym，使其一组继电器断开，判断relay电压采样urelay大小，若relay电压 采样urelay小于阈值1，说明relays的第三继电器relay3和第四继电器relay4 中的至少有一个处于非闭合状态，则报继电器错误，若relay电压采样大于阈 值1，则进入下一步；
49.5、通过mcu控制relays，使其两组继电器闭合，判断load电压采样 uload大小。若load电压采样uload大于阈值1，说明第七继电器relay7处于 粘死状态，则报继电器粘死错误，若load电压采样小于阈值1，则进入下一步；
50.6、通过mcu控制relays，使其两组继电器断开，通过mcu控制使能 batt电压，判断batt电压采样ubatt大小。若batt电压采样ubatt大于阈值3， 说明relayb的第五继电器
relay5和第六继电器relay6中的至少一个处于粘死 状态，则报继电器粘死错误，若batt电压采样小于阈值3，则进入下一步；
51.7、通过mcu控制relayb，使其两组继电器闭合，判断batt电压采样大 小。若batt电压采样小于阈值4，说明relayb的第五继电器relay5和第六继电 器relay6中的至少有一个处于非闭合状态，则报继电器错误，若batt电压采样 大于阈值4，则进入下一步；
52.8、通过mcu控制relay7，使其继电器闭合。判断load电压采样大小。 若load电压采样小于阈值1，说明第七继电器relay7处于非闭合状态，则报继 电器错误，若load电压采样小大阈值1，则进入下一步，检测结束。
53.其中，阈值1、阈值3、阈值4一般取值20-30v，阈值2一般取值60v。
54.继电器relay1-4并网采样的波形图参见图3至图5。
55.图3示出了relaym和relays均断开时以及打开环电压但relaym未闭合时 的两种情况的采样波形图，其中图3下部的为弦波的波形为grid采样电压ugrid， 为直线的波形为relay采样电压urelay。
56.图4示出了打开环电压，闭合relaym的情况的采样波形图，其中grid采样 电压ugrid和relay采样电压urelay的波形一致且均为弦波，具体如图4下部 的波形。
57.图5示出了关开环，关relaym，闭合relays的情况的采样波形图，其中图 5下部的为弦波的波形为grid采样电压ugrid，relay采样电压urelay的波形前 段为直线，后段为与ugrid一致的弦波。
58.继电器relay5-6采样的波形图参见图6和图7，其中绿色为batt电压采样。
59.图6示出了闭合relays，断开relay7的采样波形图，其中batt电压采样的 波形为图6上部示出的直线。
60.图7示出了断开relays，使能batt电压的采样波形图，其中颜色较深的线 条为batt电压采样的波形，其前段和后段均为直线。
61.第七继电器relay7采样的波形图参见图8和图9。
62.图8示出了relayb闭合的采样波形图，其中颜色较深的线条为batt电压采 样的波形，其前段和后段均为直线。
63.图9示出了relay7闭合的采样波形图如图9，其中颜色较深的线条为batt 电压采样的波形，其前段和后段均为直线。
64.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，是一种优选的实施例，其 目的在于熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此 限定本发明的保护范围。凡根据本发明的精神实质所作的等效变换或修饰，都 应涵盖在本发明的保护范围之内。