一种储能变流器及储能变流器控制方法与流程

本发明涉及储能领域，尤其是一种储能变流器及储能变流器控制方法。

背景技术：

1、在分布式电网中，分布式储能与分布式发电要平稳接入电网且保证电网质量，需要接入变流器。对于分布式储能，尤其以蓄电池为主，需要设计实现变流器以充电和放电的形式与电网交换能量，用以对储能电池进行充、放电的控制与管理。

2、分布式储能单元与分布式发电单元的大量接入，易引起电网电压波形畸变，引入多次谐波，进而对整个电网内电气设备造成影响。因此，对于储能变流器而言，一方面需要控制输出的电压电流，另一方面要保证分布式环节可以正常有效工作。对于储能环节为蓄电池的变流器而言，可以可靠稳定地运行在四个象限内是现有技术急需解决的问题；同时提高储能电池的循环寿命、减小体积体重以及提高电能的利用效率等也是蓄电池储能变流器设计的难点。

技术实现思路

1、一种储能变流器，包括斩波模块、逆变模块、检测电路和控制电路，其中：

2、所述斩波模块与外置的直流储能单元连接，用于将直流储能单元输入的第一直流电转换为第二直流电；

3、所述逆变模块与所述斩波模块连接，用于接收第二直流电并转换成第一交流电；

4、所述检测电路分别与斩波模块和逆变模块连接，用于接收第一直流电、第二直流电和第一交流电，并检测斩波模块与逆变模块的电路信息；所述电路信息包括电压和电流；

5、所述控制电路分别与所述斩波模块、逆变模块和检测电路连接，用于接收检测电路检测到的电路信息，并根据第一直流电和第二直流电信息，向斩波模块发送斩波控制信号调整第二直流电；也根据第一交流电信息，向逆变模块发送逆变控制信号，控制逆变模块产生第二交流电输出给电网。

6、其中，所述逆变模块包括三相全桥电路、三相lc滤波器、三相隔离交流变压器、逆变驱动电路和三相接入缓起电路，其中：

7、所述三相全桥电路内的开关管为igbt，用于接收逆变控制后得到三相交流输出；三相lc滤波器，用于滤除控制输出的高次谐波；三相隔离交流变压器，用于隔离变流器和电网，保证整流器的正常工作；所述逆变驱动电路，与控制电路相连，用于接收逆变控制信号并对接到的逆变控制信号进行处理，输出可靠稳定的控制信号；所述三相接入缓起电路，包括缓起电阻与接触器，用于避免变流器接入电网过程中出现的电流过冲；所述三相全桥电路与三相lc滤波器构成逆变主电路，用于通过输出第二直流电输出可靠稳定的第一交流电，三相隔离交流变压器接收第一交流电后输出第二交流电。

8、其中，所述斩波模块包括四路直流变换电路、缓起电路、四路蓄电池支撑电容、四路升压电感、四路蓄电池升压支撑电容及母线稳压电容，其中：

9、所述四路直流变换电路，用于将接入的第一电压转换到输入到逆变电路的第二电压，其中四路斩波电路的输出并联共同维持母线电压；

10、缓起电路，包括接触器和缓起电阻，用于蓄电池启动环节；

11、四路蓄电池支撑电容，用于维持四路接入第一电压恒定；

12、四路升压电感，用于将第一电压转换到第二电压，由半桥电路构成boost升压电路；其包括由上桥臂igbt与下桥臂igbt构成的半桥电路，其中每个上桥臂igbt的阴极为斩波电路输出正极，每个下桥臂igbt的阳极为斩波电路输出负极；

13、四路蓄电池升压支撑电容及母线稳压电容，用于维持第二电压稳定。

14、其中，所述检测电路包括斩波检测电路与逆变检测电路，其中，

15、所述逆变检测电路与逆变模块连接，包括三项逆变电路输出侧的电压霍尔采样电路以及电流霍尔采样电路，变压器高压侧的电压霍尔采样电路，运算放大电路，运算放大电路，其中：

16、运算放大电路与所述霍尔采样电路连接，用于将交流的信号转换为直流信号并输入到控制器中。

17、各霍尔采样电路分别串联于电路对应位置，对三相逆变输出电容电压即第一交流电，三相逆变输出电感电流，变压器输出三相电压即第二交流电进行采样；

18、所述斩波检测电路与斩波模块连接，包括每一路蓄电池的第一电压检测电路，升压电感的电流检测电路，母线电容的电压检测电路，运算放大电路，电压跟随电路，反向比例电路和采样电路，其中：

19、运算放大电路与所述检测电路连接，用于将电压电流信号进行放大并输出；

20、电压跟随电路与运算放大电路连接，用于阻抗匹配；

21、反向比例电路和采样电路，所述电压跟随电路之后接入反相比例电路，之后接入采样电路，反相比例电路将电压跟随电路输出的电压转换为符合采样电路要求的电压后输出，经过采样电路转换为数字信号。

22、其中，所述储能变流器还包括：数据通信电路，用于发送控制电路信息，发送给与所述变流器连接的外部设备，也用于接收外部控制指令，并把控制指令发送给控制电路；地址配置接口，其与所述控制电路连接，用于与配置在变流柜相应位置的地址接口配合连接，进而将所述地址接口所反映的位置信息反馈给所述控制电路。

23、其中，还包括主动控制模块，其与控制电路相连，用于根据控制电路的控制指令断开或闭合pcc点。

24、其中，所述直流储能单元及交流部分的接入电路中均连接有接触器，用于实现每路直流储能单元及交流的接入部分的单独控制，并且根据实时电池电量优化每路充放电电流分配。

25、其中，所述储能变流器还包括保护模块，用于当检测到故障及异常时向控制电路发送警报，控制电路采取保护措施，控制变流器停止工作，并发出报警信号。

26、一种利用储能变流器的控制方法，包括步骤：

27、通过控制逆变电路，提前或滞后输出电流的相位；

28、检测储能变流器的工作模式；

29、检测pcc点的电压频率；

30、检测pcc点到大电网端的电压与频率幅值；

31、当检测到工作模式为并网模式，pcc点电压频率向上或向下持续偏移时，则采取被动离网操作，其控制电路主动切断pcc点，并转为孤岛状态；

32、当检测到工作模式为孤岛模式，pcc点到大电网端有频率幅值稳定电压，采取并网操作，其控制电路调节逆变模块输出电压相位幅值，直到与电网电压保持同步时闭合pcc点，之后转入并网控制状态。

33、其中，所述并网模式采用pq控制结构，用于输出给定功率；所述孤岛模式采用vf控制结构，用于输出稳定电压。

34、与现有技术相比，本发明达到的技术效果如下：

35、本发明的变流器通过采集电量信息，对斩波电路和逆变电路进行电压电流、功率的闭环控制，最终得到符合要求的第二交流电，本变流器将斩波逆变部分主体紧凑有效的在一定空间内实现排布，通过引入最多四路直流单元，进行总体规划控制，充分实现对每路直流单元的优化控制，不仅加大了变流器的总体容量，且提高了每一路直流单元的使用寿命，且由于结构相似，简化了整体的连接方式，增加了整个系统的可靠性；提供可靠的孤岛检测方法，能够实现主动被动式并网转孤网操作，具有可靠地并网同步程序，在实现并网过程中具有较小的电流电压变化，以保证并网可靠。

36、本发明所述变流器适用于蓄电池直流储能系统的并网系统，所述蓄电池直流储能工作点电压一定范围内可调，故所述变流器可以应用于不同一定容量范围内的蓄电池并网，避免了不同功率等级接入储能时重新设计的麻烦，缩短了研发周期，进行批量生产时减少了多余的工作量从而提高了变流器的生产效率。直流储能单元及交流的接入部分电路中均连接有接触器，实现每路直流储能单元及交流的接入部分的单独控制，并且根据实时电池电量优化每路充放电电流分配，提供周期与单独的维护方案，以最大化提高接入储能单元的寿命。