一种插拔式三电平储能变流器及其工作方法与流程

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种插拔式三电平储能变流器及其工作方法。

背景技术：

1、三电平储能变流器是一种用于储能系统的关键组件，用于将储存的能量转换为可用的电能或将电能转换为储存的能量，它主要由能量转换模块和控制系统组成。在储能系统中，能量转换模块负责将储存的能量以电能形式输出，或者将电能输入以储存起来，而控制系统则负责监测、控制和调节能量的转换过程，以确保系统稳定运行和高效工作。三电平储能变流器之所以被称为“三电平”，是因为它采用了一种特殊的电压输出波形，具有三个电平。这种电压输出波形相比传统的两电平波形更接近正弦波形，能够减小谐波含量、降低电磁干扰，并提高能量转换效率。

2、当前三电平储能变流器技术的发展主要集中在以下几个方面：一是单体模块化设计，传统的储能变流器单体模块通常采用dsp+fpga主控单元和三电平拓扑的功率滤波单元。然而，这种设计仅能通过并联单体模块的方式来实现功率扩展，存在扩展性不足的问题。二是多模块并网设计，针对功率不足的情况，可以采用多个独立模块并联的方式来扩展功率输出。然而，由于每个模块是单独的个体，存在同步性偏差，可能导致并网系统性能不稳定的问题。三是ems管理复杂度，在多个并联模块的情况下，能源管理系统（ems）需要对每个变流器模块进行分别管理，增加了系统管理的复杂度和成本。

3、因此，有必要设计一种新的三电平储能变流器，通过多个可插拔的功率逆变板卡的级联，软件对插入功率滤波板卡的数量自动识别，且根据数量自动匹配已调试好的参数，达到增容的效果，避免多模块之间存在同步性差异的问题，降低了管理的复杂度。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种插拔式三电平储能变流器及其工作方法。

2、为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种插拔式三电平储能变流器，包括：一个主控单元、辅助电源、多个可插拔式功率滤波板卡以及结构组件，所述主控单元、辅助电源、多个所述可插拔式功率滤波板卡分别安装于所述结构组件内；所述辅助电源，用于为主控单元以及所述可插拔式功率滤波板卡上的驱动和散热单元提供电源；所述可插拔式功率滤波板卡，用于逆变、滤波以及采集电流电压温度；所述主控单元，用于对变流器的算法控制、保护、数据采集、发波控制、功能实现以及通讯管理。

3、其进一步技术方案为：所述可插拔式功率滤波板卡上设有散热单元。

4、其进一步技术方案为：所述结构组件包括从上往下依序设置的主控电源层以及若干个插卡层，所述主控单元以及辅助电源安装在所述主控电源层内；所述插卡层内安装有所述可插拔式功率滤波板卡。

5、其进一步技术方案为：所述主控单元包括cpu核心板卡、cpu底板、通讯接口板卡、驱动接口板卡以及数据采集板卡；所述cpu底板、所述通讯接口板卡、所述驱动接口板卡以及所述数据采集板卡分别与所述cpu核心板卡连接。

6、其进一步技术方案为：所述可插拔式功率滤波板卡包括主正主负预充继电器、主正主负继电器、三相交流预充继电器、三相交流继电器、直流保险丝、交流保险丝、inpc逆变器、lcl滤波器、电压电流温度采集单元以及mcu处理单元；所述mcu处理单元与所述主控单元连接；所述温度采集单元以及所述检测信号采集单元分别与所述mcu处理单元连接；所述散热单元与所述mcu处理单元连接；所述电压电流温度采集单元与所述数据采集板卡连接；所述主正主负预充继电器、所述主正主负继电器、所述三相交流预充继电器、所述三相交流继电器、所述直流保险丝、所述inpc逆变器以及所述lcl滤波器分别与所述mcu处理单元连接。

7、其进一步技术方案为：所述散热单元包括风机散热系统。

8、其进一步技术方案为：所述可插拔式功率滤波板卡还设有电压电流加权平均单元，所述电压电流加权平均单元与所述mcu处理单元连接。

9、其进一步技术方案为：所述电压电流加权平均单元包括复选开关以及加法电路；所述复选开关与所述加法电路连接，所述加法电路以及所述复选开关分别与所述mcu处理单元连接。

10、其进一步技术方案为：所述加法电路包括第一运算器u2b以及第二运算器u2a，所述第一运算器u2b的输出端与所述第一运算器u2b的反相输入端连接有反馈电阻r2和反馈电阻r3，所述反馈电阻r3与所述复选开关并联；所述第二运算器u2a的反相输入端与所述第一运算器u2b的输出端连接；所述第二运算器u2a的输出端与所述mcu处理单元连接；所述第一运算器u2b的反相输入端分别连接所述可插拔式功率滤波板卡上所设有的端子。

11、另外，本发明为了克服现有技术的缺陷，还提供一种插拔式三电平储能变流器的工作方法，所述工作方法使用了上述的一种插拔式三电平储能变流器，包括：

12、当前可插拔式功率滤波板卡为最后一个板卡时，通过级联端子上电流引脚和模拟量开关控制复选引脚对地短路，使得复选开关断开；加法电路的反馈电阻设定为r2和r3的电阻之和，增益设定为1；

13、当只有本机的可插拔式功率滤波板卡时，加权平均电路仅处理本机电流信号；

14、当有新的可插拔式功率滤波板卡插入时，新板卡端子上的指定信号悬空，使得复选开关闭合，将反馈电阻r3短路，此时加法电路的反馈电阻变为r2的电阻值，增益为0.5；加权平均电路会同时处理当前可插拔式功率滤波板卡的电流信号和新插入的可插拔式功率滤波板卡的电流信号，计算加权平均值作为输出电流信号；

15、其中，主控单元通过可插拔式功率滤波板卡来判断有多少个板卡插入，根据插入板卡的数量，配置电流放大系数。

16、本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过设置一个主控单元、辅助电源、可选多个可插拔式功率滤波板卡以及结构组件，利用一个主控单元进行对变流器的算法控制、保护、数据采集、发波控制以及通讯管理，可插拔式功率滤波板卡用于逆变、滤波以及采集电流电压温度，利用结构组件可以将主控单元、辅助电源以及可插拔式功率滤波板卡有序安装，通过多个可插拔的功率逆变板卡的级联，实现软件对插入功率滤波板卡的数量自动识别，且根据数量自动匹配已调试好的参数，达到增容的效果，避免多模块之间存在同步性差异的问题，降低了管理的复杂度。

17、下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

技术特征：

1.一种插拔式三电平储能变流器，其特征在于，包括：一个主控单元、辅助电源、多个可插拔式功率滤波板卡以及结构组件，所述主控单元、辅助电源、多个所述可插拔式功率滤波板卡分别安装于所述结构组件内；所述辅助电源，用于为主控单元以及所述可插拔式功率滤波板卡上的驱动和散热单元提供电源；所述可插拔式功率滤波板卡，用于逆变、滤波以及采集电流电压温度；所述主控单元，用于对变流器的算法控制、保护、数据采集、发波控制、功能实现以及通讯管理；

2.根据权利要求1所述的一种插拔式三电平储能变流器，其特征在于，所述结构组件包括从上往下依序设置的主控电源层以及若干个插卡层，所述主控单元以及辅助电源安装在所述主控电源层内；所述插卡层内安装有所述可插拔式功率滤波板卡。

3.根据权利要求1所述的一种插拔式三电平储能变流器，其特征在于，所述主控单元包括cpu核心板卡、cpu底板、通讯接口板卡、驱动接口板卡以及数据采集板卡；所述cpu底板、所述通讯接口板卡、所述驱动接口板卡以及所述数据采集板卡分别与所述cpu核心板卡连接。

4.根据权利要求1所述的一种插拔式三电平储能变流器，其特征在于，所述散热单元包括风机散热系统。

5.根据权利要求4所述的一种插拔式三电平储能变流器，其特征在于，所述可插拔式功率滤波板卡还设有电压电流加权平均单元，所述电压电流加权平均单元与所述mcu处理单元连接。

6.根据权利要求5所述的一种插拔式三电平储能变流器，其特征在于，所述电压电流加权平均单元包括复选开关以及加法电路；所述复选开关与所述加法电路连接，所述加法电路以及所述复选开关分别与所述mcu处理单元连接。

7.根据权利要求6所述的一种插拔式三电平储能变流器，其特征在于，所述加法电路包括第一运算器u2b以及第二运算器u2a，所述第一运算器u2b的输出端与所述第一运算器u2b的反相输入端连接有反馈电阻r2和反馈电阻r3，所述反馈电阻r3与所述复选开关并联；所述第二运算器u2a的反相输入端与所述第一运算器u2b的输出端连接；所述第二运算器u2a的输出端与所述mcu处理单元连接；所述第一运算器u2b的反相输入端分别连接所述可插拔式功率滤波板卡上所设有的端子。

8.一种插拔式三电平储能变流器的工作方法，其特征在于，所述工作方法使用了如权利要求7所述的一种插拔式三电平储能变流器，包括：

技术总结本发明实施例公开了一种插拔式三电平储能变流器及其工作方法，储能变流器包括：一个主控单元、辅助电源、多个可插拔式功率滤波板卡以及结构组件，主控单元、辅助电源、可插拔式功率滤波板卡分别安装于结构组件内；辅助电源，用于为主控单元以及可插拔式功率滤波板卡上的驱动和散热单元提供电源；可插拔式功率滤波板卡，用于逆变、滤波以及采集电流电压温度；主控单元，用于对变流器的算法控制、保护、数据采集、发波控制、功能实现以及通讯管理。通过实施本发明实施例的储能变流器可实现软件对插入功率滤波板卡的数量自动识别，且根据数量自动匹配已调试好的参数，达到增容的效果，避免多模块之间存在同步性差异的问题，降低了管理的复杂度。技术研发人员：张伟峰,寿金乔,叶之宁受保护的技术使用者：浙江高泰昊能科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/20