一种控制新型储能电池组充放电的装置的制作方法

本发明属于多功能电力电子装置的控制技术领域，更为具体地讲，涉及一种控制新型储能电池组充放电的装置。

背景技术：

近年来，国家大力推进智能电网和泛在电力物联网建设，对电网安全稳定性、智能互动性等方面提出了高度要求。配电网作为公司直接面向客户的最后一道关口，其可靠性、智能化发展水平，直接决定了客户用能的获得感。然而，目前电网配网网架较为薄弱、设备配置水平普遍不高，对于配变智能终端、故障指示器、监测传感器等装置获取的大量潜在价值数据难以进行有效应用。因此，用户侧故障失电、低电压、谐波污染、三相不平衡等问题始终难以根除。特别是在城市供电区域，以及医疗、科研、教育、政府机关等敏感用电领域，上述问题带来的影响越来越大。用户对实现多类型电能质量综合治理的需求日趋强烈，因此安装电能质量治理装置是提高电力系统稳定运行能力的重要手段。

一般的，通过在系统电源和敏感负荷之间串联可控电压源，从而在电源电压中断和电能质量不满足国标的情况下，向敏感负荷提供理想的正弦电压，最终实现对负荷供电电压的综合治理。基于h桥级联型多电平变换器是由基本功率单元模块直接串联叠加而成的一种级联式电路拓扑结构，因具有效率高、响应快、模块化，易于扩展、冗余控制等优点，正在电能质量治理方面得到广泛应用。

现有级联式变换器的基本功率单元模块，其拓扑结构一般由三相不控整流桥、直流母线电容、h桥逆变单元组成。这种功率单元拓扑结构因不具备储能部件，因此无法在电网电压出现暂降和电压中断时向负载提供连续供电。因此，针对上述问题，本发明提出了一种新型的储能电池组充放电单元及其控制方法。在基本功率单元模块基础上，增加储能电池组和新型的充放电单元，能够在电网电压出现暂降和电压中断时，实现对负荷的不间断连续供电。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种控制新型储能电池组充放电的装置，能够在电网电压出现暂降和电压中断时，通过对储能电池组放电维持直流母线电压恒定，从而消除电网电压暂降对负荷的影响，其次，在电网电压正常时，能够对储能电池组进行小功率充电，从而保证电能质量治理装置的稳定可靠运行。

为实现上述发明目的，本发明一种控制新型储能电池组充放电的装置，其特征在于，包括：储能电池组、第一直流熔断器、第二直流熔断器、主接触器、吸收电阻、第一辅接触器、充电电阻、阻容阻件、功率二极管、第二辅接触器、第一igbt、滤波电感、薄膜电容、第二igbt、吸收电容和控制器单元；

所述dcdc高压侧正极分别与功率二极管的阴极端和第二辅接触器的一端进行连接，dcdc负极分别与第二直流熔断器的一端、阻容阻件的一端、薄膜电容的一端、第二igbt的一端以及吸收电容的一端连接；

所述功率二极管的阳极端分别与主接触器的一端、吸收电阻的一端、第一辅接触器的一端以及充电电阻的一端进行连接；

所述主接触器的另一端分别与第一直流熔断器的一端和吸收电阻的另一端进行连接；

所述第一直流熔断器的另一端与储能电池组的一端进行连接，而储能电池组的另一端与第二直流熔断器的另一端进行连接；

所述第一辅接触器的另一端分别与充电电阻的另一端、阻容阻件的另一端、薄膜电容的另一端以及滤波电感的一端进行连接；

所述滤波电感的另一端分别与第一igbt的一端和第二igbt的另一端进行连接；

所述第二辅接触器的另一端分别与第一igbt的另一端和吸收电容的另一端进行连接；

所述控制器单元分别与第一igbt和第二igbt的控制端以及各个主、辅接触器的控制端连接；

控制新型储能电池组充放电的过程为：

首先，装置初始化上电：手动闭合储能电池组内部的断路器开关，控制器单元控制主接触器闭合，此时储能电池组、第一直流熔断器、主接触器、充电电阻、阻容阻件、薄膜电容和第二直流熔断器构成的导通回路，对薄膜电容进行充电；当薄膜电容充电完成后，控制器单元控制第一辅接触器闭合，此时储能电池组、第一直流熔断器、主接触器、第一辅接触器、阻容阻件、薄膜电容和第二直流熔断器构成的导通回路，完成装置的初始化上电过程；

其次，装置状态采集：装置初始化上电完成后，电压传感器获取dcdc高压侧正极与dcdc负极的电压，记为：udc；通过储能电池组自带的电池管理系统获取储能电池组的电压和容量，分别记为：ubess和soc；

最后，装置控制储能电池组充放：

当udc小于ubess时，此时功率二极管导通，储能电池组、第一直流熔断器、主接触器、功率二极管、dcdc高压侧正极、dcdc负极和第二直流熔断器构成的导通回路，储能电池组开始被动放电；

当udc大于等于ubess，且soc小于储能电池组容量的50％时，控制器单元控制第一igbt工作，通过dcdc高压侧正极和负极给储能电池组充电，此时有两个回路交替导通：回路1：储能电池组、第一直流熔断器、主接触器、第一辅接触器、滤波电感、第一igbt、第二辅接触器、dcdc高压侧正极、dcdc负极和第二直流熔断器构成的导通回路，为储能电池组充电；回路2：储能电池组、第一直流熔断器、主接触器、第一辅接触器、滤波电感、第二igbt中的二极管和直流熔断器构成的导通回路，为储能电池组充电；两回路的导通时间根据实际电路运行情况，由控制器单元自动设置；当soc大于等于储能电池组容量的90％时，控制器单元控制第一igbt停止工作，从而结束储能电池组的充电过程；

当udc大于等于ubess，且soc大于储能电池组容量的90％时，控制器单元自身开始计时，时间记为t，如果t大于等于阈值n时，n为整数，控制器单元控制第二igbt工作，给储能电池组放电，此时也有两个回路交替导通：回路1：储能电池组、第一直流熔断器、主接触器、第一辅接触器、滤波电感、第二igbt和第二直流熔断器构成的导通回路，为储能电池组放电；回路2：储能电池组、第一直流熔断器、主接触器、第一辅接触器、滤波电感、第一igbt中的二极管、dcdc高压侧正极、dcdc负极和第二直流熔断器构成的导通回路，为储能电池组放电；两回路的导通时间根据实际电路运行情况，由控制器单元自动设置；当soc小于储能电池组容量的50％时，控制器单元控制第二igbt停止工作，从而结束储能电池组的放电过程。

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明一种控制新型储能电池组充放电的装置，是构成中压电能质量多目标综合治理装置的重要组成部分，在电网发生电压暂降时，该新型的新型储能电池组充放电的装置可以通过功率二极管零延时大电流放电，实现装置对负荷的正常供电；在电网电压正常时，该新型储能电池组充放电的装置又可以实现对储能电池组的主动小电流充放电管理控制，保证储能电池组安全高效健康的工作。

同时，本发明一种控制新型储能电池组充放电的装置还具有以下有益效果：

(1)、在电网电压出现电压暂降，导致功率单元直流母线电压降低时，通过功率二极管可以实现储能电池组对直流母线电压的零延时大电流放电，同时维持直流母线电压恒定，保持装置对负荷的正常供电。

(2)、在电网电压正常时，如果电网电压长时间没有出现电压暂降，为了延长电池组寿命，装置需要对储能电池组实现主动充放电管理，由于本发明中储能电池组的充放电电流可以被控制的很小，因此储能电池组充放电单元的功率器件可以选择很小，从而可以节约功率单元整体器件成本，并减小功率单元体积。

(3)、本发明设计了阻容阻件，通过将阻容阻件中的gnd通过与机壳连接，可以消除机壳的悬浮电压，降低正负母线对机壳绝缘等级的设计，抑制储能电池组充放电单元对地的共模电压。

(4)、本发明设计了充电电阻，可以为薄膜电容实现预充电，防止辅助接触器1直合造成的冲击。

(5)、本发明设计了吸收电阻，可以吸收主接触器合闸产生的过压冲击。

附图说明

图1是本发明一种控制新型储能电池组充放电的装置原理图；

图2是本发明一种控制新型储能电池组充放电的装置与h桥逆变单元的连接图；

图3是由本发明所述装置构建而成的整体装置系统图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明一种控制新型储能电池组充放电的装置原理图。

在本实施例中，如图1所示，本发明一种控制新型储能电池组充放电的装置，主要包括：储能电池组、直流熔断器1、直流熔断器2、主接触器、吸收电阻、辅助接触器1、充电电阻、阻容阻件、功率二极管、辅助接触器2、igbt1、滤波电感、薄膜电容、igbt2、吸收电容和控制器单元。

其中，dcdc高压侧正极与功率二极管的阴极端和辅助接触器2的一端进行连接；功率二极管的阳极端与主接触器的一端、吸收电阻的一端、辅助接触器1的一端以及充电电阻的一端进行连接；主接触器的另一端与直流熔断器1的一端和吸收电阻的另一端进行连接；直流熔断器1的另一端与储能电池组的一端进行连接，储能电池组的另一端与直流熔断器2的一端进行连接；直流熔断器2的另一端与阻容阻件的一端、薄膜电容的一端、igbt2的一端、吸收电容的一端以及dcdc负极进行连接；阻容阻件接地gnd时可以直接与机壳连接，可以消除机壳的悬浮电压；辅助接触器1的另一端与充电电阻的另一端、阻容阻件的另一端、薄膜电容的另一端以及滤波电感的一端进行连接；，滤波电感的另一端与igbt1的一端和igbt2的另一端进行连接；辅助接触器2的另一端与igbt1的另一端和吸收电容的另一端进行连接；控制器单元与igbt1和igbt2的控制端以及各个主、辅接触器的控制端连接；

下面我们对该装置进行控制新型储能电池组充放电的过程进行详细说明，控制新型储能电池组充放电的过程主要包括初始化上电、被动放电、主动充电和主动放电四个过程，而每个过程在整个装置中构成不同的导通回路，进而来完成对应的过程。那么四个导通回路具体为：

初始化上电回路

手动闭合储能电池组内的断路器开关，控制器单元控制主接触器闭合，此时储能电池组、直流熔断器1、主接触器、充电电阻、阻容阻件、薄膜电容、直流熔断器2构成的导通回路，对薄膜电容进行充电；当薄膜电容充电完成后，，控制器单元控制辅助接触器1闭合，此时储能电池组、直流熔断器1、主接触器、辅接触器1、阻容阻件、薄膜电容、直流熔断器2构成的导通回路，完成装置的初始化上电过程。

装置初始化上电完成后，其余三个状态开始前，需要先对装置的状态进行采集，具体为：电压传感器获取dcdc高压侧正极与dcdc负极的电压，记为：udc；通过储能电池组自带的电池管理系统获取储能电池组的电压和容量，分别记为：ubess和soc；

被动放电回路

当udc小于ubess时，此时功率二极管导通，储能电池组、直流熔断器1、主接触器、功率二极管、dcdc高压侧正极、dcdc负极、直流熔断器2构成的导通回路，储能电池组开始被动放电；

主动充电回路

当udc大于等于ubess，且soc小于储能电池组容量的50％时，控制器单元控制igbt1工作，给储能电池组充电，此时有2个回路交替导通：

回路1：储能电池组、直流熔断器1、主接触器、辅接触器1、滤波电感、igbt1、辅接触器2、dcdc高压侧正极、dcdc负极、直流熔断器2构成的导通回路，为储能电池组充电；

回路2：储能电池组、直流熔断器1、主接触器、辅接触器1、滤波电感、igbt2中的二极管、直流熔断器2构成的导通回路，为储能电池组充电；

两回路的导通时间根据实际电路运行情况，由控制器单元自动设置；

当soc大于等于储能电池组容量的90％时，控制器单元控制igbt1不工作，结束储能电池组充电；

主动放电回路

当udc大于等于ubess，且soc大于储能电池组容量的90％时，控制器单元开始计时，时间记为t，如果t大于等于n，n为一整数(如：累计计时超过30天)，控制器单元控制igbt2工作，给储能电池组放电，此时有2个回路交替导通：回路1：储能电池组、直流熔断器1、主接触器、辅接触器1、滤波电感、igbt2、直流熔断器2构成的导通回路，为储能电池组放电；

回路2：储能电池组、直流熔断器1、主接触器、辅接触器1、滤波电感、igbt1中的二极管、dcdc高压侧正极、dcdc负极、直流熔断器2构成的导通回路，为储能电池组放电；

两回路的导通时间根据实际电路运行情况，由控制器单元自动设置；

当soc小于储能电池组容量的50％时，控制器单元控制igbt2不工作，结束储能电池组放电。

在本实施例中，如图2所示，将本发明所述的新型储能电池组充放电装置与h桥逆变单元的连接，其中，dcdc高压侧正极与h桥逆变单元直流母线电容的正极连接，dcdc负极与直流母线电容的负极连接，构成h桥逆变功率单元。

进一步的，再将h桥逆变功率单元经过串联，构成图3所示的中压电能质量综合治理装置。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。