混合储能变流器装置的制作方法

本实用新型涉及混合储能变流器领域，更具体地说，涉及一种混合储能变流器装置。

背景技术：

目前的储能技术种类繁多，但是单一的储能技术很难同时满足能量密度、功率密度、系统效率、使用寿命、成本等性能指标。抽水蓄能规模大、成本低，但是对电站地形要求苛刻，难以大规模推广；铅酸蓄电池技术成熟、价格低廉、安全性高，但能量密度低，质量大，而且存在环境污染；锂离子电池能量密度大、平均输出电压高、自放电小、没有记忆效应，但安全性低、大容量集成技术困难；全钒液流电池能量密度大，循环寿命长，可以大功率深度充放电，但成本高；超级电容器功率密度高、充放电时间短、循环寿命长，但储能容量低，不适用于电网大规模储能。因此，在电网应用中，要实现系统的稳定运行、电能质量改善和削峰填谷等多时间尺度上的功率平衡控制，储能的发展趋势之一是将各种储能技术进行复合利用，以最大程度地发挥各种储能技术的优势，降低储能系统全寿命周期费用，提高储能系统的经济性。

现有技术公开了一种混合储能用功率转换系统，包含蓄电池用双向DC/DC变换单元、超级电容用双向DC/DC变换单元、LLCL滤波器、变压器等。但是该变流器双向DC/DC变换单元采用三重化结构，滤波器采用LLCL结构，变流器电路结构复杂，而且没有考虑储能电池的低电压升压问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种混合储能变流器装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种混合储能变流器装置，包括多个并联的双向DC/DC变换器、双向DC/AC变换器、隔离变压器、变流器监控系统、旁路电路，所述双向DC/DC变换器与双向DC/AC变换器的直流母线连接，所述双向DC/AC变换器通过隔离变压器接入电网，所述变流器监控系统通过内部高速通信总线与双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器进行实时通信，所述旁路电路配合混合储能变流器装置实现并网与离网状态的无缝切换。

在上述方案中，所述双向DC/DC变换器包括IGBT器件Q1、IGBT器件Q2、电容C1、电容C2、滤波电感L，储能单元的正负极之间连接所述电容C1，储能单元的正极经所述滤波电感L接入IGBT器件Q1的集电极和IGBT器件Q2的发射极，所述IGBT器件Q2的集电极和IGBT器件Q1的发射极分别连接至直流母线的正负极。

在上述方案中，所述双向DC/DC变换器还包括耦合电感L2，所述耦合电感L2的公共端接入IGBT器件Q1的集电极，所述耦合电感L2的输入端连接滤波电感L，所述耦合电感L2的输出端连接IGBT器件Q2的发射极。可以通过配置合理的电感匝比来提升混合储能系统中储能单元的电压接入范围、装置效率和系统稳定性。

在上述方案中，所述双向DC/AC变换器采用三电平拓扑结构，所述双向DC/AC变换器的直流母线正负极之间设置有滤波电容C3、滤波电容C4且接入所述双向DC/AC变换器的输入端，所述双向DC/AC变换器的输出端经由电感L3、电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、电感L8及电容C5、电容C6、电容C7组成的LCL滤波电路后连接至交流母线上。

在上述方案中，所述变流器监控系统通过串行通信接口与触摸屏通信。触摸屏显示储能单元直流侧的电压、电流和电网交流侧的电压、电流，以及整个混合储能变流器系统的运行参数、报警信息和事件记录，同时可以进行充放电启停控制及设置电池充放电电流、充放电功率、充放电截止条件等参数。

在上述方案中，所述混合储能变流器装置在现地控制模式或远方控制模式下运行；在现地控制模式下，触摸屏对储能单元进行恒电流或恒功率充放电控制；在远方控制模式下，通过以太网或串口通信方式对储能单元进行恒电流或恒功率充放电控制，通信规约采用标准的以太网MODBUS-TCP或串口MODBUS规约。

实施本实用新型混合储能变流器装置，具有以下有益效果：

本实用新型采用多个双向DC/DC变换器在直流母线并联后经双向DC/AC变换器接入电网的拓扑结构，可以实现多种储能单元的灵活接入，并将双向DC/DC变换器设计为耦合电感DC/DC电路结构，有效扩大了储能单元的电压接入范围，提升了装置的效率及系统稳定性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型混合储能变流器装置的原理框图；

图2是双向DC/DC变换器的电路结构图；

图3是耦合电感DC/DC变换器的电路结构图；

图4是双向DC/AC变换器的电路结构图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型一种混合储能变流器装置，包括多个并联的双向DC/DC变换器、双向DC/AC变换器、隔离变压器、变流器监控系统、旁路电路。

双向DC/DC变换器与双向DC/AC变换器的直流母线连接，双向DC/AC变换器通过隔离变压器接入380V电网。双向DC/DC变换器可分别接入全钒液流电池、锂离子电池和超级电容器等多种储能单元，实现混合储能单元不同电压等级电源的输入，且各储能单元可独立进行恒电流或恒功率充放电控制。

如图2所示，双向DC/DC变换器包括IGBT器件Q1、IGBT器件Q2、电容C1、电容C2、滤波电感L，储能单元的正负极之间连接电容C1，储能单元的正极经滤波电感L接入IGBT器件Q1的集电极和IGBT器件Q2的发射极，IGBT器件Q2的集电极和IGBT器件Q1的发射极分别连接至直流母线的正负极。当储能单元放电时，IGBT器件Q2关断，双向DC/DC变换器为BOOST电路；当储能单元充电时，IGBT器件Q1关断，双向DC/DC变换器为BUCK电路。

如图3所示，对上述双向DC/DC变换器作进一步改进，其还包括耦合电感L2，耦合电感L2的公共端接入IGBT器件Q1的集电极，耦合电感L2的输入端连接滤波电感L，耦合电感L2的输出端连接IGBT器件Q2的发射极。通过配置合理的耦合电感匝比，降低PWM的占空比，从而避免双向DC/DC变换器电路占空比不宜太大的限制。另一方面，以耦合电感L2取代双向DC/DC变换器电路中的电感后，开关管的电压应力大大降低，可以选择低压大电流的开关器件，器件的通态电阻比较小，电路的效率也比较高。

如图4所示，双向DC/AC变换器采用三电平拓扑结构，双向DC/AC变换器的直流母线正负极之间设置有滤波电容C3、滤波电容C4且接入双向DC/AC变换器的输入端，双向DC/AC变换器的输出端经由电感L3、电感L4、电感L5、电感L6、电感L7、电感L8及电容C5、电容C6、电容C7组成的LCL滤波电路后连接至交流母线上。相比传统的两电平结构，该双向DC/AC变换器在较低的开关频率下可以获得较高的电压波形质量，且并网滤波电感体积小、重量轻，能够有效提高变流器的耐压、降低输出电流谐波和开关损耗。

变流器监控系统通过内部高速CAN通信总线与双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器进行实时通信，一方面采集双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器交直流侧的电压、电流信号，另一方面实现对双向DC/DC变换器和双向DC/AC变换器的PWM控制。

变流器监控系统通过串行通信接口与触摸屏通信。触摸屏显示储能单元直流侧的电压、电流和电网交流侧的电压、电流，以及整个混合储能变流器系统的运行参数、报警信息和事件记录，同时可以进行充放电启停控制及设置电池充放电电流、充放电功率、充放电截止条件等参数。

整个混合储能变流器可以在现地控制模式或远方控制模式下运行。在现地控制模式下，可通过触摸屏对混合储能单元单独进行恒电流或恒功率充放电控制；在远方控制模式下，可通过以太网或串口等通信方式对混合储能单元进行恒电流或恒功率充放电控制，通信规约采用标准的以太网MODBUS-TCP或串口MODBUS规约。

旁路电路配合混合储能变流器装置实现并网与离网状态的无缝切换。当电网正常运行时，混合储能变流器可自动或者接收调度指令对各直流通道进行充放电控制；当电网故障时，储能变流器通过旁路电路由并网P/Q运行模式切换到离网V/f运行模式，通过储能直流支路支撑逆变器直流电压；当电网恢复正常时，混合储能变流器通过旁路电路由离网V/f运行模式切换到并网P/Q运行模式。在混合储能变流器装置并/离网切换过程中，为了不中断电源供电，需要通过旁路电路配合实现装置并网与离网状态的无缝切换。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。