一种储能变流器和储能变流系统的制作方法

本实用新型涉及微电网电力变换技术领域，特别涉及一种储能变流器和储能变流系统。

背景技术：

我国西北部等光伏和风电丰富的地区出现了大规模的弃光和弃风现象，其重要原因之一就是光伏发电和风力发电的输出不稳定导致的并网困难。目前，主流的解决方案是为这些光伏电站或者风电场配套一定容量的储能系统，起到一个改善电能质量和“蓄水池”的缓冲作用，以及对大电网的削峰填谷作用，由于储能系统可以并网运行，也可以离网运行，有效地提高了区域电网的供电可靠性和安全性。

储能系统主要由储能装置、储能变流器和并网开关等组成，其中，储能变流器是储能系统能量变换和传输的核心，实现了储能装置直流到电网交流电的转换，以及储能装置和电网之间的能量的双向传输。

目前，储能变流器直流侧电流存在严重的二次脉动问题，严重影响了储能装置的循环寿命。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种储能变流器和储能变流系统，以解决现有储能变流器的直流侧电流存在严重的二次脉动的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一方面，本实用新型提供了一种储能变流器，包括储能端、电网端、连接在储能端和电网端之间的双向变流器以及与双向变流器连接的控制器，其特征在于，所述储能变流器还包括滤除直流电流中的两倍频纹波的直流侧滤波电路，所述直流侧滤波电路连接在储能端和双向变流器之间。

优选地，直流侧滤波电路为LC谐振电路，LC谐振电路的谐振频率为两倍的电网电压频率。

优选地，直流侧滤波电路还包括滤除直流电流中高次谐波的电解电容，所述电解电容与LC谐振电路并联。

优选地，储能变流器还包括滤除交流电流中高频谐波的交流侧滤波电路，交流侧滤波电路连接在双向变流器和电网端之间。

优选地，交流侧滤波电路为LC型滤波电路或者为LCL型滤波电路。

优选地，储能变流器还包括：直流预充电电路和交流预充电电路，直流预充电电路连接在储能端和直流侧滤波电路之间，交流预充电电路连接在交流侧滤波电路和储能变流器的电网端之间。

优选地，直流预充电电路包括多个第一限流电阻，第一限流电阻的个数根据接入到储能端的电压等级确定；交流预充电电路包括多个第二限流电阻，第二限流电阻的个数根据接入到电网端的电压幅值确定。

另一方面，本实用新型提供了一种储能变流系统，包括储能装置，电网和上述储能变流器，储能变流器连接在储能装置和电网之间，用于为储能装置充电或为电网供电。

优选地，储能装置为铅酸/铅炭电池、锂离子电池、超级电容或飞轮电池，所述电网为大电网或光伏电站或风电场或与电网相连的交流母线。

优选地，电网为单相交流电网。

本实用新型实施例的有益效果是：本实用新型通过在储能变流器的直流侧添加可滤除直流电流中的两倍频纹波的直流侧滤波电路，能够有效制直流侧电流的二次脉动，提高储能装置的循环寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种储能变流器的结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的储能变流器的结构图；

图3为本实用新型实施例提供的一种储能变流系统的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图1为本实用新型实施例提供的一种储能变流器的结构框图，如图1所示，该储能变流器100，包括储能端1、电网端2、连接在储能端1和电网端2之间的双向变流器3以及与双向变流器连接的控制器4；其中，储能变流器100还包括滤除直流电流中的两倍频纹波的直流侧滤波电路5，该直流侧滤波电路5连接在储能端1和双向变流器3之间。

本实施例通过在储能变流器的直流侧添加可滤除直流电流中的两倍频纹波的直流侧滤波电路，能够有效制直流侧电流的二次脉动，提高储能装置的循环寿命。

在本实施例的一个实现方案中，直流侧滤波电路5为LC谐振电路，LC谐振电路的谐振频率为两倍的电网电压频率，通过该LC谐振电路抑制直流侧电流的二次脉动。

为了吸收储能变流器直流侧的直流电流中的高次谐波，在本实施例的该实现方案中，直流侧滤波电路还包括滤除直流电流中高次谐波的电解电容，该电解电容与LC谐振电路并联。

为了滤除储能变流器交流侧的交流电流中的高次谐波，在本实施例中，图1所示的储能变流器100还包括滤除交流电流中高频谐波的交流侧滤波电路，该交流侧滤波电路连接在双向变流器3和电网端2之间；需要指出的是，为了配合控制器，交流侧滤波电路还可以与控制器连接，以便于控制器采集交流侧滤波电路相关节点处的电信号。其中，交流侧滤波电路包括但不局限于LC型滤波电路、LCL型滤波电路。

为了对直流侧滤波电容充电和为处于亏电状态的储能装置预充电，在本实施例中，图1所示的储能变流器100还包括直流预充电电路，该直流预充电电路连接在储能端1和直流侧滤波电路5之间；以及为了对交流侧滤波电路和直流侧滤波电路中的电容进行限流充电，防止电容充电电流过大损坏器件，图1所示的储能变流器100还包括交流预充电电路，该交流预充电电路连接在交流侧滤波电路和储能变流器的电网端之间。

示例性地，直流预充电电路包括多个第一限流电阻，第一限流电阻的个数根据接入到储能端的电压等级确定，根据储能装置的电压等级不同，而投切不同数量的限流电阻，实现宽电压范围的接入，而不会出现过流的情况；交流预充电电路包括多个第二限流电阻，第二限流电阻的个数根据接入到电网端的电压幅值确定，据电网的电压幅值，而投切不同数量的限流电阻，从而实现宽电压范围的接入，不会出现过流的情况，保护电容和内部功率器件。

为详细说明本实用新型的储能变流器，本实用新型通过下述具体实施例进行说明。

在本具体实施例中，储能变流器包括储能端1、电网端2，以及顺次连接在储能端1和电网端2之间的直流预充电电路7、直流侧滤波电路5、双向变流器3、交流侧滤波电路6、交流预充电电路8；其中，储能端1连接储能装置，电网端连接交流电网。

参考图2，直流预充电电路7连接在储能端1和直流侧滤波电路5之间，可实现对直流侧滤波电容的充电和处于亏电状态时储能装置的预充电；

直流侧滤波电路5连接在直流预充电电路7和双向变流器3之间，滤除直流电流中的高次谐波，以及滤除直流电流中的两倍频纹波，直流侧滤波电路可以由电解电容C1与串联的LC谐振电路并联形成，该LC谐振电路的谐振频率为两倍电网电压频率，利用该LC谐振电路可以抑制直流侧电流的二次脉动，提高储能装置的循环寿命；

双向变流器3连接在直流侧滤波电路5和交流侧滤波电路6之间，可实现储能装置的直流电到交流电网交流电之间的电能转换，以及储能装置和交流电网之间的能量双向传输，即给交流电网供电或者给储能装置充电；

交流侧滤波电路6连接在双向变流器3和交流预充电电路8之间，可滤除由双向变流器3输出的交流电流中的高频电流谐波；

交流预充电电路8连接在交流侧滤波电路6和电网端2之间，作用在于给交流侧滤波电路6和直流侧滤波电路5中的滤波电容实现限流充电，防止电容充电电流过大损坏器件。

本具体实施例中的双向变流器3是由功率开关器件组成的全桥式电路拓扑结构，功率开关器件可以是但不局限于IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、MOS管(绝缘栅型场效应管)或者IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristors，集成门极换流晶闸管)，为吸收功率开关器件开通或关断时产生的电压尖峰，优选地在功率开关器件上并联高频电容，全桥式电路拓扑结构可以实现电能的整流/逆变双向流动，其一端连接直流侧，另一端连接交流侧，可以根据设定的有功无功实现逆变交流输出到交流电网的供电，也可以实现可控整流给储能装置充电。

控制器4可以是但不局限于TI的DSP、飞思卡尔的MCU或者其他厂家的数字信号处理器，通常包括采样调理电路、驱动输出电路和信号滤波电路等；控制器4采集的电信号包括但不局限于：交流侧的馈网电流信号iac、交流侧的电感电流信号和电容电流信号等信号，此外，控制器4还能够生成控制双向变流器内部功率开关器件工作的SPWM控制信号。

直流预充电电路7装有多个限流电阻，根据储能装置的电压等级不同，而投切不同数量的限流电阻，实现宽电压范围的接入，而不会出现过流的情况。

直流侧滤波电路5示例性地由电解电容C1与LC谐振电路并联形成，电解电容C1吸收直流电流中的高频谐波，LC谐振电路为由电感L和电容C串联形成，可以抑制直流侧电流的二次脉动，提高储能装置的循环寿命。

交流侧滤波电路6可吸收双向变流器3中高频开关器件造成的高次谐波，交流侧滤波电路可以采用但不局限于LC型滤波电路或者LCL型滤波电路，参考图2，图2示出了采用串联的滤波电感L1和并联的滤波电容C2组成的LC型滤波电路。

交流预充电电路8装有多个限流电阻，根据电网的电压幅值，而投切不同数量的限流电阻，从而实现宽电压范围的接入，不会出现过流的情况，保护电容和内部功率器件。

基于与上述实施例相同的技术构思，本实用新型还提供了一种储能变流系统。

图3为本实用新型实施例提供的一种储能变流系统的结构框图，如图3所示，该储能变流系统包括储能装置300，电网400和储能变流器100(或储能变流器200)，储能变流器连接在储能装置和电网之间，为储能装置充电或为电网供电。实现时，储能装置连接在储能变流器的储能端，电网连接在储能变流器的电网端。

本实施例中储能装置300集成有电池管理系统(BMS)，实现光伏电站或者风电场电能平滑输出，抑制电压波动和削峰填谷；储能装置可以是铅酸/铅碳电池、锂离子电池、超级电容或者飞轮电池等，根据不同的应用场合选择不同的储能介质，比如能量型储能，则可以选择铅酸/铅碳电池、钫液流电池等，作为备用电源和/或者削峰填谷，若是功率型储能，则可以采用锂离子电池、超级电容等，平滑电能输出，维持电网稳定。本实施例的储能装置的电压范围为450-700V。

电网400承担着储能变流器负载和供电电源的双重角色，根据储能变流器接受的不同指令来变换角色，电网不局限于通常所认为的大电网，还可以是光伏电站或者风电场与电网相连的交流母线，在本实施例中，电网为单相交流电网。

综上所述，本实用新型实施例公开了一种储能变流器和储能变流系统，本实用新型实施例至少具有如下优点：

1、可以抑制储能变流器直流侧电流的二次脉动，提高储能装置的循环寿命。

2、可以滤除储能变流器交流侧的交流电流中的高次谐波含量，使其能够很好地满足储能装置的并网要求，改善与其配套的光伏电站或者风电场等分布式能源的电能输出质量。

3、可以根据指令工作于并网或者离网的工作模式，平滑分布式电源的输出，减小电压波动，削峰填谷，解决大电网触及不到地区的供电难问题。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。