储能变流器、均衡电池SOC的方法和系统与流程

本发明属于储能变流器领域，涉及一种逆变器。

背景技术：

针对串联电池soc均衡问题，目前已知的系统解决方案有：1.人工校正：将soc失衡的电池从储能系统中切除，利用专用设备对该电池单独充电或放电以调整其soc值。2.两级式电能变换系统或储能变流器：每个电池先经过一级dc/dc变换装置，在dc/dc变换装置输出端进行串联或并联，串联或并联之后所汇成的直流母线接入储能变流器。dc/dc变换装置采用集中控制，某一电池soc失衡时，其dc/dc变换装置根据充放电状态进行输入或输出功率调整，从而调整其soc值。3.h桥级联式应用，多用于高压储能变流器，每一级h桥连接一单体储能电池，通过调整各h桥调制波以实现各h桥输出功率调整，最终达到调整各电池soc的目的。4.系统独立的soc均衡装置：串联电池之间增加具备能量转移功能的均衡装置，用于电池组与单体电池间能量转移，以调整单体电池soc。

现有串联电池soc均衡的解决方案具有如下缺陷：1.人工校正费时费力，而且不能在线调整，造成储能系统容量短时损失。2.两级式电能变换系统主要有两个缺陷，一是增加了系统损耗，降低系统效率。因为每一级dc/dc变换装置需要通过其对应电池的全功率，其损耗不可忽视。二是增加了系统设计的复杂性。dc/dc变换装置因功率大造成体积较大；多个dc/dc变换装置的控制需要额外的总控制器协调，控制策略复杂。3.h桥级联式储能变流器结构复杂、对电池绝缘性能要求高。级联式储能变流器每一级需要有相对独立的控制器，控制逻辑复杂。级联式变流器多用于高压系统，且其结构决定每一级h桥对应的电池对地需承受高压，给电池制造带来难度。4.系统独立的soc均衡装置：需要额外的占地空间。

技术实现要素：

为在储能变流器中对串联电池soc均衡，并解决均衡费时费力、复杂、占用空间大的问题，本发明提出如下技术方案：

一种储能变流器，包括直流母线、自动切换装置、双向dc/dc变换器、逆变系统，直流母线正极接串联电池组正极，所述电池组包括若干组串联的单体电池，直流母线负极接串联电池组负极，双向dc/dc变换器的输入接直流母线，其输出接自动切换装置，并由自动切换装置选择连接串联电池组中某一单体电池的正负两极，所述逆变系统的输入侧连接直流母线。

所述自动切换装置包括端口、接触器组合模块、端口200连接直流母线正极；端口201连接直流母线负极；母线205连接双向dc/dc变换器输出端正极；母线206连接双向dc/dc变换器输出端负极；正极接触器k+的一端连接到端口200，另一端连接母线205；负极接触器k-一端连接到端口201，另一端连接母线206；各接触器组合模块主要由2个接触器k1和接触器k2构成，接触器k1和接触器k2一端连接到一起并引出，引出线连接到串联电池组各电池间的互连点，接触器k1另一端用于选择性连接母线205，接触器k2另一端用于选择性连接母线206，电池组具有n组电池串联，则接触器组合模块的数量为n-1。

所述选择性连接为：母线205并行设置n-1个对应各接触器k1的位置的连接线，且该连接线在对应的接触器k1闭合时导通接触器k1与母线205；母线206并行设置n-1个对应各接触器k2的位置的连接线，且该连接线在对应的接触器k2闭合时导通接触器k1与母线206。

自动切换装置接收储能变流器的控制器的指令，通过切换接触器组合模块204中的接触器k1、k2以将双向dc/dc变换器的输出连接到所述指令对应的某一单体电池。

对串联电池组中各单体电池的soc值采集，将各单体电池soc的采集值与目标值的差值标幺处理以作为双向dc/dc变换器给定功率设定值，由自动切换装置将双向dc/dc变换器输出逐个连接到与目标值具有差值的目标电池，以给定功率设定值作为转移电量的依据在目标电池与母线间通过dc/dc变换器进行电量转移。

目标电池与母线间通过dc/dc变换器进行电量转移直至目标电池的soc值与目标值相等。

所述目标值为串联电池组中各单体电池soc采集值的均值。

本发明还涉及一种储能变流器均衡电池soc的系统，包括：soc采集模块，对串联电池组中各单体电池的soc值采集；计算模块，将各单体电池soc的采集值与目标值的差值标幺处理以作为双向dc/dc变换器给定功率设定值；自动切换装置，由其将双向dc/dc变换器输出逐个连接到与目标值具有差值的目标电池；双向dc/dc变换器，以给定功率设定值作为转移电量的依据在目标电池与母线间通过其进行电量转移。

有益效果：本发明根本原理在于在储能变流器中集成了可实现电量转移的双向dc/dc装置，利用自动切换装置选择串联电池组中某一单体，从而能切换电池单体以具有调节soc的基础。在此基础上，根据其soc值与电池组soc平均值的大小关系决定电量转移方向，以达到整组电池soc均衡的目的。

附图说明

图1是系统结构示意图；

图2是自动切换装置电气示意图；

图3是双向dc/dc变换器一种实施实例图；

图4是逆变系统一种实施实例图；

图5是soc均衡控制方法流程图；

100：自动切换装置，101：双向dc/dc变换器，102：逆变系统，200：端口200，201：端口201，202：正极接触器k+，203：负极接触器k-,204：接触器组合模块，205：母线205，206：母线206。

具体实施方式

储能变流器，构成见图1，由自动切换装置100、双向dc/dc变换器101、逆变系统102构成。储能变流器直流母线正极接串联电池组正极，直流母线负极接串联电池组负极，dc/dc变换器输入接储能变流器直流母线，其输出通过自动切换装置100选择在某一时刻连接串联电池组中某一单体电池的正负两极，逆变系统102输入侧连接直流母线，输出侧连接交流电网或负载。自动切换装置100、双向dc/dc变换器101及逆变系统102共用一套控制器。

自动切换装置：其构成见图2，其中端口200连接直流母线正极；端口201连接直流母线负极；母线205连接双向dc/dc变换器输出端正极；母线206连接双向dc/dc变换器输出端负极；接触器202一端连接到端口200，另一端连接母线205；接触器203一端连接到端口201，另一端连接母线206；接触器组合模块204由2个接触器k1和k2构成，k1和k2一端连接到一起并引出，引出线连接到串联电池组各电池间的互连点，k1另一端连接母线205，k2另一端连接母线206，接触器组合模块204的数量取决于串联电池数量，n组电池串联，模块204的数量为n-1。自动切换模块接收储能变流器控制器指令，通过切换接触器k+、k-和接触器组合模块204中的k1、k2，从而实现将dc/dc变换器输出连接到某一单体电池。端口200是与直流母线正极连接的端口，端口201是与直流母线负极连接的端口，母线205是与dc/dc正极端口连接的母线，母线206是与dc/dc负极端口连接的母线。

双向dc/dc变换器：输入端连接到储能变流器直流母线，输出端连接到自动切换装置母线205与母线206。图3给出一种双向dc/dc变换器实施实例图，图纸描述的仅是实施方案的一种，并非全部，此实例目的为非本专业本领域的技术人员提供一种可实施方案。

逆变系统：直流端连接到储能变流器直流母线，交流端连接电网或负载，用于储能电池和电网或负载之间能量交换。图4给出一种逆变系统实施示例图，图纸描述的仅是实施方案的一种，并非全部，实例中逆变系统内部主要包含由电力电子开关器件组成的三相全控桥、直流支撑电容组、三相lc滤波器。

工作原理及方式：本发明根本原理在于在储能变流器中集成了可实现电量转移的双向dc/dc装置，利用自动切换装置选择串联电池组中某一单体，根据其soc值与电池组soc平均值的大小关系决定电量转移方向，以达到整组电池soc均衡的目的。

控制流程见图5。具体实施方法为：储能变流器采集串联电池组中各单体电池的soc值，计算电池组soc平均值，从第一个单体电池开始判断，判断其soc值与soc均值大小，单体电池soc如果与soc均值相等，则对下一个单体电池执行判断逻辑，否则将soc平均值与单体电池soc值的差值标幺处理，并作为双向dc/dc功率设定值，通过自动切换装置将双向dc/dc变换器输出连接到目标电池，启动双向dc/dc进行电量转移，直至其soc值与soc均值相等，按此逻辑控制方法依次调节各电池soc至目标值，以达到soc均衡的目的。

本实施例中的soc均衡的系统及方法具有如下效果：1.储能系统不必再额外增加soc均衡装置，减少占地空间。2.优化系统控制，电池soc均衡和电池充放电功能均集成在储能变流器内，系统只需对储能变流器进行控制，流程简化、控制节点减少。3.系统损耗小，效率高。集成的soc均衡装置中，双向dc/dc变换器只需小功率即可达到soc平衡的目的，装置损耗远小于两级式储能系统大功率dc/dc变换器。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。