双向电池逆变器及双向电池逆变器储能系统的制作方法

1.本发明涉及储能发电技术领域，尤其涉及一种双向电池逆变器及双向电池逆变器储能系统。


背景技术：

2.随着环境污染问题日益突出，我国推出多项政策鼓励清洁能源发展，其中表现最强劲的便是太阳能。中国正在大范围普及民用光伏发电，未来太阳能发电将遍布我们的生活。但是光伏等新能源利用显著受到自然条件影响和限制，其中包括天气、季节、时间、地域、地形地貌等等。主流可再生能源与传统化石燃料能源相比，不能够稳定持续提供能源。实际电网并非容量无限大阻抗无限小的理想能量以及无功吞吐来源，大量中小容量电源的功率等级分散，等效阻抗较大，输出功率波动剧烈，影响电网稳定和供电质量。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种双向电池逆变器及双向电池逆变器储能系统，其能够有效解决现有技术中所存在的上述技术问题。
4.为了实现上述目的，本发明的一实施例提供了一种双向电池逆变器储能系统，包括储能电池、双向电池逆变器、光伏组件、光伏直流变流器、旁路柜、负载、电网和油机；所述光伏组件的输出端与光伏直流变流器的输入端电性连接，所述光伏直流变流器的输出端与旁路柜的输入端电性连接，所述旁路柜的输出端与双向电池逆变器的输入端电性连接，所述电池逆变器的输出端与储能电池的输入端电性连接；
5.所述双向电池逆变器为离并网光伏储能逆变器，用于将电网/油机的能量储能到电池，以及将存储的能量再释放到电网或者供应负载；所述双向电池逆变器搭配所述旁路柜实现并离网无缝切换，保证负载不间断供电；所述双向电池逆变器搭配所述光伏直流变流器把光伏能量充到电池或经过双向电池逆变器逆变输出；
6.系统上电初始化完毕后，通过双向电池逆变器采集直流侧、交流侧的电压和电流以及温度，然后根据采集到数据进行计算功率，根据各个功率来分配输出，若检测到故障则关机，通过和内部以及和外部系统的通讯，对整个系统中的光伏、电池、电网以及负载进行能量管理，实现光伏能量的最优利用和电量收益最大化；
7.所述双向电池逆变器包括采集模块、模数转换模块、数字信号处理器、通信存储功能模块、运行模式切换模块，逻辑计算功能模块、实时监测故障报警模块以及输出控制功能模块；所述采集模块通过传感器对电压、电流、温度的模拟信号进行采集并将采集的模拟信号进行限幅、滤波、放大和衰减处理后发送给模数转换模块进行模数转换成数字信号，然后发送给数字信号处理器以运用数字处理方法进行运算处理，处理完后通过数模转换成模拟信号，采用pwm输出信号经过功率开关管实现；
8.所述逻辑计算功能模块通过对采样到的数据，基于电压电流进行计算出相应的功率和电压、电流的有效值，然后根据相应的功率来判断所运行的逻辑：
9.当通过运行模式切换模块设定运行电池优先模式时，
10.若光伏pv功率大于充电功率时，优先充电池，余电供负载；
11.若光伏pv功率小于充电功率时，优先充电池，电网供负载，同时对电池充电；
12.如果并网后备模式没有放电或者切换到其他模式，为保持电池电化学活性，限流充电一周后，进入电池放电状态，电池放电功率为额定输出功率的20％；
13.当通过运行模式切换模块设定运行负载优先模式时，
14.若光伏pv功率大于负载功率时，pv优先给负载供电，余电充电池；
15.若光伏pv功率不满足负载时，电池自动放电。电池如果放电到欠压保护点，pv和电网一起给负载供电，为保护电池，用小功率能量给电池涓流充电，电池充电到预设程度可恢复供电；
16.所述实时监测故障报警模块用于：系统进入正常工作状态后不停的调用函数判断系统是否出现故障，当判断出现故障后，会触发停机，等故障消除再恢复运行；若判断双向电池逆变器和旁路柜发生故障无法继续开机运行，或者触发严重故障，则执行如下操作：
17.操作1：在机器故障状态下，打开旁路柜bypass维修开关；
18.操作2：关断储能控制器交流断路器、旁路柜pcs断路器、旁路柜负载断路器、旁路柜电网断路器、旁路柜油机断路器；
19.此时，交直流电均与储能控制器和旁路柜断开连接，负载全部由电网或者油机供应，待余电放电完毕后可展开维修工作；
20.所述输出控制功能模块用于：系统进入正常工作状态后会根据运行模式得到一个逆变还是整流的方向，以及电感电流的参考值来实时自动补偿控制到目标值，通过pi控制似的电流能跟踪，计算出所需的pmw占空比进行输出。
21.作为上述方案的改进，所述通信存储功能模块包括spi通讯单元，所述双向电池逆变器对于已经设置好的参数需要进行保存，通过所述spi通讯单元存储在外部eeprom里面，并在初始化时读取。
22.作为上述方案的改进，所述通信存储功能模块包括rs485通讯单元，多个双向电池逆变器之间通过所述rs485通讯单元实现通讯。
23.作为上述方案的改进，所述通信存储功能模块包括can-a接口，所述双向电池逆变器通过所述can-a接口与带有bms管理系统的储能电池实现通讯。
24.作为上述方案的改进，所述通信存储功能模块包括can-b接口，所述双向电池逆变器通过所述can-b接口与所述旁路柜或光伏直流变流器实现通讯。
25.本发明实施例对应提供一种双向电池逆变器，所述双向电池逆变器为离并网光伏储能逆变器，用于将电网/油机的能量储能到电池，以及将存储的能量再释放到电网或者供应负载；所述双向电池逆变器搭配旁路柜实现并离网无缝切换，保证负载不间断供电；所述双向电池逆变器搭配所述光伏直流变流器把光伏能量充到电池或经过双向电池逆变器逆变输出；
26.所述双向电池逆变器包括采集模块、模数转换模块、数字信号处理器、通信存储功能模块、运行模式切换模块，逻辑计算功能模块、实时监测故障报警模块以及输出控制功能模块；所述采集模块通过传感器对电压、电流、温度的模拟信号进行采集并将采集的模拟信号进行限幅、滤波、放大和衰减处理后发送给模数转换模块进行模数转换成数字信号，然后
发送给数字信号处理器以运用数字处理方法进行运算处理，处理完后通过数模转换成模拟信号，采用pwm输出信号经过功率开关管实现；
27.所述逻辑计算功能模块通过对采样到的数据，基于电压电流进行计算出相应的功率和电压、电流的有效值，然后根据相应的功率来判断所运行的逻辑：
28.当通过运行模式切换模块设定运行电池优先模式时，
29.若光伏pv功率大于充电功率时，优先充电池，余电供负载；
30.若光伏pv功率小于充电功率时，优先充电池，电网供负载，同时对电池充电；
31.如果并网后备模式没有放电或者切换到其他模式，为保持电池电化学活性，限流充电一周后，进入电池放电状态，电池放电功率为额定输出功率的20％；
32.当通过运行模式切换模块设定运行负载优先模式时，
33.若光伏pv功率大于负载功率时，pv优先给负载供电，余电充电池；
34.若光伏pv功率不满足负载时，电池自动放电。电池如果放电到欠压保护点，pv和电网一起给负载供电，为保护电池，用小功率能量给电池涓流充电，电池充电到预设程度可恢复供电；
35.所述实时监测故障报警模块用于：系统进入正常工作状态后不停的调用函数判断系统是否出现故障，当判断出现故障后，会触发停机，等故障消除再恢复运行；若判断双向电池逆变器和旁路柜发生故障无法继续开机运行，或者触发严重故障，则执行如下操作：
36.操作1：在机器故障状态下，打开旁路柜bypass维修开关；
37.操作2：关断储能控制器交流断路器、旁路柜pcs断路器、旁路柜负载断路器、旁路柜电网断路器、旁路柜油机断路器；
38.此时，交直流电均与储能控制器和旁路柜断开连接，负载全部由电网或者油机供应，待余电放电完毕后可展开维修工作；
39.所述输出控制功能模块用于：系统进入正常工作状态后会根据运行模式得到一个逆变还是整流的方向，以及电感电流的参考值来实时自动补偿控制到目标值，通过pi控制似的电流能跟踪，计算出所需的pmw占空比进行输出。
40.作为上述方案的改进，所述通信存储功能模块包括spi通讯单元，所述双向电池逆变器对于已经设置好的参数需要进行保存，通过所述spi通讯单元存储在外部eeprom里面，并在初始化时读取。
41.作为上述方案的改进，所述通信存储功能模块包括rs485通讯单元，多个双向电池逆变器之间通过所述rs485通讯单元实现通讯。
42.作为上述方案的改进，所述通信存储功能模块包括can-a接口，所述双向电池逆变器通过所述can-a接口与带有bms管理系统的储能电池实现通讯。
43.作为上述方案的改进，所述通信存储功能模块包括can-b接口，所述双向电池逆变器通过所述can-b接口与所述旁路柜或光伏直流变流器实现通讯。
44.与现有技术相比，本发明实施例提供的一种双向电池逆变器及双向电池逆变器储能系统，能够对离并网光伏储能逆变器进行功率管理，最大程度减小用户对系统的有功功率和无功功率消耗，减小对电网的冲击，平滑输出功率，提高用户新能源电能量的使用效率。
附图说明
45.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
46.图1是本发明实施例提供的一种双向电池逆变器的结构示意图。
47.图2是本发明实施例提供的一种双向电池逆变器储能系统的结构示意图。
具体实施方式
48.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
50.此外，术语“第一”、“第二“仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
51.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.参考图1，本发明实施例提供一种双向电池逆变器2，所述双向电池逆变器2为离并网光伏储能逆变器，用于将电网/油机的能量储能到电池，以及将存储的能量再释放到电网或者供应负载；所述双向电池逆变器搭配旁路柜实现并离网无缝切换，保证负载不间断供电；所述双向电池逆变器搭配所述光伏直流变流器把光伏能量充到电池或经过双向电池逆变器逆变输出。
53.具体的，所述双向电池逆变器2包括采集模块21、模数转换模块22、数字信号处理器23、通信存储功能模块24、运行模式切换模块25，逻辑计算功能模块26、实时监测故障报警模块27以及输出控制功能模块28。
54.所述采集模块21通过传感器对电压、电流、温度的模拟信号进行采集并将采集的模拟信号进行限幅、滤波、放大和衰减处理后发送给模数转换模块22进行模数转换成数字信号，然后发送给数字信号处理器23以运用数字处理方法进行运算处理，处理完后通过数模转换成模拟信号，采用pwm输出信号经过功率开关管实现。
55.所述逻辑计算功能模块26通过对采样到的数据，基于电压电流进行计算出相应的
功率和电压、电流的有效值，然后根据相应的功率来判断所运行的逻辑：
56.当通过运行模式切换模块25设定运行电池优先模式时，
57.若光伏pv功率大于充电功率时，优先充电池，余电供负载；
58.若光伏pv功率小于充电功率时，优先充电池，电网供负载，同时对电池充电；
59.如果并网后备模式没有放电或者切换到其他模式，为保持电池电化学活性，限流充电一周后，进入电池放电状态，电池放电功率为额定输出功率的20％；
60.当通过运行模式切换模块25设定运行负载优先模式时，
61.若光伏pv功率大于负载功率时，pv优先给负载供电，余电充电池；
62.若光伏pv功率不满足负载时，电池自动放电。电池如果放电到欠压保护点，pv和电网一起给负载供电，为保护电池，用小功率能量给电池涓流充电，电池充电到预设程度可恢复供电；
63.所述实时监测故障报警模块27用于：系统进入正常工作状态后不停的调用函数判断系统是否出现故障，当判断出现故障后，会触发停机，等故障消除再恢复运行；若判断双向电池逆变器和旁路柜发生故障无法继续开机运行，或者触发严重故障，则执行如下操作：
64.操作1：在机器故障状态下，打开旁路柜bypass维修开关；
65.操作2：关断储能控制器交流断路器、旁路柜pcs断路器、旁路柜负载断路器、旁路柜电网断路器、旁路柜油机断路器；
66.此时，交直流电均与储能控制器和旁路柜断开连接，负载全部由电网或者油机供应，待余电放电完毕后可展开维修工作；
67.所述输出控制功能模块28用于：系统进入正常工作状态后会根据运行模式得到一个逆变还是整流的方向，以及电感电流的参考值来实时自动补偿控制到目标值，通过pi控制似的电流能跟踪，计算出所需的pmw占空比进行输出。
68.其中，所述通信存储功能模块24包括spi通讯单元，所述双向电池逆变器对于已经设置好的参数需要进行保存，通过所述spi通讯单元存储在外部eeprom里面，并在初始化时读取。
69.进一步的，所述通信存储功能模块24包括rs485通讯单元，多个双向电池逆变器之间通过所述rs485通讯单元实现通讯。
70.进一步的，所述通信存储功能模块24包括can-a接口，所述双向电池逆变器通过所述can-a接口与带有bms管理系统的储能电池实现通讯。
71.进一步的，所述通信存储功能模块24包括can-b接口，所述双向电池逆变器通过所述can-b接口与所述旁路柜或光伏直流变流器实现通讯。
72.参考图2，本发明实施例提供了一种双向电池逆变器储能系统，其包括储能电池1、双向电池逆变器2、光伏组件3、光伏直流变流器4、旁路柜5、负载6、电网7和油机8。其中，所述光伏组件3的输出端与光伏直流变流器4的输入端电性连接，所述光伏直流变流器4的输出端与旁路柜5的输入端电性连接，所述旁路柜5的输出端与双向电池逆变器2的输入端电性连接，所述双向电池逆变器2的输出端与储能电池1的输入端电性连接。
73.所述双向电池逆变器2为离并网光伏储能逆变器，用于将电网/油机的能量储能到电池，以及将存储的能量再释放到电网或者供应负载；所述双向电池逆变器搭配所述旁路柜实现并离网无缝切换，保证负载不间断供电；所述双向电池逆变器搭配所述光伏直流变
流器把光伏能量充到电池或经过双向电池逆变器逆变输出；
74.系统上电初始化完毕后，通过双向电池逆变器采集直流侧、交流侧的电压和电流以及温度，然后根据采集到数据进行计算功率，根据各个功率来分配输出，若检测到故障则关机，通过和内部以及和外部系统的通讯，对整个系统中的光伏、电池、电网以及负载进行能量管理，实现光伏能量的最优利用和电量收益最大化；
75.具体的，如图1所示，所述双向电池逆变器2包括采集模块21、模数转换模块22、数字信号处理器23、通信存储功能模块24、运行模式切换模块25，逻辑计算功能模块26、实时监测故障报警模块27以及输出控制功能模块28。所述采集模块21通过传感器对电压、电流、温度的模拟信号进行采集并将采集的模拟信号进行限幅、滤波、放大和衰减处理后发送给模数转换模块22进行模数转换成数字信号，然后发送给数字信号处理器23以运用数字处理方法进行运算处理，处理完后通过数模转换成模拟信号，采用pwm输出信号经过功率开关管实现；
76.所述逻辑计算功能模块26通过对采样到的数据，基于电压电流进行计算出相应的功率和电压、电流的有效值，然后根据相应的功率来判断所运行的逻辑：
77.当通过运行模式切换模块25设定运行电池优先模式时，
78.若光伏pv功率大于充电功率时，优先充电池，余电供负载；
79.若光伏pv功率小于充电功率时，优先充电池，电网供负载，同时对电池充电；
80.如果并网后备模式没有放电或者切换到其他模式，为保持电池电化学活性，限流充电一周后，进入电池放电状态，电池放电功率为额定输出功率的20％；
81.当通过运行模式切换模块25设定运行负载优先模式时，
82.若光伏pv功率大于负载功率时，pv优先给负载供电，余电充电池；
83.若光伏pv功率不满足负载时，电池自动放电。电池如果放电到欠压保护点，pv和电网一起给负载供电，为保护电池，用小功率能量给电池涓流充电，电池充电到预设程度可恢复供电；
84.所述实时监测故障报警模块27用于：系统进入正常工作状态后不停的调用函数判断系统是否出现故障，当判断出现故障后，会触发停机，等故障消除再恢复运行；若判断双向电池逆变器和旁路柜发生故障无法继续开机运行，或者触发严重故障，则执行如下操作：
85.操作1：在机器故障状态下，打开旁路柜bypass维修开关；
86.操作2：关断储能控制器交流断路器、旁路柜pcs断路器、旁路柜负载断路器、旁路柜电网断路器、旁路柜油机断路器；
87.此时，交直流电均与储能控制器和旁路柜断开连接，负载全部由电网或者油机供应，待余电放电完毕后可展开维修工作；
88.所述输出控制功能模块28用于：系统进入正常工作状态后会根据运行模式得到一个逆变还是整流的方向，以及电感电流的参考值来实时自动补偿控制到目标值，通过pi控制似的电流能跟踪，计算出所需的pmw占空比进行输出。
89.其中，所述通信存储功能模块24包括spi通讯单元，所述双向电池逆变器对于已经设置好的参数需要进行保存，通过所述spi通讯单元存储在外部eeprom里面，并在初始化时读取。
90.进一步的，所述通信存储功能模块24包括rs485通讯单元，多个双向电池逆变器之
间通过所述rs485通讯单元实现通讯。
91.进一步的，所述通信存储功能模块24包括can-a接口，所述双向电池逆变器通过所述can-a接口与带有bms管理系统的储能电池实现通讯。
92.进一步的，所述通信存储功能模块24包括can-b接口，所述双向电池逆变器通过所述can-b接口与所述旁路柜或光伏直流变流器实现通讯。
93.以上所揭露的仅为本发明一些较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。