一种功率变换器、其控制方法及储能系统与流程

本技术涉及能源，尤其涉及一种功率变换器、其控制方法及储能系统。

背景技术：

1、在储能系统中，为了追求多充多放，提升系统循环效率，往往会从功率变换效率、电池容量状态(state of charge，soc)估算精度、能耗管理等多个维度综合考虑。随着功率变换设备的功率日益增大，基于器件功率、成本及输出纹波等要求，在储能系统中功率变换设备常采用多个功率变换电路并联的拓扑结构。由于功率变换电路在转换过程中存在传导损耗、开关损耗、栅极驱动损耗等，实际转换效率不能达到100％。功率变换电路的总损耗和开关频率之间存在类似于抛物线的关系，目前往往综合考虑输出纹波、开关损耗、温度升高、最小占空比限制及电磁兼容性(electromagnetic compatibility，emc)等因素，尽量控制功率变换电路运行在最优开关频率点位置，以提升功率变换电路的转换效率。在由多个功率变换电路并联构成的功率变换设备中，当负载不变时，通过择优控制功率变换电路内的开关频率来降低转换损耗，确实可以提高功率变换设备的转换效率，但是，在负载落入轻载范围时，功率变换电路的转换效率明显降低。尤其是在多个功率转换器并联的拓扑结构中，此时每个功率转换器都工作在低效率状态，不利于储能系统循环效率提升的。

技术实现思路

1、本技术提供了一种功率变换器、其控制方法及储能系统，用以提升功率变换器的运行效率，尤其是在轻载下提升系统效率。

2、第一方面，本技术实施例提供一种功率变换器，功率变换器包括并联的多个功率变换电路。各功率变换电路的输入端与储能装置的输出端连接，各功率变换电路的输出端用于连接直流母线或交流母线，以和负载设备或者电网连接，功率变换电路用于将储能装置提供的电池电压经过功率变换后输出母线电压或输出交流电。功率变换器还可以包括控制器，每个功率变换电路中均包括多个开关管，控制器用于控制各功率变换电路中开关管的通断状态，以控制功率变换电路的输出电压和输出电流，进而控制功率变换电路的输出效率和转换效率。

3、在本技术中，在功率变换器的负载发生变化而导致功率变换器的总输出功率减小时，可以控制多个功率变换电路中至少一个功率变换电路从运行状态切换为停止状态，使得在功率变换器的总输出功率减小到设定数值后，处于运行状态的各功率变换电路具有第一转换效率，在至少一个功率变换电路从运行状态切换为停止状态之后，处于运行状态的各功率变换电路具有第二转换效率，第二转换效率大于第一转换效率，以提高处于运行状态的功率变换电路的转换效率，进而提升功率变换器的运行效率。转换效率可以通过输入功率和输出功率计算获得。

4、在本技术一些实施例中，在功率变换器的负载发生变化而导致功率变换器的总输出功率增大时，可以控制多个功率变换电路中至少一个功率变换电路从停止状态切换为运行状态，使得在功率变换器的总输出功率增大到设定数值后，处于运行状态的各功率变换电路具有第三转换效率，在至少一个功率变换电路从停止状态切换为运行状态之后，处于运行状态的各功率变换电路具有第四转换效率，第四转换效率大于第三转换效率，以提高处于运行状态的功率变换电路的转换效率，进而提升功率变换器的运行效率。

5、在本技术一些实施例中，控制器可以实时获取功率变换器的输出端当前的输出电压和输出电流，实时计算功率变换器当前的总输出功率，结合功率变换器的总额定功率和功率变换器的预设负载率，确定多个功率变换电路的最佳运行数量，并控制多个功率变换电路中处于运行状态的功率变换电路数量切换至最佳运行数量，使每个功率转换器的运行效率都是最优的。其中，预设负载率是通过多个功率变换电路的转换效率与负载率之间的关系和多个功率变换电路的预设转换效率确定的。

6、在本技术一些实施例中，控制器可以先根据多个功率变换电路当前的总输出功率和多个功率变换电路的总额定功率，确定多个功率变换电路当前的总负载率，总负载率具体可以等于总输出功率与总额定功率的比值。之后，控制器根据总负载率和已知的预设负载率，确定多个功率变换电路的最佳运行数量。最后，控制器控制多个功率变换电路中运行的功率变换电路数量切换至最佳运行数量，这样处于运行状态的功率变换电路负担的转换功率就会增加到高转换效率范围，完成转换效率寻优的控制。其中，已知的预设负载率可以通过已知的单一功率变换电路的效率曲线获知。

7、本技术采用确认最佳运行数量的方式，可以控制功率变换电路运行在当前负载率下的高转换效率范围，从而避免全部功率变换电路都工作在轻载低效率点，降低功率变换器总损耗，可以明显提升系统运行效率。

8、在本技术一些实施例中，控制器具体可以在确定多个功率变换电路的总负载率满足多个功率变换电路的预设负载率，则确定多个功率变换电路的总负载率处于效率曲线中的设定效率阶段，即确定当前处于运行状态的功率变换电路数量为最佳运行数量，则保持当前运行的功率变换电路数量。控制器还可以在多个功率变换电路的总负载率不满足多个功率变换电路的预设负载率，则确定多个功率变换电路的总负载率处于效率曲线中的设定效率阶段之外，则根据设定效率阶段对应的预设负载率、单一功率变换电路的额定功率以及多个功率变换电路当前的总输出功率，确定多个功率变换电路的最佳运行数量。

9、在本技术一些实施例中，控制器在确定多个功率变换电路的最佳运行数量为多个时，可以确定多个最佳运行数量中，多个功率变换电路中处于运行状态的功率变换电路的转换效率最高的运行数量为最终的最佳运行数量。具体地，在确定出最佳运行数量不是唯一值时，可以分别确定多个最佳运行数量对应的负载率。之后，根据单一功率变换电路的效率曲线，确定多个最佳运行数量对应的负载率中效率最佳点，按照效率最佳点确定最终的最佳运行数量，以保证切换至最佳运行数量后，处于运行状态的功率变换电路均最高转换效率。

10、在本技术另一些实施例中，控制器在确定多个功率变换电路的最佳运行数量为多个时，可以确定多个最佳运行数量中，与多个功率变换电路中当前运行数量最为接近的运行数量为最终的最佳运行数量。具体地，在确定出最佳运行数量不是唯一值时，也可以控制多个功率变换电路中运行的功率变换电路数量切换至与当前运行的功率变换电路数量最接近的最佳运行数量，可以减少功率变换电路的动作次数，有利于系统稳定运行。

11、本技术实施例提供的上述功率变换器可以广泛应用于工商业储能、电站储能或充电场站等储能系统。

12、第二方面，本技术提供了一种储能系统，储能系统可以包括第一方面中任一可能设计的功率变换器以及储能装置，功率变换器中的多个功率变换电路的输入端与储能装置的输出端连接，多个功率变换电路的输出端与负载设备或电网连接，功率变换器用于将储能装置提供的电能经过功率变换后输出。根据多个功率变换电路的总输出功率，可以控制多个功率变换电路中不同功率变换电路的投入或退出工作，以改变多个功率变换电路中运行的功率变换电路数量，使处于运行状态的各功率变换电路提高输出效率，以提升功率变换器的运行效率，尤其是在轻载下提升系统效率。

13、第三方面，本技术提供了一种功率变换器的控制方法，功率变换器包括并联的多个功率变换电路，控制方法包括：在功率变换器的负载发生变化而导致功率变换器的总输出功率减小时，可以控制多个功率变换电路中至少一个功率变换电路从运行状态切换为停止状态，使得在功率变换器的总输出功率减小到设定数值后，处于运行状态的各功率变换电路具有第一转换效率，在至少一个功率变换电路从运行状态切换为停止状态之后，处于运行状态的各功率变换电路具有第二转换效率，第二转换效率大于第一转换效率，以提高处于运行状态的功率变换电路的转换效率，进而提升功率变换器的运行效率。转换效率可以通过输入功率和输出功率计算获得。

14、在本技术一些实施例中，在功率变换器的负载发生变化而导致功率变换器的总输出功率增大时，可以控制多个功率变换电路中至少一个功率变换电路从停止状态切换为运行状态，使得在功率变换器的总输出功率增大到设定数值后，处于运行状态的各功率变换电路具有第三转换效率，在至少一个功率变换电路从停止状态切换为运行状态之后，处于运行状态的各功率变换电路具有第四转换效率，第四转换效率大于第三转换效率，以提高处于运行状态的功率变换电路的转换效率，进而提升功率变换器的运行效率。

15、在本技术一些实施例中，可以实时获取功率变换器的输出端当前的输出电压和输出电流，实时计算功率变换器当前的总输出功率，结合功率变换器的总额定功率和功率变换器的预设负载率，确定多个功率变换电路的最佳运行数量，并控制多个功率变换电路中处于运行状态的功率变换电路数量切换至最佳运行数量，使每个功率转换器的运行效率都是最优的。其中，预设负载率是通过多个功率变换电路的转换效率与负载率之间的关系和多个功率变换电路的预设转换效率确定的。

16、在本技术一些实施例中，可以先根据多个功率变换电路当前的总输出功率和多个功率变换电路的总额定功率，确定多个功率变换电路当前的总负载率，总负载率具体可以等于总输出功率与总额定功率的比值。之后，控制器根据总负载率和已知的预设负载率，确定多个功率变换电路的最佳运行数量。最后，控制器控制多个功率变换电路中运行的功率变换电路数量切换至最佳运行数量，这样处于运行状态的功率变换电路负担的转换功率就会增加到高转换效率范围，完成转换效率寻优的控制。其中，已知的预设负载率可以通过已知的单一功率变换电路的效率曲线获知。

17、在本技术一些实施例中，可以在确定多个功率变换电路的总负载率满足多个功率变换电路的预设负载率，则确定多个功率变换电路的总负载率处于效率曲线中的设定效率阶段，即确定当前处于运行状态的功率变换电路数量为最佳运行数量，则保持当前运行的功率变换电路数量。还可以在多个功率变换电路的总负载率不满足多个功率变换电路的预设负载率，则确定多个功率变换电路的总负载率处于效率曲线中的设定效率阶段之外，则根据设定效率阶段对应的预设负载率、单一功率变换电路的额定功率以及多个功率变换电路当前的总输出功率，确定多个功率变换电路的最佳运行数量。

18、在本技术一些实施例中，在确定多个功率变换电路的最佳运行数量为多个时，可以确定多个最佳运行数量中，多个功率变换电路中处于运行状态的功率变换电路的转换效率最高的运行数量为最终的最佳运行数量。具体地，在确定出最佳运行数量不是唯一值时，可以分别确定多个最佳运行数量对应的负载率。之后，根据单一功率变换电路的效率曲线，确定多个最佳运行数量对应的负载率中效率最佳点，按照效率最佳点确定最终的最佳运行数量，以保证切换至最佳运行数量后，处于运行状态的功率变换电路均最高转换效率。

19、在本技术一些实施例中，在确定多个功率变换电路的最佳运行数量为多个时，可以确定多个最佳运行数量中，与多个功率变换电路中当前运行数量最为接近的运行数量为最终的最佳运行数量。具体地，在确定出最佳运行数量不是唯一值时，也可以控制多个功率变换电路中运行的功率变换电路数量切换至与当前运行的功率变换电路数量最接近的最佳运行数量，可以减少功率变换电路的动作次数，有利于系统稳定运行。

20、第二方面和第三方面中的任一可能设计可以达到的技术效果，请参照上述第一方面中的任一可能设计可以达到的技术效果，这里不再重复赘述。本技术的这些方面或其它方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。