中压直流耦合器及直流网系统的制作方法

本发明涉及电力电子技术和耦合器，尤其是指直流组网中的一种中压直流耦合器。

背景技术：

1、随着传统化石能源的日益短缺和环境问题的突出，新能源作为一种新型可再生清洁能源，获得了大规模的应用和推广。风力和光伏作为新能源发电的重要应用形式，近年来迅猛发展，其技术也不断更新和进步。同时，由于风力和光伏发电受到环境的影响，发电输出存在一定的随机性和波动性。对了一些应用场合，需要采用储能装置对光伏和风力发电进行储存和保持稳定电压或功率输出，在这些应用场合一般需要两个或两个以上的变换控制电路来实现。对于一些需要储能和直流供电的场合，如果使用两个独立的dcdc控制电路，一方面会增加系统的成本和整体体积，另一方面也会降低系统的整体效率，特别是难以直接发挥电池系统的直流稳压能力。由于光伏风力发电系统的应用限制，常规的基本dcdc双向变换电路无法很好的满足应用需求。为了发挥新能源消纳，电网未来发展的一个重要趋势就是交直流共生模式，一些主要的应用将采用直流网替代传统交流网；直流网的特性和传统交流电网存在很大区别，特别是直流电是持续电流，不过零点，很多传统开关组件均难以胜任直流的接触和分断。

2、传统开关的分断接触靠内部触点，由于直流电是一种连续的电流，传统开关在面对直流分段和闭合的过程中，拉弧问题会更严重。在交流下通道管理的过程中，由于交流电是一种玄波，它会周期性通过零点，采用一些简单的格栅处理传统开关就可以有效的避开拉弧问题。直流电因为没有零点，开关触点就很容易出故障，导致粘连和损坏。要解决直流这个通道管理，首先要解决开关的问题。目前为止，全行业没有真正可靠的直流大功率开关。

3、耦合器是作为电力电子技术领域中应用十分广泛的电力器件，随着光伏和风力发电等新能源技术的发展，对新型耦合器带来了新的需求，作为电能管理的重要环节，其性能影响直流组网的功能实现性和运行可靠性。直流耦合器作为连通中压直流网、中压直流电源和储能的关键部件，中压直流耦合器的研究成为一种热门的研究方向。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中两个独立dcdc控制电路系统工作效率低下以及基本双向dcdc变换电路无法满足应用需求，并且很多传统开关组件均难以胜任直流的接触和分断，提供了一种中压直流耦合器以及防浪涌开关组，所述中压直流耦合器是直流组网中依托储能特性和直流电源接入而研制的专用通道管理器，兼容各种直流保护，包括并不限于直流并网、储能保护、光伏直流并网及保护、直流风能并网及保护等。其作为独立产品设计，可替代直流通信、电池bms保护组件、中压直流并联管理、中压直流并网应用等，是一种高度集成的综合通道管理器，大大提高了直流组网的工作效率。

2、第一方面，为解决上述技术问题，本发明提供了一种中压直流耦合器，包括，第一直流侧和第二直流侧；耦合开关km，所述耦合开关km的两端分别连接所述第一直流侧和第二直流侧；第一开关k1，所述第一开关k1的两端分别连接所述第一直流侧和第二直流侧；限流单元；第二开关k2，所述第二开关k2与所述限流单元串联，且两者串联后的整体连接所述第一直流侧和第二直流侧；所有开关初始状态均为断开，在计入系统前，由控制电路进行内外差识别；其中，当所述第一直流侧和所述第二直流侧两者的电压差等于电压阈值时，所述耦合开关km导通，所述第一开关k1和第二开关k2均断开，此时两侧直流电可以直接导通；当所述第一直流侧和所述第二直流侧两者的电压差大于电压阈值时，所述第二开关k2导通，所述耦合开关km和第一开关k1均断开，限流单元开启工作，将高电压侧电流以限流状态向低电压测引流，直到电压差小于阈值；当所述第一直流侧和所述第二直流侧两者的电压差小于电压阈值时，所述第一开关k1导通，所述耦合开关km和第二开关k2均断开。

3、在本发明的一个实施例中，还包括控制模块，所述控制模块同时连接所述耦合开关km、所述第一开关k1、所述第二开关k2和所述限流单元。

4、在本发明的一个实施例中，所述电压阈值设置为2～5v，可以在特定要求下设置。

5、在本发明的一个实施例中，还包括第一二极管，所述第一二极管与所述第一开关k1串联、且所述第一二极管的正极连接所述耦合开关km，其负极连接所述第二直流侧。

6、在本发明的一个实施例中，所述耦合开关km包括第三开关k3、第四开关k4和第一电感，第三开关k3和第四开关k4串联，第一电感并联在第三开关k3的两端，第三开关k3和第四开关k4串联的整体一端连接第一直流侧，另一端连接第二直流侧；当耦合开关km需要闭合时，先闭合第四开关k4，在闭合第三开关k3；当耦合开关km需要断开时，先断开第三开关k3，再断开第四开关k4。

7、在本发明的一个实施例中，所述耦合开关km包括第七开关k7、第八开关k8和第二电感，第二电感并联在第八开关k8的两端，第七开关k7和第八开关k8串联的整体一端连接第一直流侧，另一端连接第二直流侧；当耦合开关km需要闭合时，先闭合第七开关k7，在闭合第八开关k8；当耦合开关km需要断开时，先断开第八开关k8，再断开第七开关k7。

8、在本发明的一个实施例中，还包括电容，所述电容并联在第二电感的两端，所述耦合开关km在设计过程中，开关分断和闭合次序不变。

9、在本发明的一个实施例中，所述耦合开关km包括第五开关k5、第六开关k6、第二二极管和第三二极管；当需要过充保护时，第五开关k5断开第六开关k6闭合，所述直流储能柜停止充电并进入自平衡状态，且不影响电池系统对外放电；当需要过放保护时，第六开关k6断开第五开关k5闭合，此时所述直流储能柜只接受充电。

10、在本发明的一个实施例中，所述直流网包括中压光伏电源、中压风力电能和其他中压直流电源。

11、第二方面，为解决以上技术问题，本发明提供了一种直流网系统，包括所述中压直流耦合器，以及直流储能柜，所述中压直流耦合器的第一直流侧连接所述直流储能柜，所述中压直流耦合器的第二直流侧连接直流网。

12、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下有益效果：所述中压直流耦合器，兼容各种直流保护，包括并不限于直流并网、储能保护、光伏直流并网及保护、直流风能并网及保护等。所述中压直流耦合器可替代直流通信、电池bms保护组件、中压直流并联管理、pcs智能预充、电池涓流修复、电池自我诊断、中压直流并网应用等，是一种高度集成的综合通道管理器。防浪涌开关组在实际控制中明显分开了闭合管理和分段管理的次序，能够安全闭合。

技术特征：

1.一种中压直流耦合器，其特征在于：包括，

2.根据权利要求1所述的中压直流耦合器，其特征在于：还包括控制模块，所述控制模块同时连接所述耦合开关km、所述第一开关k1、所述第二开关k2和所述限流单元。

3.根据权利要求1所述的中压直流耦合器，其特征在于：所述电压阈值设置为2～5v，可以在特定要求下设置。

4.根据权利要求1所述的中压直流耦合器，其特征在于：还包括第一二极管，所述第一二极管与所述第一开关k1串联、且所述第一二极管的正极连接所述耦合开关km，其负极连接所述第二直流侧。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的中压直流耦合器，其特征在于：所述耦合开关km包括第三开关k3、第四开关k4和第一电感，第三开关k3和第四开关k4串联，第一电感并联在第三开关k3的两端，第三开关k3和第四开关k4串联的整体一端连接第一直流侧，另一端连接第二直流侧；当耦合开关km需要闭合时，先闭合第四开关k4，在闭合第三开关k3；当耦合开关km需要断开时，先断开第三开关k3，再断开第四开关k4。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的中压直流耦合器，其特征在于：所述耦合开关km包括第七开关k7、第八开关k8和第二电感，第二电感并联在第八开关k8的两端，第七开关k7和第八开关k8串联的整体一端连接第一直流侧，另一端连接第二直流侧；当耦合开关km需要闭合时，先闭合第七开关k7，在闭合第八开关k8；当耦合开关km需要断开时，先断开第八开关k8，再断开第七开关k7。

7.根据权利要求6所述的中压直流耦合器，其特征在于：还包括电容，所述电容并联在第二电感的两端，所述耦合开关km在设计过程中，开关分断和闭合次序不变。

8.根据权利要求7所述的中压直流耦合器，其特征在于：所述耦合开关km包括第五开关k5、第六开关k6、第二二极管和第三二极管；当需要过充保护时，第五开关k5断开第六开关k6闭合，所述直流储能柜停止充电并进入自平衡状态，且不影响电池系统对外放电；当需要过放保护时，第六开关k6断开第五开关k5闭合，此时所述直流储能柜只接受充电。

9.根据权利要求1所述的中压直流耦合器，其特征在于：所述直流网包括中压光伏电源、中压风力电能和其他中压直流电源。

10.一种直流网系统，其特征在于：包括如权利要求1-8任意一项所述的中压直流耦合器，以及直流储能柜，所述中压直流耦合器的第一直流侧连接所述直流储能柜，所述中压直流耦合器的第二直流侧连接直流网。

技术总结
本发明涉及一种中压直流耦合器，包括耦合开关，限流单元、控制模块、第一开关和第二开关，所述电气二极管与第一开关串联；所述限流单元与第二开关串联；所述电气二极管和第一开关串联的整体与限流单元和第二开关串联后的整体并联，将并联后的整体与耦合开关并联；所述耦合开关一端连接直流总线，另一端连接直流储能柜；所述控制模块一端连接耦合开关,另一端连接第二开关，输出BMS信号连接到直流耦合柜；本发明兼容各种直流保护，可替代直流通信、电池BMS保护组件、中压直流并联管理、中压直流并网应用等，是一种高度集成的综合直流通道管理器。

技术研发人员：杨奇,翁永凤
受保护的技术使用者：朝辉时代（太仓）能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/6