CN111224419A - 储能逆变器 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例提供了一种储能逆变器，包括直流母线、低压电池接口、高压电池接口、第一DC/DC变换器以及连接在直流母线与负载和/或电网之间的DC/AC变换器。低压电池接口通过第一DC/DC变换器与直流母线连接，控制器通过对第一DC/DC变换器的控制，实现了对低压电池接口外接的低压蓄电池的充放电控制。高压电池接口可以直接连接直流母线，控制器通过对DC/AC变换器的控制，实现了对高压电池接口外接的高压蓄电池的充放电控制。因此，本发明提供的储能逆变器兼容低压蓄电池和高压蓄电池，产品兼容性强。
Description
技术领域
发明涉及逆变器技术领域，更具体地说，涉及储能逆变器。
背景技术
储能逆变器的直流侧连接光伏组串和蓄电池，交流输出端连接电网或者为负载供电。储能逆变器在其直流母线与蓄电池之间设置一个DC/DC变换器进行电压变换。目前的蓄电池出现了两个技术路线：一个是沿用传统的通信电源方案的48V低压蓄电池；另一个是为了提高系统效率的高压蓄电池，电池电压通常在150V及以上。现有的储能逆变器针对这两种蓄电池进行了不同的设计，即同一个储能逆变器只能适用于低压蓄电池或高压蓄电池，无法兼容这两种蓄电池。
发明内容
有鉴于此，发明提出一种储能逆变器，欲实现兼容低压蓄电池和高压蓄电池的目的。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种储能逆变器，包括：
直流母线；
直流端口连接所述直流母线，交流端口用于连接负载和/或电网的DC/AC变换器；
一个直流端口与所述直流母线连接的第一DC/DC变换器；
用于外接低压蓄电池的低压电池接口，所述低压电池接口内接所述第一DC/DC变换器的另一直流端口；
用于外接高压蓄电池的高压电池接口，所述高压电池接口内接所述直流母线；以及，
分别与所述第一DC/DC变换器的控制端和所述DC/AC变换器的控制端连接的控制器。
可选的，在所述高压电池接口和所述直流母线之间还连接有第二DC/DC变换器；
所述控制器与所述第二DC/DC变换器的控制端连接。
可选的，所述第一DC/DC变换器和所述第二DC/DC变换器均为：双有源全桥DC/DC变换器；
所述第一DC/DC变换器中直流母线侧的全桥电路，和所述第二DC/DC变换器中直流母线侧的全桥电路，为同一个全桥电路；
所述第一DC/DC变换器中直流母线侧的变压器绕组，和所述第二DC/DC变换器中直流母线侧的变压器绕组，为同一个变压器绕组；
所述第一DC/DC变换器中直流母线侧的电容，和所述第二DC/DC变换器中直流母线侧的电容，为同一个电容。
可选的，所述第一DC/DC变换器中低压电池接口侧的变压器绕组，和所述第二DC/DC变换器中高压电池接口侧的变压器绕组为自耦结构。
可选的，所述第一DC/DC变换器为双有源全桥DC/DC变换器，所述第二DC/DC变换器为复用所述双有源全桥DC/DC变换器的直流母线侧的全桥电路、变压器绕组和电容的双向Buck/Boost变换器。
可选的，所述双有源全桥DC/DC变换器中的电感设置在直流母线侧。
可选的，所述储能逆变器还包括第二DC/DC变换器；
所述高压电池接口内接所述直流母线，和所述第一DC/DC变换器的一个直流端口连接所述直流母线，替换为：
所述高压电池接口的内侧端口以及所述第一DC/DC变换器的一个直流端口连接所述第二DC/DC变换器的同一个直流端口，所述第二DC/DC变换器的另一个直流端口连接所述直流母线。
可选的，在所述高压电池接口和所述直流母线之间还连接有第一开关；和/或，
在所述低压电池接口和所述直流母线之间还连接有第二开关。
可选的，所述第一开关和所述第二开关具体为：双刀双掷开关。
可选的，在所述高压电池接口和所述直流母线之间还连接有第一缓冲电路，所述控制器与所述第一缓冲电路中的开关管的控制端连接；和/或，
在所述低压电池接口和所述直流母线之间还连接有第二缓冲电路，所述控制器与所述第二缓冲电路中的开关管的控制端连接。
可选的，所述储能逆变器，还包括：
N个第三DC/DC变换器和N个光伏直流接口，N为正整数，所述第三DC/DC变换器和所述光伏直流接口一一对应设置；
每个所述光伏直流接口均用于外接光伏组串，每个所述光伏直流接口内接与其对应的所述第三DC/DC变换器的一个直流端口，每个所述第三DC/DC变换器的另一个直流端口与所述直流母线连接；
所述控制器分别与每个所述第三DC/DC变换器的控制端连接。
与现有技术相比，发明的技术方案具有以下优点：
上述技术方案提供的一种储能逆变器，包括：直流母线、低压电池接口、高压电池接口、第一DC/DC变换器以及连接在直流母线与负载和/或电网之间的DC/AC变换器。低压电池接口通过第一DC/DC变换器与直流母线连接，控制器通过对第一DC/DC变换器的控制，实现了对低压电池接口外接的低压蓄电池的充放电控制。高压电池接口可以直接连接直流母线，控制器通过对DC/AC变换器的控制，实现了对高压电池接口外接的高压蓄电池的充放电控制。因此，本发明提供的储能逆变器兼容低压蓄电池和高压蓄电池，产品兼容性强。
附图说明
为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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。
图1为本发明实施例提供的一种储能逆变器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种储能逆变器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的又一种储能逆变器的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种互锁开关的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种三端口DC/DC变换器的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种三端口DC/DC变换器的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的又一种三端口DC/DC变换器的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的又一种三端口DC/DC变换器的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的又一种储能逆变器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合发明实施例中的附图，对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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，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，都属于发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种储能逆变器的结构示意图。该储能逆变器包括控制器、低压电池接口、高压电池接口、直流母线L、DC/AC变换器和第一DC/DC变换器。DC/AC变换器的直流端口连接直流母线；DC/AC变换器的交流端口用于连接负载和/或电网。
第一DC/DC变换器的一个直流端口与直流母线L连接。低压电池接口内接第一DC/DC变换器的另一直流端口。低压电池接口用于外接低压蓄电池。第一DC/DC变换器具体可以是基于变频变压器的隔离型DC/DC变换器。第一DC/DC变换器在运行时，与低压电池接口连接的直流端口的电压低于与直流母线L连接的直流端口的电压。在一个具体实施例中，第一DC/DC变换器在运行时，与低压电池接口连接的直流端口的电压，低于与直流母线L连接的直流端口的电压的一半。
高压电池接口内接直流母线L，且高压电池接口用于外接高压蓄电池。控制器分别与第一DC/DC变换器的控制端和DC/AC变换器的控制端连接(未示出)。
在低压电池接口外接低压蓄电池时，控制器分别控制第一DC/DC变换器和DC/AC变换器的运行状态，实现对低压蓄电池的充放电控制。在高压电池接口外接高压蓄电池时，控制器控制DC/AC变换器的运行状态，实现对高压蓄电池的充放电控制。进而实现了兼容低压蓄电池和高压蓄电池。
图2为本发明实施例提供的另一种储能逆变器，相比图1提供的储能逆变器，在高压电池接口和直流母线之间还连接有第一缓冲电路S1，控制器与第一缓冲电路S1中的开关管的控制端连接；以及在低压电池接口和直流母线之间还连接有第二缓冲电路S2，控制器与第二缓冲电路S2中的开关管的控制端连接。控制器在高压电池接口与直流母线之间的电压之差超过预设第一电压阈值时，控制开关管断开，进而限制流经的电流，对高压蓄电池进行保护。控制器在低压电池接口与直流母线之间的电压之差超过预设第二电压阈值时，控制开关管断开，进而限制流经的电流，对低压蓄电池进行保护。
在控制开关管断开后，控制器还可以通过控制DC/AC变换器来调节直流母线的电压，以减小电池接口与直流母线之间的电压之差；在电池接口与直流母线之间的电压之差不超过预设电压阈值时，控制开关管闭合，储能逆变器并网发电/充电或者给负载供电。即直流母线电压小于蓄电池电压的值超过预设电压阈值时，控制开关管断开，蓄电池可以通过缓冲电路向直流母线限流充电，等两边电压之差不超过预设电压阈值时，闭合开关管。
第一缓冲电路S1和第二缓冲电路S2均由开关管、电阻和二极管组成。串联在一起的电阻和二极管，与开关管并联后组成缓冲电路；二极管中靠近蓄电池侧为正极，远离蓄电池侧为负极。图2中示出的缓冲电路为示例性说明，不应理解为对本发明的限定。其它缓冲电路结构，例如在图2示出的缓冲电路的基础上去掉二极管，或者将电阻再串联一个开关管等变型后的缓冲电路，都属于本发明的保护范围。
图3为本发明实施例提供的又一种储能逆变器，相比图1提供的储能逆变器，还包括第二DC/DC变换器、第三DC/DC变换器和光伏直流接口。第二DC/DC变换器连接在高压电池接口和直流母线L之间；控制器还分别与第二DC/DC变换器的控制端和第三DC/DC变换器的控制端连接(未示出)。第三DC/DC变换器的一个直流端口与直流母线L连接；光伏直流接口内接第三DC/DC变换器的另一个直流端口。光伏直流接口用于外接光伏组串。第二DC/DC变换器在运行时，与高压电池接口连接的直流端口的电压低于与直流母线L连接的直流端口的电压。
图3示出的光伏直流接口为一个，可以理解的是储能逆变器可以具有两个或者两个以上的光伏直流接口，以连接多个光伏组串。各个光伏直流接口分别通过一个各自对应的第三DC/DC变换器连接直流母线L。第三DC/DC变换器用于对光伏组串进行最大功率点(MPPT)跟踪。第三DC/DC变换器具体可以为boost电路。
控制器通过检测电路和通信，来识别低压电池接口和高压电池接口是否连接有蓄电池，以及连接的蓄电池的电池类型和电压是否与电池接口对应，并在判断结果均正确时对相应的蓄电池进行充放电控制。例如，对低压电池接口进行电压检测得到的电压与48V之间的差值小于预设电压阈值，并通过通信来识别蓄电池为比亚迪的低压蓄电池，进而确定低压电池接口连接的电池类型和电压均正确，则通过第一DC/DC变换器对低压蓄电池进行充放电控制。对高压电池接口进行电压检测得到的电压与200V之间的差值小于预设电压阈值，并通过通信来识别蓄电池为比亚迪的高压蓄电池，进而确定高压电池接口连接的电池类型和电压均正确，则通过第二DC/DC变换器对高压蓄电池进行充放电控制。
在一个具体实施例中，第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器，分别可以提供1.5～10倍的放大倍数，进而使得电池接口电压和直流母线的电压范围有较大的调节范围，可以接入的电池电压和类型更广。本发明提供的储能逆变器可以是单相逆变器，也可以是三相逆变器。
对不同类型的蓄电池的控制逻辑和参数，是提前设置好的并且预存在控制器的存储器中，当识别到蓄电池的电池类型时，选择与该蓄电池所对应的控制逻辑和参数来进行充放电控制。
当低压蓄电池和高压蓄电池同时连接本发明提供的储能逆变器时，两个蓄电池的通信可以连接在一个总线上，例如RS485总线或者CAN总线。储能逆变器的控制器通过轮询方式来识别两个蓄电池的电池类型，并通过端口电压来进一步判断电池连接是否正确。
第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器均为双向DC/DC变换器，因此，在高压蓄电池和低压蓄电池同时接入时，低压蓄电池和直流母线L之间、高压蓄电池和直流母线L之间以及低压蓄电池和高压蓄电池之间均可以进行能量流动。为了避免两个蓄电池同时运行产生干扰和其它问题，还可以在高压电池接口和直流母线L之间设置第一开关；以及，在低压电池接口和直流母线之间设置第二开关。在其中一个蓄电池投入使用时，断开另一个蓄电池与直流母线L的连接。或者通过设置互锁结构，使得第一开关和第二开关不能同时闭合。如图4所示，采用双刀双掷开关来实现第一开关和第二开关的功能，当开关切到任意一边时，只能连通一个蓄电池。
可以通过三端口DC/DC变换器来实现第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器的功能。参见图5，高压电池接口与直流母线L之间、低压电池接口与直流母线L之间均是双有源全桥DC/DC变换器结构，两个双有源全桥DC/DC变换器复用了部分电路结构；即两个双有源全桥DC/DC变换器共用直流母线侧的全桥电路、变压器绕组和电容，因此成本低。且与低压电池接口连接的双有源全桥DC/DC变换器的低压接口侧的变压器绕组的匝数，大于与高压电池接口连接的双有源全桥DC/DC变换器的高压接口侧的变压器绕组的匝数。
针对蓄电池的充放电功率不是特别大，或者两个蓄电池不会同时运行的情况，还可以将图5中的变压器绕组进一步复用，将与低压电池接口连接的双有源全桥DC/DC变换器的低压接口侧的变压器绕组，和与高压电池接口连接的双有源全桥DC/DC变换器的高压接口侧的变压器绕组，设置为自耦结构，如图6所示，进一步减小变压器的尺寸和成本。示例性的，原来有1个20匝的绕组和1个60匝的绕组，两个绕组总共需要80匝；采用自耦结构后，可以用20匝的绕组充当一部分60匝的绕组，那么原来需要60匝的绕组现在只需要40匝了，两个绕组总共只需要60匝，节省了20匝。
图7为本发明实施例提供的又一种三端口DC/DC变换器。低压电池接口与直流母线之间采用双有源全桥DC/DC变换器，高压电池接口与直流母线L之间采用双向Buck/Boost变换器。双向Buck/Boost变换器复用双有源全桥DC/DC变换器的直流母线侧的全桥电路、变压器绕组和电容。此方案只需要在原有低压蓄电池变换器拓扑上，增加电容和电感形成高压蓄电池变换器，实现成本低。进一步的，在高压电池接口的电容与母线之间串联开关，以避免当只接入低压蓄电池运行时，高压电池接口的电容对拓扑运行产生的干扰。
图8为本发明实施例提供的又一种三端口DC/DC变换器。相比图7示出的三端口DC/DC变换器，低压电池接口与直流母线L之间采用的双有源全桥DC/DC变换器的电感设置在直流母线侧。此方案只需要在原有低压蓄电池变换器拓扑上增加电容即可形成高压蓄电池变换器，实现成本更低。
图9为本发明实施例提供的又一种储能逆变器。低压电池接口依次经过第一DC/DC变换器和第二DC/DC变换器连接直流母线L；高压电池接口经过第二DC/DC变换器连接直流母线L。高压电池接口与第一DC/DC变换器连接于第二DC/DC变换器的同一个直流端口。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (11)
1.一种储能逆变器，其特征在于，包括：
直流母线；
直流端口连接所述直流母线，交流端口用于连接负载和/或电网的DC/AC变换器；
一个直流端口与所述直流母线连接的第一DC/DC变换器；
用于外接低压蓄电池的低压电池接口，所述低压电池接口内接所述第一DC/DC变换器的另一直流端口；
用于外接高压蓄电池的高压电池接口，所述高压电池接口内接所述直流母线；以及，
分别与所述第一DC/DC变换器的控制端和所述DC/AC变换器的控制端连接的控制器。
2.根据权利要求1所述的储能逆变器，其特征在于，在所述高压电池接口和所述直流母线之间还连接有第二DC/DC变换器；
所述控制器与所述第二DC/DC变换器的控制端连接。
3.根据权利要求2所述的储能逆变器，其特征在于，所述第一DC/DC变换器和所述第二DC/DC变换器均为：双有源全桥DC/DC变换器；
所述第一DC/DC变换器中直流母线侧的全桥电路，和所述第二DC/DC变换器中直流母线侧的全桥电路，为同一个全桥电路；
所述第一DC/DC变换器中直流母线侧的变压器绕组，和所述第二DC/DC变换器中直流母线侧的变压器绕组，为同一个变压器绕组；
所述第一DC/DC变换器中直流母线侧的电容，和所述第二DC/DC变换器中直流母线侧的电容，为同一个电容。
4.根据权利要求3所述的储能逆变器，其特征在于，所述第一DC/DC变换器中低压电池接口侧的变压器绕组，和所述第二DC/DC变换器中高压电池接口侧的变压器绕组为自耦结构。
5.根据权利要求2所述的储能逆变器，其特征在于，所述第一DC/DC变换器为双有源全桥DC/DC变换器，所述第二DC/DC变换器为复用所述双有源全桥DC/DC变换器的直流母线侧的全桥电路、变压器绕组和电容的双向Buck/Boost变换器。
6.根据权利要求5所述的储能逆变器，其特征在于，所述双有源全桥DC/DC变换器中的电感设置在直流母线侧。
7.根据权利要求1所述的储能逆变器，其特征在于，还包括第二DC/DC变换器；
将所述高压电池接口内接所述直流母线，和所述第一DC/DC变换器的一个直流端口连接所述直流母线，替换为：
所述高压电池接口的内侧端口以及所述第一DC/DC变换器的一个直流端口连接所述第二DC/DC变换器的同一个直流端口，所述第二DC/DC变换器的另一个直流端口连接所述直流母线。
8.根据权利要求1所述的储能逆变器，其特征在于，在所述高压电池接口和所述直流母线之间还连接有第一开关；和，
在所述低压电池接口和所述直流母线之间还连接有第二开关。
9.根据权利要求8所述的储能逆变器，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关具体为：
双刀双掷开关。
10.根据权利要求1所述的储能逆变器，其特征在于，在所述高压电池接口和所述直流母线之间还连接有第一缓冲电路，所述控制器与所述第一缓冲电路中的开关管的控制端连接；和/或，
在所述低压电池接口和所述直流母线之间还连接有第二缓冲电路，所述控制器与所述第二缓冲电路中的开关管的控制端连接。
11.根据权利要求1～10中任意一项所述的储能逆变器，其特征在于，还包括：N个第三DC/DC变换器和N个光伏直流接口，N为正整数，所述第三DC/DC变换器和所述光伏直流接口一一对应设置；
每个所述光伏直流接口均用于外接光伏组串，每个所述光伏直流接口内接与其对应的所述第三DC/DC变换器的一个直流端口，每个所述第三DC/DC变换器的另一个直流端口与所述直流母线连接；
所述控制器分别与每个所述第三DC/DC变换器的控制端连接。
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