專利名稱：用于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的雙向儲能逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明創(chuàng)造涉及并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，具體涉及其中的雙向儲能逆變器。
背景技術(shù)：
在分布式發(fā)電系統(tǒng)中，現(xiàn)在廣泛采用的是并網(wǎng)型逆變器，一般采用電流型控制，即并網(wǎng)逆變器是電流源。并網(wǎng)逆變器的能量可以來自風(fēng)能、光伏組件或生物電池等，發(fā)電時輸出與電網(wǎng)同相同頻的電流到公用電網(wǎng)；并網(wǎng)逆變器控制的只是輸出電流，而公用電網(wǎng)的電壓則由電網(wǎng)公司控制。當(dāng)公用電網(wǎng)的運行參數(shù)超出并網(wǎng)逆變器的要求范圍或公用電網(wǎng)斷電時，并網(wǎng)逆變器將會自動與公用電網(wǎng)斷開，停止發(fā)電。為此，一般需要安裝一臺雙向儲能逆變器在公用電網(wǎng)正常連接時，并網(wǎng)逆變器正常工作，雙向儲能逆變器工作于整流狀態(tài)，為儲能電池充電；在公用電網(wǎng)斷電時，雙向逆變器工作于逆變狀態(tài)，采用電壓型控制，輸出正弦波交流電壓，并網(wǎng)逆變器以此局部小電網(wǎng)為基礎(chǔ)并網(wǎng)，一起為負(fù)載供電。此時若產(chǎn)生的能量多于負(fù)載需求，由于現(xiàn)有雙向逆變器在同一時刻只能工作于一種狀態(tài)，在逆變的同時不能整流，多余的能量就無法用于給儲能電池充電，只得采用別的辦法限制并網(wǎng)逆變器的輸出功率，將多余的能量浪費掉。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明創(chuàng)造給出用于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的雙向儲能逆變器，以解決在公用電網(wǎng)斷開且并網(wǎng)逆變器已重新接入之后，產(chǎn)生的電量多于負(fù)載需求所引發(fā)的問題。為此給出用于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的雙向儲能逆變器，包括雙向逆變電路和采樣控制電路；雙向逆變電路輸入端接往儲能電池，輸出端經(jīng)開關(guān)切換電路接往公用電網(wǎng)、并網(wǎng)逆變器和負(fù)載，具體地，在雙向逆變電路輸出端與開關(guān)切換電路之間接有變壓器，雙向逆變電路有并列的至少兩個，兩個雙向逆變電路輸入端分別接往儲能電池，輸出端分別接往變壓器原邊的不同繞組，變壓器副邊接往開關(guān)切換電路；公用電網(wǎng)正常連接則采樣控制電路控制雙向逆變電路工作在整流狀態(tài)，給儲能電池充電，公用電網(wǎng)斷開則采樣控制電路控制雙向逆變電路工作在逆變狀態(tài)從而為并網(wǎng)逆變器提供并網(wǎng)基礎(chǔ)，在公用電網(wǎng)斷開且并網(wǎng)逆變器已重新接入之后，若產(chǎn)生的電量多于負(fù)載需求，則采樣控制電路控制其中一個雙向逆變電路工作在逆變狀態(tài)以保持并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)基礎(chǔ)，另一個雙向逆變電路工作在整流狀態(tài)，把多余的電量存儲在儲能電池中。由于雙向逆變電路有并列的兩個，采樣控制電路就能夠控制其中一個雙向逆變電路工作在逆變狀態(tài)以保持并網(wǎng)逆變器的并網(wǎng)基礎(chǔ)，另一個雙向逆變電路工作在整流狀態(tài)，把多余的電量充入在儲能電池中，無需限制并網(wǎng)逆變器的輸出功率，避免了多余能量的浪費。至于在公用電網(wǎng)斷開但并網(wǎng)逆變器尚未重新接入時，采樣控制電路可以控制兩個雙向逆變電路均工作在逆變狀態(tài)，以盡快為并網(wǎng)逆變器提供并網(wǎng)基礎(chǔ)，讓并網(wǎng)逆變器能夠盡快重新接入。至于在公用電網(wǎng)正常連接時，采樣控制電路可以控制兩個雙向逆變電路均工作在整流狀態(tài)，以提高充電效率。

圖1是并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是雙向儲能逆變器的電路圖。圖3是另一種雙向儲能逆變器的電路圖。
具體實施方式
如圖1所示，雙向逆變電路I和雙向逆變電路2并列，它們的輸入端分別接往儲能電池，它們的輸出端分別連接變壓器原邊繞組N2和N3 ;變壓器副邊繞組NI是雙向儲能逆變器的輸出。變壓器用于能量的互相傳遞和輸入-輸出的隔離，是將兩個雙向逆變電路1、2組合在一起的核心元件。采樣和控制電路分別采樣輸入電壓、電流，輸出電壓、電流等參數(shù)，輸出PWM信號，控制電路的運行。變壓器副邊接往開關(guān)切換電路，開關(guān)切換電路內(nèi)部有檢測電路，根據(jù)公用電網(wǎng)和負(fù)載的狀態(tài)改變系統(tǒng)的連接狀態(tài)。并網(wǎng)逆變器的能量可以來自風(fēng)能、光伏組件或生物電池等。當(dāng)公用電網(wǎng)正常連接時，開關(guān)切換電路將雙向儲能逆變器、負(fù)載與公用電網(wǎng)連接在一起。當(dāng)并網(wǎng)逆變器能輸出足夠的能量時，開關(guān)切換電路讓并網(wǎng)逆變器連接公用電網(wǎng)，此時采樣控制電路控制兩個雙向逆變電路1、2均工作在整流狀態(tài)，給儲能電池充電，此時能量從公用電網(wǎng)側(cè)經(jīng)雙向儲能逆變器流向儲能電池。當(dāng)共用電網(wǎng)的運行參數(shù)超過系統(tǒng)要求或公用電網(wǎng)斷電時，開關(guān)切換電路將斷開公用電網(wǎng)，此時并網(wǎng)逆變器自身就會因偵測到無電網(wǎng)而斷開與系統(tǒng)的連接，進入所謂的孤島狀態(tài)，停止發(fā)電，于是采樣控制電路控制兩個雙向逆變電路1、2均工作在逆變狀態(tài)，輸出交流電組成局部小電網(wǎng)為負(fù)載供電，能量就從儲能電池經(jīng)雙向儲能逆變器流向負(fù)載，并網(wǎng)逆變器檢測到此局部小電網(wǎng)，便會在較短的時間內(nèi)啟動并連接到此局部小電網(wǎng)，與雙向儲能逆變器一起為負(fù)載供電。若并網(wǎng)逆變器產(chǎn)生的能量多于負(fù)載需求，采樣控制電路就控制雙向逆變電路I維持工作在逆變狀態(tài)以維持局部小電網(wǎng)，并控制雙向逆變電路2由逆變狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎鳡顟B(tài)為儲能電池充電，將多余的能量儲存起來，此時能量主要是從并網(wǎng)逆變器經(jīng)雙向儲能逆變器轉(zhuǎn)換后流向電池，將并網(wǎng)逆變器產(chǎn)生的多于負(fù)載需求的能量儲存在電池。在這種狀況下，工作于逆變狀態(tài)的雙向逆變電路I主要起維持局部小電網(wǎng)的作用，負(fù)載消耗的能量主要由并網(wǎng)逆變器提供。每個雙向逆變電路均有兩種工作狀態(tài)，即逆變狀態(tài)和整流狀態(tài)。兩個雙向逆變電路組合在一起可以形成三種有效的工作模式，即逆變+整流，逆變+逆變，整流+整流。三種工作模式由雙向儲能逆變器的采樣與控制電路根據(jù)系統(tǒng)狀況來切換，通過控制雙向逆變電路I和雙向逆變電路2分別工作于逆變狀態(tài)或整流狀態(tài)來實現(xiàn)?！N實施案例如圖2所不,雙向儲能逆變器包括輸入電容Cap、兩個電路結(jié)構(gòu)相同的雙向逆變電路、工頻變壓器和采樣控制電路。雙向逆變電路I包括由輸入電感M1_L1、開關(guān)管M1_Q1、開關(guān)管M1_Q2和電容Ml_bus組成的DC/DC變換器、由M1_Q3、M1_Q4、M1_Q5、M1_Q6組成的全橋變換器及由電感M1_L2、電容M1_C1組成的濾波器；雙向逆變電路2也包括由輸入電感M2_L1、開關(guān)管M2_Q1、開關(guān)管M2_Q2和電容Ml_bus組成的DC/DC變換器、由M2_Q3、M2_Q4、M2_Q5、M2_Q6組成的全橋變換器及由電感M2_L2、電容M2_C1組成的濾波器。雙向逆變電路I和雙向逆變電路2的輸出端分別連接到變壓器的N2和N3繞組，變壓器NI繞組為雙向儲能逆變器的輸出端。如圖2所示，現(xiàn)以雙向逆變電路I為例介紹運行方式。當(dāng)雙向逆變電路I工作于逆變狀態(tài)時，由輸入電感L1、開關(guān)管M1_Q1、開關(guān)管M1_Q2和電容Ml_bus組成的DC/DC變換器工作于升壓模式，開關(guān)管M1_Q2由PWM調(diào)制，開關(guān)管M1_Q1處于關(guān)閉狀態(tài)，但體二極管處于工作狀態(tài)。通過該升壓電路將電池較低的電壓升高，同時采樣電容Ml_bus的電壓來調(diào)節(jié)PWM，使電容Ml_bus的電壓處于一個穩(wěn)定值。由M1_Q3、M1_Q4、M1_Q5、M1_Q6組成的全橋變換器分別由4路PWM調(diào)制，經(jīng)LC濾波、變壓器隔離升壓后輸出正弦波交流電。能量由電池流出，經(jīng)雙向逆變電路后逆變成交流電，再經(jīng)工頻變壓器隔離后為負(fù)載供電。當(dāng)工作于濾波狀態(tài)時，M1_Q3、M1_Q4、M1_Q5、M1_Q6均處于關(guān)閉狀態(tài)，交流電經(jīng)這4個開關(guān)管的體二極管形成的全橋整流后再經(jīng)電容Ml_bus濾波形成直流電，由開關(guān)管Ml_Q1、開關(guān)管M1_Q2、輸入電感LI組成的DC \DC變換器工作于降壓模式，開關(guān)管M1_Q1由PWM調(diào)制，處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)管M1_Q2處于關(guān)閉狀態(tài)，但體二極管處于工作狀態(tài)。通過該降壓電路將電容Ml_bus的電壓降低，通過采樣輸入電感LI的電流及電池電壓來調(diào)節(jié)PWM控制電池充電過程。能量從電網(wǎng)側(cè)經(jīng)變壓器后再經(jīng)雙向逆變電路轉(zhuǎn)換后為電池充電。雙向逆變電路2的兩種工作模式控制方式與雙向變換電路I相同。另一種實施案例如圖3所示，雙向儲能逆變器包括輸入電容Cap、兩個電路結(jié)構(gòu)相同的雙向逆變電路、工頻變壓器及采樣控制電路；雙向逆變電路I包括由M1_Q3、M1_Q4、M1_Q5、M1_Q6組成的全橋變換器及由電感M1_L2、電容M1_C1組成的濾波器；同樣，雙向逆變電路2也包括由M2_Q3、M2_Q4、M2_Q5、M2_Q6組成的全橋變換器及由電感M2_L2、電容M2_C1組成的濾波器。如圖3所示，現(xiàn)以雙向變換電路I為例介紹運行方式。當(dāng)工作于逆變狀態(tài)時，由M1_Q3、M1_Q4、M1_Q5、M1_Q6組成的全橋變換器分別由4路PWM調(diào)制，經(jīng)LC濾波、變壓器隔尚升壓后輸出正弦波交流電為負(fù)載供電。當(dāng)工作于濾波狀態(tài)時，全橋變換器的兩個上管M1_Q3、M1_Q5處于關(guān)閉狀態(tài)，但體二極管處于工作狀態(tài)，全橋變換器的兩個下管M1_Q4、M1_Q6分別由兩路PWM調(diào)制，控制電池充電過程。雙向變換電路2的兩種工作模式控制方式與雙向變換電路I相同。
權(quán)利要求1.用于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的雙向儲能逆變器，包括雙向逆變電路和采樣控制電路； 雙向逆變電路輸入端接往儲能電池，輸出端經(jīng)開關(guān)切換電路接往公用電網(wǎng)、并網(wǎng)逆變器和負(fù)載； 公用電網(wǎng)正常連接則采樣控制電路控制雙向逆變電路工作在整流狀態(tài)，公用電網(wǎng)斷開則采樣控制電路控制雙向逆變電路工作在逆變狀態(tài)； 其特征是 在雙向逆變電路輸出端與開關(guān)切換電路之間接有變壓器，雙向逆變電路有并列的至少兩個，兩個雙向逆變電路輸入端分別接往儲能電池，輸出端分別接往變壓器原邊的不同繞組，變壓器副邊接往開關(guān)切換電路； 在公用電網(wǎng)斷開且并網(wǎng)逆變器已重新接入之后，若產(chǎn)生的電量多于負(fù)載需求，則采樣控制電路控制其中一個雙向逆變電路工作在逆變狀態(tài)，另一個雙向逆變電路工作在整流狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向儲能逆變器，其特征是，在公用電網(wǎng)斷開但并網(wǎng)逆變器未重新接入時，采樣控制電路控制兩個雙向逆變電路均工作在逆變狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向儲能逆變器，其特征是，公用電網(wǎng)正常連接則采樣控制電路控制兩個雙向逆變電路均工作在整流狀態(tài)。
專利摘要本實用新型涉及一種用于并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的雙向儲能逆變器，包括雙向逆變電路和采樣控制電路，雙向逆變電路輸入端接往儲能電池，輸出端經(jīng)開關(guān)切換電路接往公用電網(wǎng)、并網(wǎng)逆變器和負(fù)載，在雙向逆變電路輸出端與開關(guān)切換電路之間接有變壓器，雙向逆變電路有并列的至少兩個，兩個雙向逆變電路輸入端分別接往儲能電池，輸出端分別接往變壓器原邊的不同繞組，變壓器副邊接往開關(guān)切換電路；在公用電網(wǎng)斷開且并網(wǎng)逆變器已重新接入之后，若產(chǎn)生的電量多于負(fù)載需求，則采樣控制電路控制其中一個雙向逆變電路工作在逆變狀態(tài)，另一個雙向逆變電路工作在整流狀態(tài)。
文檔編號H02M7/72GK202906781SQ20122062662
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者陳書生 申請人:廣東易事特電源股份有限公司