專利名稱：一種應(yīng)用于儲能系統(tǒng)的雙向升降壓直流變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及儲能系統(tǒng)的電氣裝置，具體涉及一種應(yīng)用于儲能系統(tǒng)的雙向升降壓直流變換器。
背景技術(shù)：
儲能系統(tǒng)作為一種重要的分布式電源，在電網(wǎng)削峰填谷、新能源接入、電能質(zhì)量改善和應(yīng)急電源等方面發(fā)揮著積極的作用。變流器實(shí)現(xiàn)儲能電池系統(tǒng)與后級逆變器之間的雙向能量傳輸，并將直流電池升壓，為后級逆變器提供一個可正常工作的、穩(wěn)定的輸入電壓。目前由于電池單體成組技術(shù)的限制，單體電池不能無限制地串并聯(lián)，電池組的電壓、容量是有限的。當(dāng)儲能電池用在電網(wǎng)系統(tǒng)中需要將電池組的電壓適當(dāng)升高，以適應(yīng)后級的逆變器正常工作電壓范圍。同樣，由于電池組容量的限制，在大功率場合，可以將多臺直 流變換器并聯(lián)使用，每臺直流變換器連接一臺電池柜，再將直流變換器的輸出端一起并聯(lián)到逆變器輸入的直流母線上，以滿足各種工況的需求，所以，變流器是儲能系統(tǒng)中一個不可或缺的組成部分。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種應(yīng)用于儲能系統(tǒng)的雙向升降壓直流變換器，本發(fā)明將不同種類不同電壓等級的電池的輸出電壓升高到后級逆變器可正常工作的電壓范圍。為了配合儲能并網(wǎng)逆變器，該變換器具有功率雙向功能，在大容量時，將多臺同型號的變換器并聯(lián)使用，以滿足各種電網(wǎng)系統(tǒng)對功率的需求。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種應(yīng)用于儲能系統(tǒng)的雙向升降壓直流變換器，其改進(jìn)之處在于，所述雙向升降壓直流變換器包含在儲能系統(tǒng)中，所述雙向升降壓直流變換器包括輸入電容Ci、濾波電感Lm、晶體管S1、晶體管S2和輸出電容Ctl ;儲能系統(tǒng)的電池正極連接輸入電容Ci正極以及濾波電感Lm —端；所述濾波電感Lm另一端連接晶體管S1漏極和晶體管S2源極的公共點(diǎn)；所述晶體管S2漏極連接輸出電容Ctl的正極以及儲能并網(wǎng)逆變器的輸入側(cè)正極；所述儲能并網(wǎng)逆變器輸入側(cè)負(fù)極連接輸出電容Ctl負(fù)極、晶體管S1的源極、輸入電容Ci負(fù)極以及電池負(fù)極。其中，所述晶體管S1和晶體管S2均為絕緣柵雙極型晶體管IGBT開關(guān)管；所述IGBT開關(guān)管由反并聯(lián)的二極管和三極管組成。其中，所述輸入電容Ci用于濾除電池輸出或輸入的電流紋波。其中，所述濾波電感Lni在一個開關(guān)周期內(nèi)，根據(jù)IGBT開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，先儲存電能后釋放電能。其中，當(dāng)所述雙向升降壓變換器工作在升壓模式中，所述晶體管S1作為開關(guān)管，所述晶體管S2的二極管作為續(xù)流二極管；當(dāng)所述雙向升降壓變換器工作在降壓模式中，所述晶體管S1的二極管作為續(xù)流二極管，所述晶體管S2作為開關(guān)管。其中，所述升壓模式為電池充電模式；所述降壓模式為電池放電模式。
其中，所述輸出電容Ctl用于濾除逆變器輸出或輸入或的電流紋波。其中，所述儲能系統(tǒng)包括電池組、至少兩臺直流變換器、儲能并網(wǎng)逆變器和電網(wǎng)；所述電池組由至少一個的電池組成；所述電池存放于電池柜中；每一臺電池串聯(lián)一臺直流變換器后與儲能并網(wǎng)逆變器連接；所述儲能并網(wǎng)逆變器接入電網(wǎng)中；至少兩臺直流變換器并聯(lián)。其中，所述直流變換器或?yàn)殡p向升降壓直流變換器。其中，所述電池組輸入的電壓等級在300V 800V之間；所述電池組的電池采用鉛酸電池、全釩液流電池、鈉硫電池、鋰電池、燃料電池或超級電容。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是 I、本發(fā)明提供的應(yīng)用于儲能系統(tǒng)的雙向升降壓直流變換器，寬范圍輸入電壓在300V 800V之間，適用于不同電壓等級，不同規(guī)格的電池柜。2、具有能量雙向流動的功能。3、在大功率場合，可以將多臺直流變換器并聯(lián)使用，以滿足各種工況的需求。4、適用范圍廣可以廣泛應(yīng)用于光伏市場、大規(guī)模儲能系統(tǒng)、微網(wǎng)和農(nóng)村電網(wǎng)、無電地區(qū)等。5、通過增加直流變換器，可提高整個系統(tǒng)的靈活性、可靠性和可維護(hù)性，降低逆變器系統(tǒng)對輸入分布式電源電氣的要求。6、電路拓?fù)洳捎媒诲e并聯(lián)結(jié)構(gòu)，并且在電池側(cè)并聯(lián)了一個大電容，因此大大減小了電池電流紋波，減小了在充放電過程中對電池的沖擊，在一定程度上增加了電池的壽命。7、電池可以是鉛酸、全釩液流、鈉硫電池、鋰電池等各種類別的電池，同時還可以用燃料電池以及超級電容代替，應(yīng)用靈活。


圖I是本發(fā)明提供的儲能電池示意圖；圖2是本發(fā)明提供的應(yīng)用于儲能系統(tǒng)的雙向升降壓直流變換器電路拓?fù)鋱D。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明提供的儲能電池示意圖如圖I所示，儲能系統(tǒng)包括電池組、直流變換器、儲能并網(wǎng)逆變器和電網(wǎng)；所述電池組由至少一個的電池組成；電池存放于電池柜中；將多臺直流變換器并聯(lián)使用，每臺直流變換器連接一臺電池柜，再將直流變換器的輸出端一起并聯(lián)到儲能并網(wǎng)逆變器輸入的直流母線上；所述儲能并網(wǎng)逆變器接入電網(wǎng)中。本發(fā)明提供的應(yīng)用于儲能系統(tǒng)的雙向升降壓直流變換器電路拓?fù)淙鐖D2所示，雙向升降壓直流變換器包含在儲能系統(tǒng)中，所述雙向升降壓直流變換器包括輸入電容Ci、濾波電感Lm、下管S1絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,簡稱IGBT)、上管S2絕緣柵雙極型晶體管和輸出電容Ctl ;所述電池正極連接輸入電容Ci正極以及濾波電感Lm —端；所述濾波電感Lm另一端連接下管S1漏極和上管S2源極的公共點(diǎn)；所述上管S2漏極連接輸出電容Ctl的正極以及儲能并網(wǎng)逆變器的輸入側(cè)正極；儲能并網(wǎng)逆變器輸入側(cè)負(fù)極連接輸出電容Ctl負(fù)極、上管S1的源極、輸入電容Ci負(fù)極以及電池負(fù)極。
輸入電容Ci :濾波作用，保證電池輸出(輸入)的電流紋波滿足要求。濾波電感Lni 在一個開關(guān)周期內(nèi)，根據(jù)IGBT開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，先儲存電能后釋放電能。開關(guān)管SjP S2 在升壓模式中，下管S1作為開關(guān)管，上管S2的體二極管作為續(xù)流二極管。在降壓模式中，下管SJt為續(xù)流二極管，上管S2的體二極管作為開關(guān)管。輸出電容Ctj :濾波作用，保證逆變器輸出(輸入)的電流紋波滿足要求。當(dāng)變換器工作在升壓模式下，下管S1絕緣柵雙極型晶體管(Insulated GateBipolar Transistor,簡稱IGBT)作為升壓電路拓?fù)淠Ｊ降拈_關(guān)管,利用上管S2的體二極管作為升壓電路拓?fù)淠Ｊ降睦m(xù)流二極管。電路模式在電池放電時將電壓抬升到后級的逆變器可正常工作的電壓范圍；反之，在電池充電的工作模式下，電流反向流動，此時電路拓?fù)渥優(yōu)锽UCK降壓電路模式，上管S2作為開關(guān)管，下管S1的體二極管作為BUCK降壓電路模式的續(xù)流二極管，電路采取兩路雙向變流拓?fù)洳⒙?lián)的模式，以減小輸入輸出電流紋波，從而減小輸入濾波電容容值和體積，如圖2所示。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，盡 管參照上述實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于儲能系統(tǒng)的雙向升降壓直流變換器，其特征在于，所述雙向升降壓直流變換器包含在儲能系統(tǒng)中，所述雙向升降壓直流變換器包括輸入電容Ci、濾波電感Lm、晶體管S1、晶體管S2和輸出電容Ctl ;儲能系統(tǒng)的電池正極連接輸入電容Ci正極以及濾波電感Lm一端；所述濾波電感Lm另一端連接晶體管S1漏極和晶體管S2源極的公共點(diǎn)；所述晶體管S2漏極連接輸出電容Ctl的正極以及儲能并網(wǎng)逆變器的輸入側(cè)正極；所述儲能并網(wǎng)逆變器輸入側(cè)負(fù)極連接輸出電容Ctl負(fù)極、晶體管S1的源極、輸入電容Ci負(fù)極以及電池負(fù)極。
2.如權(quán)利要求I所述的雙向升降壓直流變換器，其特征在于，所述晶體管S1和晶體管S2均為絕緣柵雙極型晶體管IGBT開關(guān)管；所述IGBT開關(guān)管由反并聯(lián)的二極管和三極管組成。
3.如權(quán)利要求I所述的雙向升降壓直流變換器，其特征在于，所述輸入電容Ci用于濾除電池輸出或輸入的電流紋波。
4.如權(quán)利要求I所述的雙向升降壓直流變換器，其特征在于，所述濾波電感Lm在一個 開關(guān)周期內(nèi)，根據(jù)IGBT開關(guān)管的開關(guān)狀態(tài)，先儲存電能后釋放電能。
5.如權(quán)利要求I所述的雙向升降壓直流變換器，其特征在于，當(dāng)所述雙向升降壓變換器工作在升壓模式中，所述晶體管S1作為開關(guān)管，所述晶體管S2的二極管作為續(xù)流二極管；當(dāng)所述雙向升降壓變換器工作在降壓模式中，所述晶體管S1的二極管作為續(xù)流二極管，所述晶體管S2作為開關(guān)管。
6.如權(quán)利要求5所述的雙向升降壓直流變換器，其特征在于，所述升壓模式為電池充電模式；所述降壓模式為電池放電模式。
7.如權(quán)利要求I所述的雙向升降壓直流變換器，其特征在于，所述輸出電容Ctl用于濾除逆變器輸出或輸入或的電流紋波。
8.如權(quán)利要求I所述的雙向升降壓直流變換器，其特征在于，所述儲能系統(tǒng)包括電池組、至少兩臺直流變換器、儲能并網(wǎng)逆變器和電網(wǎng)；所述電池組由至少一個的電池組成；所述電池存放于電池柜中；每一臺電池串聯(lián)一臺直流變換器后與儲能并網(wǎng)逆變器連接；所述儲能并網(wǎng)逆變器接入電網(wǎng)中；至少兩臺直流變換器并聯(lián)。
9.如權(quán)利要求8所述的雙向升降壓直流變換器，其特征在于，所述直流變換器或?yàn)殡p向升降壓直流變換器。
10.如權(quán)利要求8所述的雙向升降壓直流變換器，其特征在于，所述電池組輸入的電壓等級在300V 800V之間；所述電池組的電池采用鉛酸電池、全釩液流電池、鈉硫電池、鋰電池、燃料電池或超級電容。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于儲能系統(tǒng)的雙向升降壓直流變換器，其特征在于，所述雙向升降壓直流變換器包含在儲能系統(tǒng)中，雙向升降壓直流變換器包括輸入電容Ci、濾波電感Lm、晶體管S1、晶體管S2和輸出電容C0；儲能系統(tǒng)的電池正極連接輸入電容Ci正極以及濾波電感Lm一端；濾波電感Lm另一端連接晶體管S1漏極和晶體管S2源極的公共點(diǎn)；晶體管S2漏極連接輸出電容C0的正極以及儲能并網(wǎng)逆變器的輸入側(cè)正極；儲能并網(wǎng)逆變器輸入側(cè)負(fù)極連接輸出電容C0負(fù)極、晶體管S1的源極、輸入電容Ci負(fù)極以及電池負(fù)極。本發(fā)明的雙向升降壓直流變換器具有功率雙向功能，在大容量時，將多臺同型號的直流變換器并聯(lián)使用，以滿足各種電網(wǎng)系統(tǒng)對功率的需求。
文檔編號H02J3/32GK102969917SQ20121041904
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者周晨, 劉歡, 曹遠(yuǎn)志, 吳福保, 楊波, 陶以彬 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司