儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)及方法，所述接入控制系統(tǒng)包括開關(guān)控制單元、充電控制單元、第一采樣單元及第二采樣單元，其中：所述第一采樣單元及第二采樣單元分別用于采樣直流母線電壓及電池電壓；所述充電控制單元，用于閉合主回路的交流接觸器并控制所述功率模塊以可控整流方式為直流母線充電；所述開關(guān)控制單元，用于在電池電壓與采樣的直流母線電壓的壓差大于第一閾值時使所述直流開關(guān)保持?jǐn)嚅_，并在所述壓差減小到第一閾值時使所述直流開關(guān)閉合。本發(fā)明通過采樣直流母線電壓并根據(jù)直流母線電壓與電池電壓的差值進行直流開關(guān)的閉合控制，從而使儲能變流器在無直流軟啟裝置的前提下完成直流開關(guān)的平穩(wěn)閉合。
【專利說明】儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及儲能變流器，更具體地說，涉及一種儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，用電負(fù)荷和電力系統(tǒng)的規(guī)模也在迅速增長。一方面，系統(tǒng)負(fù)荷的峰谷差的逐年增大以及風(fēng)電、光伏等間歇性可再生能源的接入，使得系統(tǒng)調(diào)峰任務(wù)變得越來越嚴(yán)峻；另一方面，大規(guī)模的電網(wǎng)互聯(lián)使得電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和運行方式更加復(fù)雜多變，大電網(wǎng)一旦發(fā)生故障造成連鎖反應(yīng)，將引起大面積的停電事故。而從用戶的角度，對供電的可靠性的要求也越來越高。
[0003]大規(guī)模電力儲能系統(tǒng)能夠有效調(diào)節(jié)系統(tǒng)負(fù)荷的峰谷差，幫助解決電力系統(tǒng)供需瞬時平衡的問題；同時，在大電網(wǎng)故障時能迅速為敏感負(fù)荷提供電力供應(yīng)，從而保證重要負(fù)荷的供電可靠性。目前，在各種電力儲能系統(tǒng)中，儲能變流器因其具有成本低、可靠性好、使用方便等優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。
[0004]儲能變流器在直流-交流變換時，為保證直流側(cè)的輸入輸出電流穩(wěn)定，需要在直流側(cè)并聯(lián)較大容值的電容，該電容在開始充電時相當(dāng)于短路。由于電池本身的特性，上述電容開始充電時電池將產(chǎn)生較大的短路電流，因此如果直流側(cè)電池直接和電容連接，儲能變流器的直流側(cè)將會有很大的沖擊電流。
[0005]為避免直流側(cè)沖擊電流，現(xiàn)有的儲能變流器都會在直流側(cè)開關(guān)上并聯(lián)一個軟啟動裝置，用于給母線電容充電。但上述軟啟動裝置需要額外的斷路器、開關(guān)器件或接觸器作為啟動裝置。
[0006]但由于目前為減小電池總電流，節(jié)約線纜，都會將電池電壓配置的盡量高。對于軟啟動裝置中的直流開關(guān)器件，為適應(yīng)電池的高電壓，必須相應(yīng)提高耐壓值，從而使得軟啟動裝置的工藝和成本大大提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對上述儲能變流器在直流-交流變換時需在直流側(cè)開關(guān)并聯(lián)軟啟動裝置以避免直流側(cè)沖擊電流的問題，提供一種儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)及方法。
[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)，所述儲能變流器中的功率模塊的直流側(cè)經(jīng)由直流母線及直流開關(guān)連接到電池，且所述直流母線上連接有儲能電容，該接入控制系統(tǒng)包括開關(guān)控制單元、充電控制單元、第一采樣單元以及第二采樣單元，其中:所述第一采樣單元，用于實時采樣直流母線電壓；所述第二采樣單元，用于采樣電池電壓；所述充電控制單元，用于閉合主回路的交流接觸器并控制所述功率模塊以可控整流方式為直流母線充電；所述開關(guān)控制單元，用于在電池電壓與采樣的直流母線電壓的壓差大于第一閾值時使所述直流開關(guān)保持?jǐn)嚅_，并在所述壓差減小到第一閾值時使所述直流開關(guān)閉合。
[0009]在本發(fā)明所述的儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)中，所述接入控制系統(tǒng)還包括預(yù)充電控制單元，用于在交流開關(guān)閉合且直流母線電壓未達到第二閾值時，控制功率模塊以不控整流方式為直流母線預(yù)充電；所述充電控制單元在直流母線電壓達到第二閾值時啟動；所述第二閾值小于電池電壓。
[0010]在本發(fā)明所述的儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)中，所述接入控制系統(tǒng)還包括電壓轉(zhuǎn)換電路，用于在交流開關(guān)閉合后將交流側(cè)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電為輔助電路供電。
[0011]本發(fā)明還包括一種儲能變流器直流側(cè)電池接入控制方法，所述儲能變流器中的功率模塊的直流側(cè)經(jīng)由直流母線及直流開關(guān)連接到電池，且所述直流母線上連接有儲能電容，該方法包括以下步驟:
[0012](a)保持所述直流開關(guān)斷開，并使所述儲能變流器的主回路交流接觸器閉合；
[0013](b)控制所述功率模塊以可控整流方式為直流母線充電；
[0014](C)采樣直流母線電壓、電池電壓并判斷所述直流母線電壓與電池電壓的壓差是否小于或等于第一閾值，并在所述壓差小于或等于第一閾值時執(zhí)行步驟(d)，否則返回步驟
(b)；
[0015](d)使所述直流開關(guān)閉合。
[0016]在本發(fā)明所述的儲能變流器直流側(cè)電池接入控制方法中，所述步驟(a)之前包括:在交流開關(guān)閉合后，使所述功率模塊以不控整流方式為直流母線預(yù)充電，并在直流母線電壓達到第二閾值時執(zhí)行步驟(a)，所述第二閾值小于電池電壓。
[0017]本發(fā)明的儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)及方法，通過采樣直流母線電壓并根據(jù)直流母線電壓與電池電壓的差值進行直流開關(guān)的閉合控制，從而使儲能變流器在無直流軟啟裝置的前提下完成直流開關(guān)的平穩(wěn)閉合，避免了沖擊電流。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)第一實施例的示意圖。
[0019]圖2是本發(fā)明儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)第二實施例的示意圖。
[0020]圖3是本發(fā)明儲能變流器直流側(cè)電池接入控制方法實施例的流程示意圖。

【具體實施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]如圖1所示，是本發(fā)明儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)實施例的示意圖，上述儲能變流器中的功率模塊的直流側(cè)經(jīng)由直流母線及直流開關(guān)連接到電池，且直流母線上連接有儲能電容。本實施例的接入控制系統(tǒng)用于實現(xiàn)儲能變流器直流側(cè)電池的接入控制，其包括開關(guān)控制單元11、充電控制單元12、第一采樣單元13以及第二采樣單元14，其中開關(guān)控制單元11連接到直流開關(guān)，充電控制單元12連接到功率模塊，第一采樣單元13則連接到直流母線，第二采樣單元14連接到電池兩端。上述開關(guān)控制單元11、充電控制單元12、第一采樣單元13以及第二采樣單元14可集成到儲能變流器的控制芯片并結(jié)合相應(yīng)的輔助電路構(gòu)成。當(dāng)然，在實際應(yīng)用中，開關(guān)控制單元11、充電控制單元12、第一采樣單元13以及第二采樣單元14也可由單獨的硬件及軟件實現(xiàn)。
[0023]第一采樣單元13用于實時采樣直流母線電壓。該第一采樣單元13將采樣獲得的直流母線電壓傳送到開關(guān)控制單元11。
[0024]第二采樣單元14用于采樣電池電壓。該第二采樣單元14將采樣獲得的電池電壓傳送到開關(guān)控制單元11。
[0025]充電控制單元12用于閉合主回路的交流接觸器并控制功率模塊以可控整流方式為直流母線充電。
[0026]開關(guān)控制單元11用于在電池電壓與采樣的直流母線電壓的壓差大于第一閾值時使直流開關(guān)保持?jǐn)嚅_，并在電池電壓與采樣的直流母線電壓的壓差減小到第一閾值時使直流開關(guān)閉合。特別地，上述第一閾值可以為零，即直流開關(guān)兩側(cè)的電壓值相等，這樣即可避免因兩側(cè)壓差而導(dǎo)致的沖擊電流。
[0027]上述儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)，在為直流母線充電時，實時采樣直流母線電壓，并在該直流母線電壓達到預(yù)定值時閉合直流開關(guān)，從而無需直流軟啟裝置即可避免在直流開關(guān)閉合瞬間因壓差而產(chǎn)生沖擊電流。
[0028]如圖2所示，為提高對直流母線的充電效率，在本發(fā)明儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)的第二實施例中，除了包括開關(guān)控制單元21、充電控制單元32、第一采樣單元23以及第二采樣單元24外，還包括預(yù)充電控制單元25。該預(yù)充電控制單元25用于在交流開關(guān)閉合且直流母線電壓(由第一采樣單元23采樣獲得)未達到第二閾值時(該第二閾值小于電池電壓，可根據(jù)需要設(shè)置)，使功率模塊以不控整流方式為直流母線預(yù)充電；而充電控制單元22則在直流母線電壓達到第二閾值時啟動。
[0029]具體地，儲能變流器中的功率模塊可以采用IGBT模塊，在預(yù)充電時，預(yù)充電控制單元可在直流母線電壓未達到第二閾值時，通過由IGBT模塊中的續(xù)流二極管組成的整流電路將交流側(cè)接入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并為直流母線充電。而在第一采樣單元23采樣的直流母線電壓達到第二閾值時，預(yù)充電控制單元將交流側(cè)與IGBT模塊的連接部分旁路，而由充電控制單元22閉合交流接觸器，并控制功率模塊為直流母線充電。
[0030]上述的儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)還可包括電壓轉(zhuǎn)換電路。該電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接交流開關(guān)、輸出端連接儲能變流器的輔助電路(例如控制芯片等)，并用于在交流開關(guān)閉合后將交流側(cè)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電為輔助電路供電。
[0031 ] 如圖3所示，是本發(fā)明儲能變流器直流側(cè)電池接入控制方法實施例的示意圖，該儲能變流器中的功率模塊的直流側(cè)經(jīng)由直流母線及直流開關(guān)連接到電池，且直流母線上連接有儲能電容，該方法可由儲能變流器的控制芯片執(zhí)行并包括以下步驟:
[0032]步驟S31:保持直流開關(guān)斷開，并使儲能變流器的主回路交流接觸器閉合。
[0033]步驟S32:控制功率模塊以可控整流方式為直流母線充電。
[0034]步驟S33:采樣直流母線電壓及電池電壓并判斷直流母線電壓與電池電壓的壓差是否小于或等于第一閾值，并在壓差小于或等于第一閾值時執(zhí)行步驟S34，否則返回步驟S32。
[0035]步驟S34:使所述直流開關(guān)閉合。特別地，上述第一閾值可以為零，即直流開關(guān)兩側(cè)的電壓值相等時，這樣即可避免因兩側(cè)壓差而導(dǎo)致的沖擊電流。
[0036]為了提高對直流母線的充電效率，可在步驟S31之前增加預(yù)充電步驟，即在交流開關(guān)閉合后，使功率模塊以不控整流方式(例如通過功率模塊中的續(xù)流二極管組成整流電路)為直流母線預(yù)充電，并在直流母線電壓達到第二閾值時(該第二閾值小于電池電壓)執(zhí)行步驟S31。
[0037]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)，所述儲能變流器的功率模塊的直流側(cè)經(jīng)由直流母線及直流開關(guān)連接到電池，且所述直流母線上連接有儲能電容，其特征在于:該接入控制系統(tǒng)包括開關(guān)控制單元、充電控制單元、第一采樣單元以及第二采樣單元，其中:所述第一采樣單元，用于實時采樣直流母線電壓；所述第二采樣單元，用于采樣電池電壓；所述充電控制單元，用于閉合主回路的交流接觸器并控制所述功率模塊以可控整流方式為直流母線充電；所述開關(guān)控制單元，用于在電池電壓與采樣的直流母線電壓的壓差大于第一閾值時使所述直流開關(guān)保持?jǐn)嚅_，并在所述壓差減小到第一閾值時使所述直流開關(guān)閉合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)，其特征在于:所述接入控制系統(tǒng)還包括預(yù)充電控制單元，用于在交流開關(guān)閉合且直流母線電壓未達到第二閾值時，控制功率模塊以不控整流方式為直流母線預(yù)充電；所述充電控制單元在直流母線電壓達到第二閾值時啟動；所述第二閾值小于電池電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲能變流器直流側(cè)電池接入控制系統(tǒng)，其特征在于:所述接入控制系統(tǒng)還包括電壓轉(zhuǎn)換電路，用于在交流開關(guān)閉合后將交流側(cè)的交流電轉(zhuǎn)換為直流電為輔助電路供電。
4.一種儲能變流器直流側(cè)電池接入控制方法，所述儲能變流器中的功率模塊的直流側(cè)經(jīng)由直流母線及直流開關(guān)連接到電池，且所述直流母線上連接有儲能電容，其特征在于:該方法包括以下步驟: (a)保持所述直流開關(guān)斷開，并使所述儲能變流器的主回路交流接觸器閉合； (b)控制所述功率模塊以可控整流方式為直流母線充電； (C)采樣直流母線電壓、電池電壓并判斷所述直流母線電壓與電池電壓的壓差是否小于或等于第一閾值，并在所述壓差小于或等于第一閾值時執(zhí)行步驟(d)，否則返回步驟(b)； (d)使所述直流開關(guān)閉合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的儲能變流器直流側(cè)電池接入控制方法，其特征在于:所述步驟(a)之前包括:在交流開關(guān)閉合后，使所述功率模塊以不控整流方式為直流母線預(yù)充電，并在直流母線電壓達到第二閾值時執(zhí)行步驟(a)，所述第二閾值小于電池電壓。
【文檔編號】H02J3/32GK104135020SQ201410353789
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】張行方 申請人:深圳市匯川技術(shù)股份有限公司