CN105048485A - 一种储能双向变流器及其控制方法 - Google Patents

一种储能双向变流器及其控制方法 Download PDF

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隋延波
田志龙
王书堂
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Abstract

本发明公开了一种储能双向变流器，包括：隔离变压器、三相AC/DC模块、并联的多个DC/DC模块和微控制器；隔离变压器与交流电网和三相AC/DC模块连接；三相AC/DC模块与DC/DC模块连接；每个DC/DC模块与电池储能***中的电池组一一对应连接；微控制器与三相AC/DC模块、DC/DC模块、能量管理***和电池储能***中的电池管理***连接。该储能双向变流器通过多个并联的DC/DC模块与不同的电池组连接，可以独立控制电池组的运行状态，能够实现对电池储能***中的电池分组管理，提高了电池储能***的灵活性。此外本发明还公开一种储能双向变流器的控制方法。

Description

一种储能双向变流器及其控制方法
技术领域
本发明涉及储能及能量交换技术领域，特别是涉及一种储能双向变流器及其控制方法。
背景技术
在当前国家大力发展新能源发电技术和微电网技术的背景下，电池储能技术受到广泛的关注。
在新能源发电领域，电池储能技术可以平抑风力发电和光伏发电的功率波动，使其功率输出趋于稳定，改善新能源并网的电能质量和稳定性；在微电网领域，电池储能技术可以改善微网的电能质量，提高***的稳定性，并且在故障情况下可起到应急电源的作用；电池储能***还可在电网中起到削峰填谷的作用。PCS(储能双向变流器)是储能***的主要组成部分，通过PCS可以实现电池储能***中的能量与电网的能量的双向传输。传统的PCS为单级双向PWM变流器，该变流器无法对电池储能***中的电池进行分组管理，同时无法实现台机下蓄电池组的运行、维护并行，因此难以满足电池储能***灵活性的要求。
由此可见，如何实现对电池储能***中的电池进行分组管理是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种储能双向变流器，用于实现对电池储能***中的电池进行分组管理。此外，本发明的目的还提供一种该储能双向变流器的控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种储能双向变流器，包括：隔离变压器、三相AC/DC模块、并联的多个DC/DC模块和微控制器；
所述隔离变压器与交流电网和所述三相AC/DC模块连接；
所述三相AC/DC模块与所述DC/DC模块连接；
每个所述DC/DC模块与电池储能***中的电池组一一对应连接；
所述微控制器与所述三相AC/DC模块、所述DC/DC模块、能量管理***和所述电池储能***中的电池管理***连接，用于根据所述能量管理***的信息控制所述三相AC/DC模块和所述DC/DC模块的工作状态；
其中，所述电池管理***与所述电池组连接，所述电池管理***与所述能量管理***连接。
优选地，所述微控制器通过通信总线与所述三相AC/DC模块连接。
优选地，所述微控制器通过通信总线与所述DC/DC模块连接。
优选地，所述微控制器通过通信总线与所述电池管理***连接。
优选地，所述微控制器通过通信总线与所述能量管理***连接。
一种储能双向变流器的控制方法，应用于上述所述的储能双向变流器，包括：
获取电池储能***中的电池管理***的信息；
发送储能双向变流器的三相AC/DC模块和DC/DC模块的状态信息；
获取能量管理***的信息；
根据所述能量管理***的信息控制所述储能双向变流器的三相AC/DC模块和DC/DC模块的工作状态。
优选地，所述获取电池储能***中的电池管理***的信息包括：
获取电池储能***中的电池组当前状态信息、获取所述电池组的电压信息、电流信息、温度信息、荷电状态信息和健康状态信息；
所述获取能量管理***的信息包括：
获取控制所述三相AC/DC模块的信息和获取控制所述DC/DC模块的信息。
优选地，所述控制所述储能双向变流器的三相AC/DC模块和DC/DC模块的工作状态包括：
控制所述储能双向变流器的三相AC/DC模块和所述DC/DC模块处于保持所述电池组均衡充电和所述电池组均衡放电的状态。
优选地，所述控制所述储能双向变流器的三相AC/DC模块和DC/DC模块的工作状态还包括：
控制所述DC/DC模块处于休眠状态。
优选地，所述控制所述储能双向变流器的三相AC/DC模块和DC/DC模块的工作状态还包括：
控制所述DC/DC模块使相应的电池处于满充电维护状态和电池荷电标定状态。
本发明所提供的储能双向变流器，包括：隔离变压器、三相AC/DC模块、并联的多个DC/DC模块和微控制器。通过多个并联的DC/DC模块与不同的电池组连接，可以独立控制电池组的运行状态，能够实现对电池储能***中的电池分组管理，提高了电池储能***的灵活性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明提供的一种储能双向变流器的结构图；
图2为本发明提供的一种储能双向变流器的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本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本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护范围。
本发明的核心是提供一种储能双向变流器及储能双向变流器的控制方法。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
图1为本发明提供的一种储能双向变流器的结构图。储能双向变流器，包括：隔离变压器10、三相AC/DC模块11、并联的多个DC/DC模块12和微控制器16。
隔离变压器10与交流电网连接，其作用是将交流电网的电压进行转换，并传输至三相AC/DC模块11。三相AC/DC模块11的一端与隔离变压器10连接，另一端与多个DC/DC模块12连接，其中，多个DC/DC模块12并联关系，相互之间是独立的。每一个DC/DC模块12均与电池储能***中的一个电池组13连接。电池储能***中电池管理***14与每个电池组13连接，用于获取每个电池组13的信息，如：电池组13当前状态信息、电池组13的电压信息、电流信息、温度信息、荷电状态信息和健康状态信息等；能量管理***15与电池管理***14连接，用于获取电池管理***14的信息；还与微控制器16连接，用于获取三相AC/DC模块11和DC/DC模块12的信息，并根据获得的信息综合分析后向微控制器16发送信息。
其中，本发明所说的健康状态信息是指：蓄电池容量、健康度、性能状态等信息。
微控制器16与三相AC/DC模块11、DC/DC模块12、电池管理***14和能量管理***15连接，用于根据能量管理***15的信息控制三相AC/DC模块11和DC/DC模块12的工作状态。
具体控制过程主要包括以下几个方面：
第一，控制三相AC/DC模块11和DC/DC模块12处于保持电池组13均衡充电和电池组13均衡放电的状态。
其中，均衡充电的过程如下：微控制器16根据预先设定的储能变流器的输入功率和电池组13的荷电状态信息判断可允许充电电池组的组数以及组名，然后根据电池组13的荷电状态信息匹配各电池组13的充电系数，使得电池组13能够均衡充电。在充电过程中，微控制器16还动态跟踪储能变流器的功率和各电池组13的信息，并实时控制充电电池组的组数及组名，以便调整充电系数，保障各电池组平衡充电。
均衡放电的过程如下：微控制器16根据预先设定的储能变流器的输入功率和电池组13的荷电状态信息判断可允许放电电池组的组数以及组名，然后根据电池组13的荷电状态信息匹配各电池组13的放电系数，使得电池组13能够均衡放电。在放电过程中，微控制器16还动态跟踪储能变流器的功率和各电池组13的信息，并实时控制放电电池组的组数及组名，以便调整放电系数，保障各电池组平衡放电。
第二，控制DC/DC模块12处于休眠状态。
控制过程如下：当储能变流器运行功率较低时，则电池储能***的转换效率也较低，因此，微控制器16可以根据电池组13的荷电状态信息和运行功率，选择其中一个DC/DC模块12处于休眠状态，以此可以达到降低功耗的目的，从而提高电池储能***的运行效率。
第三，控制DC/DC模块12使相应电池处于满充电维护状态和电池荷电标定状态。
其中，满充电维护状态的控制过程如下：
满充电维护，能量管理***15根据运行情况，指定进行满充电维护的电池组，然后下达满充电维护指令(控制信息)至微控制器16，微控制器16根据该指令控制相应的DC/DC模块12执行满充电维护程序。具体地，可以通过与电网或其他电池组的交换能量进行满充电维护。
电池荷电标定状态的控制过程如下：
能量管理***15根据电池储能***的运行情况，指定需要进行标定的电池组13，并下达标定指令，微控制器16控制相应的DC/DC模块12执行标定程序。具体地，可以通过与电网或其他电池组交换能量进行标定。
本发明提供的储能双向变流器，包括：隔离变压器、三相AC/DC模块、并联的多个DC/DC模块和微控制器。通过多个并联的DC/DC模块与不同的电池组连接，可以独立控制电池组的运行状态，能够实现对电池储能***中的电池分组管理，提高了电池储能***的灵活性。
需要说明的是，微控制器获取电池储能***中的电池管理***的信息包括：获取电池储能***中的电池组当前状态信息、获取电池组的电压信息、电流信息、温度信息、荷电状态和健康状态信息。获取能量管理***的控制信息包括：获取控制三相AC/DC模块信息、获取控制DC/DC模块信息。
其中，微控制器通过通信总线与三相AC/DC模块连接；微控制器通过通信总线与DC/DC模块连接；微控制器通过通信总线与电池管理***连接；微控制器通过通信总线与能量管理***连接。
需要说明的是，在具体实施中，实现微控制器与三相AC/DC模块、DC/DC模块、电池管理***以及能量管理***的连接方式以及通信方式有很多种，并不局限于通信总线的方式。
实施例二
图2为本发明提供的一种储能双向变流器的控制方法的流程图。储能双向变流器的控制方法，应用于实施例一所述的储能双向变流器，包括：
S10：获取电池储能***中的电池管理***的信息。
S11：发送储能双向变流器的三相AC/DC模块和DC/DC模块的状态信息。
S12：获取能量管理***的信息。
S13：根据所述能量管理***的信息控制所述储能双向变流器的三相AC/DC模块和DC/DC模块的工作状态。
储能双向变流器的结构请参见实施例一的描述。在具体实施中，微控制器通过获取电池管理***的信息和能量管理***的信息来控制三相AC/DC模块和DC/DC模块的工作状态。
本发明提供的储能双向变流器的控制方法，能够在实施例一提供的储能双向变流器的基础上，通过微控制器控制三相AC/DC模块和DC/DC模块的工作状态，使得电池组之间可以独立运行，提高了电池储能***的灵活性。
作为一种优选的实施方式，
所述获取电池储能***中的电池管理***的信息包括：
获取电池储能***中的电池组当前状态信息、获取所述电池组的电压信息、电流信息、温度信息、荷电状态和健康状态信息；
所述获取能量管理***的控制信息包括：
获取控制所述三相AC/DC模块信息、获取控制所述DC/DC模块信息。
其中，本发明所说的健康状态信息是指：蓄电池容量、健康度、性能状态等信息。
根据上述信息，控制三相AC/DC模块和DC/DC模块的工作状态包括：控制三相AC/DC模块和DC/DC模块处于保持电池组均衡充电和电池组均衡放电的状态、控制DC/DC模块处于休眠状态以及控制DC/DC模块是相应的电池处于满充电维护状态和电池荷电标定状态。
本发明给出微控制器具体的控制过程，如下：
第一，控制三相AC/DC模块和DC/DC模块处于保持电池组均衡充电和电池组均衡放电的状态。
其中，均衡充电的过程如下：微控制器根据预先设定的储能变流器的输入功率和电池组的荷电状态信息判断可允许充电电池组的组数以及组名，然后根据电池组的荷电状态信息匹配各电池组的充电系数，使得电池组能够均衡充电。在充电过程中，微控制器还动态跟踪储能变流器的功率和各电池组的信息，并实时控制充电电池组的组数及组名，以便调整充电系数，保障各电池组平衡充电。
均衡放电的过程如下：微控制器根据预先设定的储能变流器的输入功率和电池组的荷电状态信息判断可允许放电电池组的组数以及组名，然后根据电池组的荷电状态信息匹配各电池组的放电系数，使得电池组能够均衡放电。在放电过程中，微控制器还动态跟踪储能变流器的功率和各电池组的信息，并实时控制放电电池组的组数及组名，以便调整放电系数，保障各电池组平衡放电。
第二，控制DC/DC模块处于休眠状态。
控制过程如下：当储能变流器运行功率较低时，则电池储能***的转换效率也较低，因此，微控制器可以根据电池组的荷电状态信息和运行功率，选择其中一个DC/DC模块处于休眠状态，以此可以达到降低功耗的目的，从而提高电池储能***的运行效率。
第三，控制DC/DC模块使相应电池处于满充电维护状态和荷电标定状态。
其中，满充电维护状态的控制过程如下：
满充电维护，能量管理***根据运行情况，指定进行满充电维护的电池组，然后下达满充电维护指令(控制信息)至微控制器，微控制器根据该指令控制相应的DC/DC模块执行满充电维护程序。具体地，可以通过与电网或其他电池组的交换能量进行满充电维护。
电池荷电标定状态的控制过程如下：
能量管理***根据电池储能***的运行情况，指定需要进行标定的电池组，并下达标定指令，微控制器控制相应的DC/DC模块执行标定程序。具体地，可以通过与电网或其他电池组交换能量进行标定。
以上对本发明所提供的储能双向变流器及其控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种储能双向变流器，其特征在于，包括：隔离变压器、三相AC/DC模块、并联的多个DC/DC模块和微控制器；
所述隔离变压器与交流电网和所述三相AC/DC模块连接；
所述三相AC/DC模块与所述DC/DC模块连接；
每个所述DC/DC模块与电池储能***中的电池组一一对应连接；
所述微控制器与所述三相AC/DC模块、所述DC/DC模块、能量管理***和所述电池储能***中的电池管理***连接，用于根据所述能量管理***的信息控制所述三相AC/DC模块和所述DC/DC模块的工作状态；
其中，所述电池管理***与所述电池组连接，所述电池管理***与所述能量管理***连接。
2.根据权利要求1所述的储能双向变流器，其特征在于，所述微控制器通过通信总线与所述三相AC/DC模块连接。
3.根据权利要求1所述的储能双向变流器，其特征在于，所述微控制器通过通信总线与所述DC/DC模块连接。
4.根据权利要求1所述的储能双向变流器，其特征在于，所述微控制器通过通信总线与所述电池管理***连接。
5.根据权利要求1所述的储能双向变流器，其特征在于，所述微控制器通过通信总线与所述能量管理***连接。
6.一种储能双向变流器的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的储能双向变流器，包括：
获取电池储能***中的电池管理***的信息；
发送储能双向变流器的三相AC/DC模块和DC/DC模块的状态信息；
获取能量管理***的信息；
根据所述能量管理***的信息控制所述储能双向变流器的三相AC/DC模块和DC/DC模块的工作状态。
7.根据权利要求6所述的储能双向变流器的控制方法，其特征在于，所述获取电池储能***中的电池管理***的信息包括：
获取电池储能***中的电池组当前状态信息、获取所述电池组的电压信息、电流信息、温度信息、荷电状态信息和健康状态信息；
所述获取能量管理***的信息包括：
获取控制所述三相AC/DC模块的信息和获取控制所述DC/DC模块的信息。
8.根据权利要求7所述的储能双向变流器的控制方法，其特征在于，所述控制所述储能双向变流器的三相AC/DC模块和DC/DC模块的工作状态包括：
控制所述储能双向变流器的三相AC/DC模块和所述DC/DC模块处于保持所述电池组均衡充电和所述电池组均衡放电的状态。
9.根据权利要求8所述的储能双向变流器的控制方法，其特征在于，所述控制所述储能双向变流器的三相AC/DC模块和DC/DC模块的工作状态还包括：
控制所述DC/DC模块处于休眠状态。
10.根据权利要求9所述的储能双向变流器的控制方法，其特征在于，所述控制所述储能双向变流器的三相AC/DC模块和DC/DC模块的工作状态还包括：
控制所述DC/DC模块使相应的电池处于满充电维护状态和电池荷电标定状态。
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