CN107872090B - 一种储能电池预充电电路及预充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种储能电池预充电电路及预充电方法，第一限流元件和第一预充电开关相互串联后，跨接在交流开关的两端；交流开关的一端连接交流输入电源，另一端连接交流滤波电感的一端，交流开关的另一端经由联锁开关连接交流滤波电容；交流滤波电感的另一端连接逆变模块的交流端，逆变模块的直流端跨接在直流母线电容的两端；第二限流元件和第二预充电开关相互串联后，跨接在直流开关的两端；直流开关的一端连接直流母线电容的一端，直流开关的另一端和直流母线电容的另一端分别用于连接储能电池的两端；第一预充电开关和联锁开关为互斥关系。此种技术方案通过两组预充电开关和限流电阻配合变流器主回路，实现储能电池和变流器直流电容的预充电。
Description
技术领域
本发明属于储能变流器领域，特别涉及一种储能电池预充电电路及预充电方法。
背景技术
储能电池亏电状态下，直流电压很低，甚至有些类型的储能电流会出现直流电压为零的情况。因此需要在使用前对其进行预充电。
同时，变流器的直流侧一般配置较大容量的支撑电容，直接闭合交流侧回路会通过变流器的逆变桥形成不控整流回路，由于交流侧回路的阻抗很小，若直流电容未充电会形成较大的冲击电流，对元件造成伤害，因此也需要对变流器直流电容进行预充电。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种储能电池预充电电路及预充电方法，其可通过两组预充电开关和限流电阻配合变流器主回路，实现储能电池和变流器直流电容的预充电。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种储能电池预充电电路，包括第一限流元件、第一预充电开关、联锁开关、第二限流元件、第二预充电开关，以及变流器主电路，所述变流器主电路包括交流开关、交流滤波电容、交流滤波电感、逆变模块、直流母线电容和直流开关，其中，第一限流元件和第一预充电开关相互串联后，跨接在交流开关的两端；所述交流开关的一端连接交流输入电源，另一端连接交流滤波电感的一端，交流开关的另一端还经由联锁开关连接交流滤波电容；所述交流滤波电感的另一端连接逆变模块的交流端，逆变模块的直流端跨接在直流母线电容的两端；第二限流元件和第二预充电开关相互串联后，跨接在直流开关的两端；所述直流开关的一端连接直流母线电容的一端，直流开关的另一端和直流母线电容的另一端分别用于连接储能电池的两端；且所述第一预充电开关和联锁开关为互斥关系。
上述第一限流元件至少包含一个电阻，第二限流元件至少包含一个电阻，且第一限流元件的阻值不小于第二限流元件的阻值。
一种基于前述储能电池预充电电路的预充电方法，包括如下步骤：
(1)断开第二预充电开关、直流开关、交流开关及联锁开关，闭合第一预充电开关，通过第一限流元件、第一预充电开关，经变流器不控整流后为直流母线电容预充电；
(2)直流母线电容充电至变流器不控整流电压后，闭合交流开关，断开第一预充电开关，闭合联锁开关，使交流滤波电容重新接入滤波回路；
(3)闭合第二预充电开关，通过变流器不控整流经第二限流元件限流后为储能电池充电；
(4)直流开关两端电压差值小于门槛电压时，闭合直流开关，断开第二预充电开关，此时储能电池与电网之间的变流器主电路全部连通；
(5)启动变流器使变流器工作在恒流、恒功率或恒压模式，继续完成对储能电池的充电。
上述第一预充电开关与联锁开关为互斥关系，二者的分合由人工或联锁机构完成，或由控制器及控制回路完成。
上述步骤(4)中，门槛电压设定为不大于直流电压额定值的40％。
采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：
1)本发明方案通过预充电开关、限流元件及变流器寄生二极管的不控整流电路实现对直流侧的预充电，不需要额外的整流桥，且充电回路充分利用变流器的主电路，可以达到较大的预充电功率；
2)本发电通过两组预充电开关和限流元件，分步骤实现直流母线电容和储能电池的预充电；
3)本发明方案通过联锁开关控制交流滤波电容回路的投入及退出，在预充电时断开滤波电容，排除滤波电容对预充电的影响，使整个预充电电路简化为简单的不控整流和限流电路。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明实施例在直流电容预充电时的示意图；
图3是本发明实施例在储能电池预充电时的示意图；
图4是本发明实施例在变流器主电路闭合时的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种储能电池预充电电路，包括限流元件1、预充电开关2、联锁开关3、限流元件4、预充电开关5，以及与之连接的变流器主电路6，所述变流器主电路6主要包括交流开关21、交流滤波电容、交流滤波电感、逆变模块、直流母线电容和直流开关62，下面分别介绍。
限流元件1和预充电开关2相互串联后，跨接在交流开关61的两端；所述交流开关61的一端连接交流输入电源，另一端连接变流器桥臂交流输出端，具体是连接交流滤波电感的一端，交流开关61的另一端还经由联锁开关3连接交流滤波电容。
所述交流滤波电感的另一端连接逆变模块的交流端，逆变模块的直流端跨接在直流母线电容的两端。
限流元件4和预充电开关5相互串联后，跨接在直流开关62的两端；所述直流开关62的一端连接直流母线电容的一端，直流开关62的另一端和直流母线电容的另一端分别用于连接储能电池的两端。
其中，预充电开关2与联锁开关3为互斥关系，也即：当预充电开关2闭合时，联锁开关3断开；当预充电开关2断开时，联锁开关3闭合。二者的分合可由人工或联锁机构完成，也可由控制器及控制回路完成，操作过程中须保证二者不能同时处于闭合状态。
其中，限流元件1至少包含一个电阻，限流元件4至少包含一个电阻，且限流元件1的阻值不小于限流元件4的阻值。
本发明还提供一种基于前述预充电电路的储能电池预充电方法，配合图2至图4所示，以三相两电平变流器为例示出，当然本发明预充电电路及预充电方法不限于三相两电平变流器，单相或多电平变流器也同样适用；所述预充电方法包括如下步骤：
(1)首先通过限流元件1、预充电开关2为直流母线电容预充电，如图2所示，具体是断开预充电开关5、直流开关62、交流开关61及联锁开关3，闭合预充电开关2，经变流器的交流滤波电感接入逆变模块的交流端，经逆变模块自身寄生的不控整流电路整流后，形成直流电为直流母线电容预充电；
(2)直流母线电容充电至变流器不控整流电压后，闭合交流开关61，断开预充电开关2，闭合联锁开关3，使交流滤波电容重新接入滤波回路；
(3)如图3所示，闭合预充电开关5，通过变流器不控整流经限流元件4限流后为储能电池充电；
(4)直流开关62两端电压差值小于门槛电压时，闭合直流开关62，断开预充电开关5，配合图4所示，此时储能电池与电网之间的变流器主电路全部连通；其中，门槛电压设定为不大于直流电压额定值的40％；
(5)启动变流器使变流器工作在恒流、恒功率或恒压模式，继续完成对储能电池的充电。
综合上述，本发明提供一种储能电池预充电电路及预充电方法，利用交流侧电源通过变流器中逆变桥的寄生二极管的不控整流作用，结合两组预充电开关和限流元件，分步骤给直流母线电容和储能电池预充电；然后控制变流器启动运行，进一步给电池充电，稳定电池电压。本发明中的限流元件、预充电开关用于限制预充电电流及控制预充电回路的投退；配合使用的联锁开关与交流预充电开关互斥。本发明设置交流和直流两级限流，分步骤实现对直流电容和储能电池的预充电，方案简单，容易实现。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (4)
1.一种储能电池预充电电路的预充电方法，其特征在于：
所述储能电池预充电电路包括第一限流元件、第一预充电开关、联锁开关、第二限流元件、第二预充电开关，以及变流器主电路，所述变流器主电路包括交流开关、交流滤波电容、交流滤波电感、逆变模块、直流母线电容和直流开关，其中，第一限流元件和第一预充电开关相互串联后，跨接在交流开关的两端；所述交流开关的一端连接交流输入电源，另一端连接交流滤波电感的一端，交流开关的另一端还经由联锁开关连接交流滤波电容；所述交流滤波电感的另一端连接逆变模块的交流端，逆变模块的直流端跨接在直流母线电容的两端；第二限流元件和第二预充电开关相互串联后，跨接在直流开关的两端；所述直流开关的一端连接直流母线电容的一端，直流开关的另一端和直流母线电容的另一端分别用于连接储能电池的两端；且所述第一预充电开关和联锁开关为互斥关系；
所述预充电方法包括如下步骤：
(1)断开第二预充电开关、直流开关、交流开关及联锁开关，闭合第一预充电开关，通过第一限流元件、第一预充电开关，经变流器不控整流后为直流母线电容预充电；
(2)直流母线电容充电至变流器不控整流电压后，闭合交流开关，断开第一预充电开关，闭合联锁开关，使交流滤波电容重新接入滤波回路；
(3)闭合第二预充电开关，通过变流器不控整流经第二限流元件限流后为储能电池充电；
(4)直流开关两端电压差值小于门槛电压时，闭合直流开关，断开第二预充电开关，此时储能电池与电网之间的变流器主电路全部连通；
(5)启动变流器使变流器工作在恒流、恒功率或恒压模式，继续完成对储能电池的充电。
2.如权利要求1所述的一种储能电池预充电电路的预充电方法，其特征在于：所述第一限流元件至少包含一个电阻，第二限流元件至少包含一个电阻，且第一限流元件的阻值不小于第二限流元件的阻值。
3.如权利要求1所述的一种储能电池预充电电路的预充电方法，其特征在于：所述第一预充电开关与联锁开关为互斥关系，二者的分合由人工或联锁机构完成，或由控制器及控制回路完成。
4.如权利要求1所述的一种储能电池预充电电路的预充电方法，其特征在于：所述步骤(4)中，门槛电压设定为不大于直流电压额定值的40％。
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