CN116094015B - 一种具有动态重构功能的柔性储变集成*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有动态重构功能的柔性储变集成***，该柔性储变集成***包括控制器、以及分别与控制器电性连接的三相隔离变压器、三组储变一体储能结构、三组单相控制开关组件和同步发电机；控制器包括电池检测模块和电池管理模块，电池管理模块用于根据电池检测模块检测到的电池电压和电池电流，控制各组单相控制开关组件，每个子模块上的第一电控开关、第二电控开关和第三电控开关的闭合和断开，从而选择对应的电池储能子模块与柔性储变集成***以串联，并联，混联的形式连通，提高储变集成***的灵活性，并对电池储能子模块的充电和放电进行均衡调控，避免出现电池的过充电或者过放电，从而提高整个电池储能子模块的整体使用寿命。

Description

一种具有动态重构功能的柔性储变集成***

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种具有动态重构功能的柔性储变集成***。

背景技术

近些年来随着我国双碳目标的确立和新能源设备的快速发展，电力***中具有间歇性和波动性的发电方式（光伏发电，风力发电等）已经成为了目前***中不可忽视的影响因素，且在不久的将来其规模会越来越大。这样的发展趋势也使得电力***削峰填谷的任务更加艰巨，电力储能是解决这一问题的有效手段之一。

电池储能是目前实际应用最多的高能量密度储能方式，而现有的电池储能***由于电池的单体额定电压大部分为3.2V，需要采用多个电池单体串联并联为电池包，然后再将多个电池包串联为满足直流母线电压的电池簇；一般为了增加储能的容量还需要将多个电池簇并联形成完整的电池储能***。随后根据实际的需求，配置DC/DC变换器与光伏发电***配合或者配置DC/AC变换器直接并网，即储能***的直流应用与交流应用。

近期已经有研究人员提出了一种新的使用模块化多电平结构来实现对电池包精确控制的改进结构，称为模块化多电平电池储能***，并可以在一些应用场景节省常规电池储能***中需要使用的DC/DC变换器或DC/AC变换器，但是其子模块内的电池包仅可以串联投入***，无法以其他更灵活的形式投入***，制约了***的灵活性。

发明内容

鉴于上述现有技术中无法实现对电池的精细控制的问题，提出了本发明实施例以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种具有动态重构功能的柔性储变集成***。

本发明实施例公开了一种具有动态重构功能的柔性储变集成***，所述柔性储变集成***应用于电池储能***，所述柔性储变集成***包括控制器、以及分别与所述控制器电性连接的三相隔离变压器、三组储变一体储能结构、三组单相控制开关组件和同步发电机；

每组所述储变一体储能结构均包括若干个子模块簇，每个所述子模块簇均包括若干组电池储能子模块，每组所述电池储能子模块均包括电池包、以及分别与所述电池包连接的第一电控开关、第二电控开关和第三电控开关，每个电池包中均设置有若干个电池；

所述控制器包括电池检测模块和电池管理模块，所述电池检测模块用于检测每组所述电池包的电池电压和电池电流；所述电池管理模块用于根据所述电池检测模块检测到的电池电压和电池电流，控制所述单相控制开关组件、以及每个所述电池储能子模块上的所述第一电控开关、所述第二电控开关和所述第三电控开关的闭合和断开，从而选择对应的所述电池储能子模块与所述柔性储变集成***灵活的以串联、并联或混联的形式连通，并对所述电池储能子模块的充电和放电进行调控。

可选的，在每个所述电池储能子模块中，所述电池包的第一端分别与所述第一电控开关的第二端和所述第二电控开关的第一端电性连接，所述电池包的第二端与所述第三电控开关的第二端电性连接，所述第一电控开关的第一端与相邻的电池包电性连接，所述第二电控开关的第二端与所述第三电控开关的第一端电性连接，所述电池包的第二端和所述第三电控开关的第二端分别与相邻的电池包电性连接；

所述控制器根据所述电池检测模块检测到的电池包的电池电压和电池电流，控制所述第一电控开关、所述第二电控开关和所述第三电控开关的闭合和断开，从而实现将相应的若干个电池包之间的串联和并联。

可选的，所述电池包通过所述第二电控开关与所述单相控制开关组件电性连接，

当所述电池储能子模块中的全部所述第二电控开关均断开时，所述电池储能子模块中的电池包均从所述电池储能***旁路。

可选的，所述柔性储变集成***上还设置有三个电感，所述三相隔离变压器引出A相、B相和C相，A相、B相和C相分别与三个电感的第二端电性连接，三个电感的第一端分别与所述三组单相控制开关组件的第一端电性连接，三组单相控制开关组件的第二端分别与三组所述储变一体储能结构电性连接。

可选的，所述单相控制开关组件具有双向电流阻断功能，每组所述单相控制开关组件均包括第一单相控制开关、第二单相控制开关、第三单相控制开关和第四单相控制开关，其中，所述第一单相控制开关的第一端和所述第三单相控制开关的第一端分别通过电感与所述三相隔离变压器电性连接，所述第二单相控制开关的第一端和第四单相控制开关的第一端分别与所述同步发电机电性连接；

当需要所述电池储能子模块向所述三相隔离变压器输送电能时，所述控制器控制相应的所述第一单相控制开关或所述第三单相控制开关导通，并选择相应的所述电池包向所述三相隔离变压器放电；

当控制器检测到所述电池储能子模块中的电池包需要充电时，控制相应的所述第二单相控制开关或所述第四单相控制开关导通，并通过所述同步发电机向所述电池包进行充电。

可选的，所述电池包通过所述第二电控开关与所述单相控制开关组件电性连接，所述第一电控开关上设置有二极管，所述二极管具有放电过程中的电流阻断功能，

当所述电池储能子模块中的电池包进行放电时，所述电池检测模块对所述电池包进行电压采样，所述电池管理模块根据检测到的电池电压，从n个电池包中根据电压数值进行排序，选择电压排序较高的m个电池包，并控制与所述m个电池包的第二电控开关闭合，所述m个电池包进行放电，其中，m<n，且m和n均为正整数。

可选的，所述电池包通过所述第二电控开关与所述单相控制开关组件电性连接，所述第一电控开关上设置有二极管，

若柔性储变集成***中存在p个电池包并联进行充电，其中p的个数根据充电电流确定，p为正整数，p=Id/Ic，Id为子模块簇的充电电流需求，Ic为并联的电池包的额定充电电流，在确定相应的p个并联的电池包后，根据检测到的电压数值调整第一PWM占空比，且电压数值与第一PWM占空比负相关，以均衡p个电池包之间的充电电流，其中，所述第一PWM占空比与所述第一电控开关的PWM参数相关。

另一方面，本发明实施例还提供了另一种具有动态重构功能的柔性储变集成***，所述柔性储变集成***包括直流正母线、直流负母线、设置在所述直流正母线和所述直流负母线之间的电感、六个子模块簇、以及控制器，所述控制器分别与电感和六个子模块簇电性连接；

其中，三个所述子模块簇的一端与所述直流正母线电性连接，三个所述子模块簇的另一端与所述电感的第一端串联，并引出A、B、C三相，作为逆变器的三个上桥臂；三个所述子模块簇的一端与所述直流负母线电性连接，三个所述子模块簇的另一端与所述电感的第二端串联，并引出A、B、C三相，作为逆变器的三个下桥臂；所述电感用于滤波并进行功率变换；

每个所述子模块簇均包括若干组电池储能子模块，每组所述电池储能子模块均包括电池包、以及分别与所述电池包连接的第一电控开关、第二电控开关和第三电控开关，每个电池包中均设置有若干个电池；

所述控制器包括电池检测模块和电池管理模块，所述电池检测模块用于检测每组所述电池包的电池电压和电池电流；所述电池管理模块用于根据所述电池检测模块检测到的电池电压和电池电流，控制每个电池储能子模块上的所述第一电控开关、所述第二电控开关和所述第三电控开关的闭合和断开，从而选择对应的所述电池储能子模块与所述柔性储变集成***连通，并对所述电池储能子模块的充电和放电进行调控。

可选的，在每个所述电池储能子模块中，所述电池包的第一端分别与所述第一电控开关的第二端和所述第二电控开关的第一端电性连接，所述电池包的第二端与所述第三电控开关的第二端电性连接，所述第一电控开关的第一端与相邻的电池包电性连接，所述第二电控开关的第二端与所述第三电控开关的第一端电性连接，所述电池包的第二端和所述第三电控开关的第二端分别与相邻的电池包电性连接；

所述控制器根据所述电池检测模块检测到的电池包的电池电压和电池电流，控制所述第一电控开关、所述第二电控开关和所述第三电控开关的闭合和断开，从而实现将相应的若干个电池包之间的串联、并联或混联。

可选的，所述电池包通过所述第二电控开关与所述电感电性连接，

当所述电池储能子模块中的全部所述第二电控开关均断开时，所述电池储能子模块中的所有电池包均从所述电池储能***旁路。

采用上述技术方案，本发明的技术方案具有以下有益效果：

（1）通过检测电池包的电池电压和电池电流，可以使得柔性储变集成***对其中的电池包单体的充电和放电进行精细化控制，使得充电和放电过程更加均衡，避免出现电池单体的过充电或者过放电，从而提高整个电池储能子模块的整体使用寿命，并保障电池储能子模块的电压稳定。

（2）设置有单相控制开关组件，单相控制开关组件可以根据实际需求选择相应的回路与三相隔离变压器的A相、B相或C相连通，从而可以根据实际需求进行放电操作；单相控制开关组件还可以选择相应的回路与同步发电机连通，从而可以根据实际需求对相应的电池包进行充电操作。

（3）多个电池储能子模块通过开关进行串联或者并联连接，方便电池管理模块进行管理，选择合适的电池储能模块并入***，避免因电池储能内部产生环流造成的电池过热问题。

附图说明

图1是现有技术中的一种常规的电池储能***结构图；

图2为本发明实施例提供的一种多电平半桥储能子模块结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种电池储能***的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电池储能模块结构的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种电池储能***的示意图；

图6为本发明实施例提供的一种具有动态重构功能的柔性储变集成***的示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种具有动态重构功能的柔性储变集成***的示意图。

实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例是基于本申请的发明人对以下事实和问题的发现和认识作出的。相关技术中，电池储能是目前实际应用最多的高能量密度储能方式，而现有的电池储能***由于电池的单体额定电压大部分为3.2V，需要采用多个电池单体串联并联为电池包，然后再将多个电池包串联为满足直流母线电压的电池簇；一般为了增加储能的容量还需要将多个电池簇并联形成完整的电池储能***。随后根据后级电路的输出需求，配置DC/DC变换器与光伏发电***配合或者配置DC/AC变换器直接并网。

图1是现有技术中的一种常规的电池储能***结构图，应用在配置DC/AC变换器并网的场景。这种电池储能***由直流正母线101，直流负母线102，DC-AC变换器103，三相隔离变压器104，电池簇105，电池包106，电池簇隔离开关107组成，其结构的基本原理是多个电池包106串联构成电池簇105，电池簇105串联电池簇隔离开关107后，再根据容量需求并联构成整个电池储能***。在图1的应用中是直流正母线101与直流负母线102外接DC/AC变换器103后，再外接三相隔离变压器104并网的场景。若直流正母线101与直流负母线102外接DC/DC变换器130，则是常规电池储能***与光伏发电配合的场景。

这种电池储能***的缺点主要表现在：1.只能通过电池簇隔离开关107来控制整个电池簇是否接入***，无法对其内部的电池包进行充放电控制，这极易由于一致性差异导致内部的电池包充放电控制不均衡，发生过充电或者过放电，并最终导致整个电池簇105的容量和寿命衰减；2.多个电池簇105并联形成整个电池储能***，当有多个电池簇105同时接入直流正母线101与直流负母线102时，各电池簇之间的电压差可能导致电池储能***内部产生环流，若电流过大则可能因为电池过热而发生火灾；3.直流正母线101与直流负母线102之间的电压不可控制，必须使用DC/AC变换器或者DC/DC变换器来实现后续的直流或者交流输出目标，增大了成本和损耗。

为了解决图1中上述常规的电池储能***所带来的问题，图2为本发明实施例提供的一种多电平半桥储能子模块结构示意图，可以使用模块化多电平半桥储能子模块结构来实现对电池簇内部电池包的精细化控制。该子模块基本结构由电池包206、上电力电子开关208、下电力电子开关209组成。基本的工作原理为：无论电流的方向，上电力电子开关208导通，下电力电子开关209关断可将电池包206串入储能***中；而上电力电子开关208关断，下电力电子开关209导通可将电池包206从储能***中旁路，从而实现对电池簇内部电池包的精细化控制。对电池包的精细化控制可以避免电池簇的容量和寿命衰减及电池过热。

图3为本发明实施例提供的一种电池储能***的结构示意图，该电池储能***将图2所示的模块化多电平半桥储能子模块应用在直流电池储能***中，由直流正母线301，直流负母线302，DC-AC变换器303，三相隔离变压器304，电池簇隔离开关307，子模块簇310组成。其结构为多个图2中的储能子模块串联构成子模块簇310，再与电池簇隔离开关307串联后，根据实际需求多个并联构成整个电池储能***。图3的应用是直流正母线301与直流负母线302外接DC/AC变换器303后，再外接三相隔离变压器304并网的场景，此交流场景下与图1所示的常规电池储能***相同，均需配置DC/AC变换器。但是若改为直流应用场景，因为子模块簇310具有直流电压调节能力可以节省图1中的DC/DC变换器130，从而降低电池储能***并网的成本。

在实际应用过程中，发明人发现图3中的子模块仍有不足之处，电池储能***中子模块内的电池包仅可以通过互相串联的方式投入***，无法以其他更灵活的形式投入***。图4为本发明实施例提供的一种电池储能子模块结构的示意图，图2中的模块化多电平半桥子模块在实际应用中可以调整为图4所示的子模块，该电池储能子模块结构包括电池包406，第一电控开关410、第二电控开关408和第三电控开关409，其中，电池包406的第一端分别与第一电控开关410的第二端和第二电控开关408的第一端连接，电池包406的第二端与第三电控开关409的第二端连接，第二电控开关408的第二端与第三电控开关409的第一端连接，该电池储能子模块结构具有4个外接端口，可以实现将电池包406旁路，串联其他电池包投入电池储能***，并联其他电池包投入电池储能***，还可以采用串联和并联结合的混联方式将多个电池包投入电池储能***。该电池储能子模块结构在使用过程中，当需要将电池包406旁路时，可以导通第三电控开关409，当需要将相邻的电池包406进行串联时，可以导通第二电控开关408。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需求，对第一电控开关410、第二电控开关408和第三电控开关409的导通和断开进行调整，从而将相应满足条件的电池包与电池储能***连通。

图5为本发明实施例提供的一种电池储能***的示意图，该储能***上设置有若干组上述的图4所示的电池储能子模块，该电池储能***包括直流正母线501、直流负母线502、DC-AC变换器503、三相隔离变压器504、电池簇隔离开关507和n个图4所示储能子模块串联后构成的子模块簇511。该电池储能***的结构为子模块簇511串联电池簇隔离开关507后，再并联构成整个电池储能***，每组子模块簇511均包括若干个电性连接的电池储能子模块。本实施例的电池储能***在结构上将模块化多电平储能子模块变为新型电池储能子模块，多个新型电池储能子模块串联构成子模块簇511，子模块簇511与电池簇隔离开关507串联后，再根据实际需求多个并联构成整个电池储能***。图5是电池储能***接DC/AC变换器503后，再外接三相隔离变压器504并网的场景。交流应用仍需配置DC/AC变换器，直流应用则可以节省一台大功率DC/DC变换器。本发明提出的新型电池储能子模块串联构成的子模块簇可以实现簇内电池串联，并联，混联投入电池储能***，提高了电池储能***的灵活性。

实际应用时，为了保证电池储能***的可靠性和灵活性，每个子模块簇511均设置少量冗余的储能子模块。当电池储能***收到并网指令时，电池管理***选择多组子模块簇511与电池储能***连接，并控制与子模块簇511连接的电池簇隔离开关507闭合；其中，在确定相应的子模块簇后，电池管理***从一组子模块簇511的p个电池储能子模块中选择q个适合连接电池储能***的电池储能子模块，被选出的q个电池储能子模块可采用串联、并联、混联的方式接入直流母线中；在确定一组子模块簇内串入***的q个子模块后，电池管理***对直流母线电压进行采样，并根据电压采样结果控制本组子模块簇冗余的至少一个电池储能子模块中的第一电控开关、第二电控开关和第三电控开关的闭合或断开，从而选择对应的电池储能子模块与电池储能***连通，并对电池储能子模块的充电和放电进行调控。需要说明的是，电池储能***在运行时可以根据预设算法选取子模块簇511中最适合投入***的q个储能子模块，本领域技术人员可以根据自身需求对预设算法进行设定，本申请对此不作具体限定。

图6为本发明实施例提供的一种具有动态重构功能的柔性储变集成***的示意图，该柔性储变集成***包括直流正母线601、直流负母线602、设置在直流正母线601和直流负母线602之间的电感六个电感L0、六个子模块簇611、以及控制器，控制器分别与电感L0和六个子模块簇611电性连接，每组子模块簇均包括若干个电性连接的电池储能子模块,该电池储能子模块采用图4所示的子模块结构，其中，三个子模块簇611的一端与直流正母线601连接，三个子模块簇611的另一端与电感L0的第一端串联，并引出A、B、C三相，作为逆变器的三个上桥臂；三个子模块簇611的一端与直流负母线602连接，三个子模块簇611的另一端与电感L0的第二端串联，并引出A、B、C三相，作为逆变器的三个下桥臂，电感L0可以用于滤波并进行功率变换。

每个子模块簇611均包括若干组电池储能子模块，每组电池储能子模块均包括若干个电池包、以及分别与电池包连接的第一电控开关、第二电控开关和第三电控开关，每个电池包中均设置有若干个电池；在使用过程中，控制器包括电池检测模块和电池管理模块，电池检测模块用于检测每组电池包的电池电压和电池电流；电池管理模块用于根据电池检测模块检测到的电池电压和电池电流，控制第一电控开关、第二电控开关和第三电控开关的闭合和断开，从而实现将相应的若干个电池包之间进行串联和并联，选择对应的电池储能子模块与柔性储变集成***连通，并对电池储能子模块的充电和放电进行调控。

在一些实施例中，电池检测模块用于检测每组电池包的电池电压和电池电流。电池管理模块分别与电池包、第一电控开关、第二电控开关、第三电控开关和电池检测模块电性连接，用于根据电池检测模块检测到的电池电压和电池电流，控制第一电控开关、第二电控开关和第三电控开关的闭合和断开，从而选择对应的电池包与柔性储变集成***连通，并对电池包的充电和放电进行调控。

在一些实施例中，首先考虑各子模块之间串联连接，当电池储能子模块中的全部第三电控开关均409导通时，电池储能子模块中的所有电池包均从柔性储变集成***旁路。在使用过程中，电池包通过第二电控开关与电池储能子模块外连接，当电池储能子模块中的电池包进行放电时，电池检测模块对电池包进行电压采样，电池管理模块根据检测到的电池电压，从n个电池包中根据电压数值进行排序，选择电压排序较高的m个电池包，并控制与m个电池包的第二电控开关408闭合接入电池储能***；若对电池储能子模块中的电池包进行充电时，则是选择电压排序较低的m个电池包接入电池储能***进行充电，其中，m<n，且m和n均为正整数。

若其中存在子模块并联的情况，如有p个电池包并联进行充电，其中p的具体个数根据母线的充电电流确定；p=Id/Ic，Id为子模块簇的充电电流需求，Ic为并联的电池包的额定充电电流，在确定相应的p个并联的电池包后，根据检测到的电压数值调整第一PWM占空比，且电压数值与第一PWM占空比负相关，以均衡p个电池包之间的充电电流。示例性的，当电流方向从上向下给子模块充电时，对电压采样的结果进行排序，将电压排序较低的m个电池包优先导通其第二电控开关，使对应的m个电池包充电，m的个数由整个子模块的充电电压决定。随后需要均衡子模块中并联的p个电池包的充电电流，具体的操作步骤为针对电压较低的电池包，设置较高甚至为1的PWM占空比，而针对电压较高的电池包，设置较低的PWM占空比，通过这样的原理来均衡并联投入***的各电池包的充电电流。

在一些实施例中，当电池储能子模块中的采用并联连接方式的电池包进行放电时，第一电控开关410的二极管对放电过程中的电流没有阻断功能，电池包均进入放电状态，电池检测模块对电池包进行电压采样，电池管理模块根据检测到的电池电压调整第二PWM占空比，且电压数值与第二PWM占空比正相关，以均衡所述电池包之间的放电电流。示例性的，当电流方向从下向上给电池放电时，由于所有第一电控开关中反并联二极管的存在，不具有阻断能力，但是仍可通过PWM调节实现电池包电流调节，调节原理是第一电控开关的沟道导通压降很低，而反并联二极管有0.7-1V的压降，通过沟道放电的电池包放电电流大于通过反并联二极管放电的电池包放电电流，两者的差异可以实现电池包电流调节。由此可根据并联可控电池储能模块中各电池包状态以及外界放电放电电流的大小来最优选择适合投入储能***的电池包，实现对电池包的精细化控制。需要说明的是，第一PWM占空比和第二PWM占空比均与第一电控开关的设计参数相关，第一电控开关、第二电控开关和第三电控开关均可以采用MOS管，本领域技术人员可以根据MOS管的参数对第一PWM占空比和第二PWM占空比的参数进行设定，以满足实际使用过程中的需求。

本发明的技术方案具有以下有益效果：（1）通过检测电池包的电池电压和电池电流，可以使得具有动态重构功能的柔性储变集成***对其中的电池包单体的充电和放电进行精细化控制，使得充电和放电过程更加均衡，避免出现电池单体的过充电或者过放电，从而提高整个电池储能子模块的整体使用寿命，并保障电池储能子模块的电压稳定；（2）多个电池储能模块通过开关进行并联串联，并联，混联连接，方便电池管理模块进行管理，选择合适的电池储能模块并入***，避免因电池储能内部产生环流导致的电池过热问题。

图7为本发明实施例提供的另一种具有动态重构功能的柔性储变集成***的示意图，该柔性储变集成***应用于电池储能***，柔性储变集成***包括控制器、以及分别与控制器电性连接的三相隔离变压器704、三组储变一体储能结构、三组单相控制开关组件714和同步发电机713；

其中，上述储变一体储能结构可以包括若干个子模块簇，每个子模块簇均包括若干组电池储能子模块，每组电池储能子模块均包括若干个电池包、以及分别与电池包连接的第一电控开关、第二电控开关和第三电控开关，每个电池包中均设置有若干个电池。需要说明的是，该电池储能子模块可以采用图4所示的子模块结构。

控制器包括电池检测模块和电池管理模块，电池检测模块用于检测每组电池包的电池电压和电池电流；电池管理模块用于根据电池检测模块检测到的电池电压和电池电流，控制单相控制开关组件、第一电控开关、第二电控开关和第三电控开关的闭合和断开，从而选择对应的电池储能子模块与柔性储变集成***连通，并对电池储能子模块的充电和放电进行调控。需要说明的是，前文已经对电池管理模块检测电池电压和电池电流的过程进行相应的描述，本实施例的电池管理模块应用过程与前文相同或相似，在此不作赘述。

在一些实施例中，每个上述电池储能子模块中，电池包的第一端分别与第一电控开关的第二端和第二电控开关的第一端连接，电池包的第二端与第三电控开关的第二端连接，第一电控开关的第一端与相邻的电池包连通，第二电控开关的第二端与第三电控开关的第一端连接，电池包的第二端和第三电控开关的第二端分别与相邻的电池包连通；在使用的过程中，控制器根据电池检测模块检测到的电池包的电池电压和电池电流，控制第一电控开关、第二电控开关和第三电控开关的闭合和断开，从而实现将相应的若干个电池包之间的串联、并联和混联后，投入柔性储变集成***，从而提高柔性储变集成***的灵活性。

所述柔性储变集成***上还设置有三个电感，所述三相隔离变压器引出A相、B相和C相，A相、B相和C相分别与三个电感的第二端连接，三个电感的第一端分别与所述三组单相控制开关组件的第一端连接，三组单相控制开关组件的第二端分别与三组所述储变一体储能结构连接。

如图7所示，单相控制开关组件具有双向电流阻断功能，图7中每个储变一体储能结构均包括两个子模块簇，每组单相控制开关组件均包括第一单相控制开关、第二单相控制开关、第三单相控制开关和第四单相控制开关。示例性的，单相控制开关组件的数量为三组，且分别与三相隔离变压器的A相、B相和C相连接，其中，第一单相控制开关的第一端和第三单相控制开关的第一端分别通过电感与三相隔离变压器连接，第二单相控制开关的第一端和第四单相控制开关的第一端分别与同步发电机713连接；当需要电池储能子模块向三相隔离变压器704输送电能时，控制器控制相应的第一单相控制开关和/或第三单相控制开关导通，并选择相应的电池包向三相隔离变压器704放电；当控制器检测到电池储能子模块中的电池包需要充电时，控制相应的第二单相控制开关和/或第四单相控制开关导通，并通过同步发电机713向电池包进行充电。

如图7所示，三组单相控制开关组件分别为第一单相控制开关组件、第二单相控制开关组件和第三单相控制开关组件，其中，第一单相控制开关组件包括第一单相控制开关SA1、第二单相控制开关SA2、第三单相控制开关SA3和第四单相控制开关SA4，第一单相控制开关SA1和第三单相控制开关SA3分别与三相隔离变压器704的A相电性连接，第二单相控制开关SA2和第四单相控制开关SA4分别与同步发电机713连接；第二单相控制开关组件包括第一单相控制开关SB1、第二单相控制开关SB2、第三单相控制开关SB3和第四单相控制开关SB4，第一单相控制开关SB1和第三单相控制开关SB3分别与三相隔离变压器704的B相电性连接，第二单相控制开关SB2和第四单相控制开关SB4分别与同步发电机713连接；第三单相控制开关组件包括第一单相控制开关SC1、第二单相控制开关SC2、第三单相控制开关SC3和第四单相控制开关SC4，第一单相控制开关SC1和第三单相控制开关SC3分别与三相隔离变压器704的C相电性连接，第二单相控制开关SC2和第四单相控制开关SC4分别与同步发电机713连接。

以下将以三相隔离变压器704的A相为例说明柔性储变集成***的工作原理：当该储变一体储能结构712采用单相风机储变一体结构时，储变一体储能结构712的4个子模块簇711分为两组，在某一时刻假设此时风机的同步发电机713向电网传输能量，第一单相控制开关SA1关断，第二单相控制开关SA2导通，子模块簇711-1与子模块簇711-2组成的上下桥臂结构中的储能电池吸纳风机的同步发电机713产生的电能；而第三单相控制开关SA3导通，第四单相控制开关SA4关断，子模块簇711-3与子模块簇711-4组成的上下桥臂结构中的储能电池向电网中释放电能。由于B相与C相的工作原理也与A相一致，申请人在此不作赘述。在实际使用的过程两种，单相控制开关组件可以根据实际需求选择相应的回路与三相隔离变压器的A相、B相或C相连通，从而可以根据实际需求进行放电操作；单相控制开关组件还可以选择相应的回路与同步发电机连通，从而可以根据实际需求对相应的电池包进行充电操作，从而保障电池储能子模块的电压稳定、并适时的向三相隔离变压器704输送电能。

需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的实施例进行了详细介绍，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，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种具有动态重构功能的柔性储变集成***，其特征在于，所述柔性储变集成***应用于电池储能***，所述柔性储变集成***包括控制器、以及分别与所述控制器电性连接的三相隔离变压器、三组储变一体储能结构、三组单相控制开关组件和同步发电机；

每组所述储变一体储能结构均包括若干个子模块簇，每个所述子模块簇均包括若干组电池储能子模块，每组所述电池储能子模块均包括电池包、以及分别与所述电池包连接的第一电控开关、第二电控开关和第三电控开关，每个电池包中均设置有若干个电池；

所述控制器包括电池检测模块和电池管理模块，所述电池检测模块用于检测每组所述电池包的电池电压和电池电流；所述电池管理模块用于根据所述电池检测模块检测到的电池电压和电池电流，控制所述单相控制开关组件、以及每个所述电池储能子模块上的所述第一电控开关、所述第二电控开关和所述第三电控开关的闭合和断开，从而选择对应的所述电池储能子模块与所述柔性储变集成***灵活的以串联、并联或混联的形式连通，并对所述电池储能子模块的充电和放电进行调控；

所述柔性储变集成***上还设置有三个电感，所述三相隔离变压器引出A相、B相和C相，A相、B相和C相分别与三个电感的第二端电性连接，三个电感的第一端分别与所述三组单相控制开关组件的第一端电性连接，三组单相控制开关组件的第二端分别与三组所述储变一体储能结构电性连接；

所述单相控制开关组件具有双向电流阻断功能，每组所述单相控制开关组件均包括第一单相控制开关、第二单相控制开关、第三单相控制开关和第四单相控制开关，其中，所述第一单相控制开关的第一端和所述第三单相控制开关的第一端分别通过电感与所述三相隔离变压器电性连接，所述第二单相控制开关的第一端和第四单相控制开关的第一端分别与所述同步发电机电性连接；

当需要所述电池储能子模块向所述三相隔离变压器输送电能时，所述控制器控制相应的所述第一单相控制开关或所述第三单相控制开关导通，并选择相应的所述电池包向所述三相隔离变压器放电；

当控制器检测到所述电池储能子模块中的电池包需要充电时，控制相应的所述第二单相控制开关或所述第四单相控制开关导通，并通过所述同步发电机向所述电池包进行充电；

三组单相控制开关组件分别为第一单相控制开关组件、第二单相控制开关组件和第三单相控制开关组件，其中，第一单相控制开关组件包括第一单相控制开关SA1、第二单相控制开关SA2、第三单相控制开关SA3和第四单相控制开关SA4，第一单相控制开关SA1和第三单相控制开关SA3分别与三相隔离变压器的A相电性连接，第二单相控制开关SA2和第四单相控制开关SA4分别与同步发电机连接；第二单相控制开关组件包括第一单相控制开关SB1、第二单相控制开关SB2、第三单相控制开关SB3和第四单相控制开关SB4，第一单相控制开关SB1和第三单相控制开关SB3分别与三相隔离变压器的B相电性连接，第二单相控制开关SB2和第四单相控制开关SB4分别与同步发电机连接；第三单相控制开关组件包括第一单相控制开关SC1、第二单相控制开关SC2、第三单相控制开关SC3和第四单相控制开关SC4，第一单相控制开关SC1和第三单相控制开关SC3分别与三相隔离变压器的C相电性连接，第二单相控制开关SC2和第四单相控制开关SC4分别与同步发电机连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有动态重构功能的柔性储变集成***，其特征在于，在每个所述电池储能子模块中，所述电池包的第一端分别与所述第一电控开关的第二端和所述第二电控开关的第一端电性连接，所述电池包的第二端与所述第三电控开关的第二端电性连接，所述第一电控开关的第一端与相邻的电池包电性连接，所述第二电控开关的第二端与所述第三电控开关的第一端电性连接，所述电池包的第二端和所述第三电控开关的第二端分别与相邻的电池包电性连接；

所述控制器根据所述电池检测模块检测到的电池包的电池电压和电池电流，控制所述第一电控开关、所述第二电控开关和所述第三电控开关的闭合和断开，从而实现将相应的若干个电池包之间的串联和并联。

3.根据权利要求2所述的一种具有动态重构功能的柔性储变集成***，其特征在于，所述电池包通过所述第二电控开关与所述单相控制开关组件电性连接，

当所述电池储能子模块中的全部所述第二电控开关均断开时，所述电池储能子模块中的电池包均从所述电池储能***旁路。

4.根据权利要求2所述的一种具有动态重构功能的柔性储变集成***，其特征在于，所述电池包通过所述第二电控开关与所述单相控制开关组件电性连接，所述第一电控开关上设置有二极管，所述二极管具有放电过程中的电流阻断功能，

当所述电池储能子模块中的电池包进行放电时，所述电池检测模块对所述电池包进行电压采样，所述电池管理模块根据检测到的电池电压，从n个电池包中根据电压数值进行排序，选择电压排序较高的m个电池包，并控制与所述m个电池包的第二电控开关闭合，所述m个电池包进行放电，其中，m<n，且m和n均为正整数。

5.根据权利要求2所述的一种具有动态重构功能的柔性储变集成***，其特征在于，所述电池包通过所述第二电控开关与所述单相控制开关组件电性连接，所述第一电控开关上设置有二极管，当所述电池储能子模块中的电池包进行充电时，所述二极管对充电过程中的电流没有阻断功能，所述电池包均进入充电状态，所述电池检测模块对所述电池包进行电压采样，

若柔性储变集成***中存在p个电池包并联进行充电，其中p的个数根据充电电流确定，p为正整数，p=Id/Ic，Id为子模块簇的充电电流需求，Ic为并联的电池包的额定充电电流，在确定相应的p个并联的电池包后，根据检测到的电压数值调整第一PWM占空比，且电压数值与第一PWM占空比负相关，以均衡p个电池包之间的充电电流，其中，所述第一PWM占空比与所述第一电控开关的PWM参数相关。

6.根据权利要求1所述的一种具有动态重构功能的柔性储变集成***，其特征在于，所述柔性储变集成***包括直流正母线、直流负母线、设置在所述直流正母线和所述直流负母线之间的电感、六个子模块簇、以及控制器，所述控制器分别与电感和六个子模块簇电性连接；

其中，三个所述子模块簇的一端与所述直流正母线连接，三个所述子模块簇的另一端与所述电感的第一端串联，并引出A、B、C三相，作为逆变器的三个上桥臂；三个所述子模块簇的一端与所述直流负母线连接，三个所述子模块簇的另一端与所述电感的第二端串联，并引出A、B、C三相，作为逆变器的三个下桥臂；所述电感用于滤波并进行功率变换；

所述控制器包括电池检测模块和电池管理模块，所述电池检测模块用于检测每组所述电池包的电池电压和电池电流；所述电池管理模块用于根据所述电池检测模块检测到的电池电压和电池电流，控制每个电池储能子模块上的所述第一电控开关、所述第二电控开关和所述第三电控开关的闭合和断开，从而选择对应的所述电池储能子模块与所述柔性储变集成***连通，并对所述电池储能子模块的充电和放电进行调控。

7.根据权利要求6所述的柔性储变集成***，其特征在于，在每个所述电池储能子模块中，所述电池包的第一端分别与所述第一电控开关的第二端和所述第二电控开关的第一端电性连接，所述电池包的第二端与所述第三电控开关的第二端电性连接，所述第一电控开关的第一端与相邻的电池包电性连接，所述第二电控开关的第二端与所述第三电控开关的第一端电性连接，所述电池包的第二端和所述第三电控开关的第二端分别与相邻的电池包电性连接；

所述控制器根据所述电池检测模块检测到的电池包的电池电压和电池电流，控制所述第一电控开关、所述第二电控开关和所述第三电控开关的闭合和断开，从而实现将相应的若干个电池包之间的串联、并联或混联。

8.根据权利要求7所述的柔性储变集成***，其特征在于，所述电池包通过所述第二电控开关与所述电感电性连接，

当所述电池储能子模块中的全部所述第二电控开关均断开时，所述电池储能子模块中的所有电池包均从所述电池储能***旁路。

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