專利名稱：一種大規(guī)模儲能裝置及其主電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新能源領(lǐng)域，特別是大規(guī)模儲能裝置。
背景技術(shù)：
首先說明，本文所指儲能裝置的定義是與儲能電池組配套，連接與電池組與電網(wǎng)之間，把電網(wǎng)電能存入電池組或?qū)㈦姵亟M能量回饋到電網(wǎng)的裝置，主要由功率變流器及其 控制系統(tǒng)組成。大規(guī)模儲能技術(shù)在很大程度上可以解決新能源發(fā)電、電動汽車充電的隨機(jī)性、波動性問題，可以實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電的平滑輸出，能有效調(diào)節(jié)新能源發(fā)電和電動汽車充電引起的電網(wǎng)電壓、頻率及相位的變化，使大規(guī)模風(fēng)電及太陽能發(fā)電方便可靠地并入常規(guī)電網(wǎng)，并減小大規(guī)模電動汽車的無序充電對電網(wǎng)的影響。大規(guī)模儲能裝置連接于電池組與電網(wǎng)之間，可以把電網(wǎng)電能存入電池組或?qū)㈦姵亟M能量回饋到電網(wǎng)。儲能裝置主要由開關(guān)設(shè)備、變流器、DC/DC模塊、監(jiān)控系統(tǒng)等構(gòu)成。在儲能工作狀態(tài)下，儲能裝置接收站級監(jiān)控指令控制設(shè)備對電池充電；在放電工作狀態(tài)下，儲能裝置接收站級監(jiān)控指令控制設(shè)備通過電池向電網(wǎng)放電，以實(shí)現(xiàn)削峰填谷的功能?，F(xiàn)有技術(shù)中，較多采用光伏逆變器，如申請?zhí)枮?00910068505的中國專利文件 《戶用太陽能光伏逆變器》，該文件披露的逆變器系統(tǒng)，僅能實(shí)現(xiàn)能夠從光伏到電網(wǎng)的能量單向流動，而且裝置的模塊化程度低，不適合拓展，難以應(yīng)用到大規(guī)模儲能平臺。另外，其控制模式而且采用統(tǒng)一控制方式，結(jié)構(gòu)簡單，只適合單個(gè)用戶使用，不適合大規(guī)模儲能裝置。監(jiān)控平臺是大規(guī)模儲能裝置的重要組成部分，它是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模儲能裝置控制軟硬件基礎(chǔ)。大規(guī)模儲能裝置監(jiān)控平臺的主要技術(shù)難點(diǎn)在于1)強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下底層IGBT閥的觸發(fā)、保護(hù)與檢測問題；2)多臺變流器AC/DC (DC/AC)模塊(即雙向換流器)及DC/DC模塊的協(xié)調(diào)控制、保護(hù)、通信問題與關(guān)于可靠性的要求。大規(guī)模儲能裝置目前在國內(nèi)外處于示范運(yùn)行階段，尚未大規(guī)模推廣，已投運(yùn)示范工程的監(jiān)控平臺多為現(xiàn)有技術(shù)的簡單綜合，沒有完全依照大規(guī)模儲能裝置的特點(diǎn)而單獨(dú)設(shè)計(jì)開發(fā)，監(jiān)控平臺系統(tǒng)繁雜、成本較高且可靠性低?，F(xiàn)有技術(shù)中，有光伏逆變器的監(jiān)控平臺，如申請?zhí)枮?00910068505的中國專利文件《戶用太陽能光伏逆變器》，該文件披露的逆變器系統(tǒng)，僅能實(shí)現(xiàn)能夠從光伏到電網(wǎng)的能量單向流動，而且采用統(tǒng)一控制方式，結(jié)構(gòu)簡單，只適合單個(gè)用戶使用，不適合大規(guī)模儲能
直ο現(xiàn)有技術(shù)中，還有電動汽車充放電站，如申請?zhí)枮?0100532726的中國專利文件 《帶有儲能裝置的電動汽車充電站》，該文件披露的系統(tǒng)，也沒有給出適合于大規(guī)模儲能的應(yīng)用例子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種大規(guī)模儲能裝置及其主電路，用以解決現(xiàn)在的大規(guī)模儲能裝置大多采用光伏逆變器，只能實(shí)現(xiàn)能量單向流動，而且模塊性差，不適合大規(guī)模儲能應(yīng)用。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的儲能裝置主電路方案是一種大規(guī)模儲能裝置主電路， 包括至少一個(gè)儲能單元，每個(gè)儲能單元包括一個(gè)變流器與至少兩個(gè)DC/DC模塊；所述變流器一側(cè)用于連接電源，變流器另一側(cè)連接所述各DC/DC模塊，每個(gè)DC/DC模塊用于對應(yīng)連接一組儲能電池。所述變流器通過直流母線連接所述各DC/DC模塊，每個(gè)DC/DC模塊的一側(cè)連接在所述母線上，另一側(cè)用于連接所述儲能電池。所述變流器的直流母線側(cè)還設(shè)有母線支撐電容。所述變流器為三相變流器，該三相變流器一側(cè)連接電網(wǎng)，另一側(cè)連接所述直流母線。所述電網(wǎng)與變流器之間還設(shè)有串聯(lián)電抗器與RC過壓抑制電路。所述DC/DC模塊為斬波模塊。電路拓?fù)洳捎枚壸兓凹壸兞髌鞑捎么笕萘孔兞髌鞣桨笇?shí)現(xiàn)，后級DC/DC模塊采用多個(gè)斬波模塊組成。電路拓?fù)洳捎枚壸兓瘯r(shí)直流電池側(cè)紋波小，控制精度高，系統(tǒng)故障或直流母線故障時(shí)對電池可有效保護(hù)；采用多個(gè)DC/DC獨(dú)立控制，每個(gè)DC/DC模塊可以連接相互獨(dú)立的電池組，電池側(cè)接入電壓范圍寬，可大大減少需要并聯(lián)的電池?cái)?shù)量，降低電池成組難度；整個(gè)電路拓?fù)洳捎眉袇f(xié)調(diào)控制方式，實(shí)現(xiàn)了分層分布式控制，簡單可靠。本發(fā)明的另儲能裝置方案是一種大規(guī)模儲能裝置，包括大規(guī)模儲能裝置主電路及監(jiān)控平臺，大規(guī)模儲能裝置主電路包括至少一個(gè)儲能單元，每個(gè)儲能單元包括一個(gè)變流器與至少兩個(gè)DC/DC模塊；所述變流器一側(cè)用于連接電源，變流器另一側(cè)連接所述各DC/DC 模塊，每個(gè)DC/DC模塊用于對應(yīng)連接一組儲能電池；所述每個(gè)變流器對應(yīng)連接一個(gè)變流器控制器，每個(gè)DC/DC模塊均對應(yīng)連接一個(gè)DC/DC控制器；所述變流器控制器與DC/DC控制器均設(shè)有用于控制變流器與DC/DC模塊中IGBT閥的光纖觸發(fā)與檢測端口，并通過該端口控制連接所述變流器模塊及DC/DC模塊；
所述監(jiān)控平臺包括后臺監(jiān)控機(jī)、協(xié)調(diào)控制器以及所述變流器控制器與DC/DC控制器； 所述后臺監(jiān)控機(jī)與協(xié)調(diào)控制器之間通過RS485總線通訊連接； 所述協(xié)調(diào)控制器與所述各變流器控制器與各DC/DC控制器均對應(yīng)設(shè)有用于通訊控制的CAN總線端口，所述CAN總線端口連接在CAN總線上；
所述協(xié)調(diào)控制器還設(shè)有對應(yīng)所述各變流器控制器與各DC/DC控制器的使能發(fā)送與故障反饋接收端口，與所述各變流器控制器與各DC/DC控制器的使能接收與故障反饋發(fā)送端口通過光纖連接。所述協(xié)調(diào)控制器還通過CAN總線連接BMS的CAN總線接口，用于接收來自BMS的各種實(shí)時(shí)測控信號。所述后臺監(jiān)控通過以太網(wǎng)連接BMS的以太網(wǎng)接口。所述后臺監(jiān)控機(jī)還通過以太網(wǎng)連接站級監(jiān)控機(jī)。監(jiān)控平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)，最上層部分為HMI人機(jī)界面部分，由本地后臺監(jiān)控機(jī)組成。本地后臺監(jiān)控機(jī)通過工業(yè)現(xiàn)場RS485總線與協(xié)調(diào)控制器相連，實(shí)現(xiàn)就地的監(jiān)控功能；本地后臺監(jiān)控機(jī)通過以太網(wǎng)通信與上層能量管理系統(tǒng)相連，兩者之間采用標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)動通信規(guī)約。本地后臺監(jiān)控機(jī)還能夠與上層能量管理系統(tǒng)，即站級監(jiān)控機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)動通信。
監(jiān)控平臺中層部分為協(xié)調(diào)控制器部分，協(xié)調(diào)控制器主要用作對多臺變流器控制器、DC/DC控制器的協(xié)調(diào)控制。協(xié)調(diào)控制器與本地后臺監(jiān)控機(jī)通過工業(yè)現(xiàn)場RS485總線連接，與多臺底層控制器之間通過CAN網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)信息交互及對底層設(shè)備的控制。協(xié)調(diào)控制器接收本地后臺監(jiān)控機(jī)的指令并下達(dá)給變流器控制器，接收各底層控制的反饋的各種狀態(tài)及運(yùn)行信息并上傳至本地后臺監(jiān)控機(jī)，通過光纖協(xié)調(diào)控制變流器控制器和DC/DC模塊控制器的啟動、停機(jī)、復(fù)位等操作。監(jiān)控系統(tǒng)底層部分為多臺變流器控制器和DC/DC控制器，以實(shí)現(xiàn)對變流器及DC/ DC模塊的控制。變流器控制器通過采樣板檢測系統(tǒng)電壓及裝置電流，通過本控制器的主控板進(jìn)行閉環(huán)算法控制，計(jì)算所需控制輸出部分并形成PWM觸發(fā)脈沖信號，通過光纖板將PWM觸發(fā) 脈沖信號轉(zhuǎn)換為光信號送給底層光電觸發(fā)部分以實(shí)現(xiàn)對變流器的IGBT閥觸發(fā)。DC/DC控制器通過采樣裝置直流電壓及直流電流，通過本控制器的主控板進(jìn)行閉環(huán)算法控制，計(jì)算所需控制輸出部分并形成PWM觸發(fā)脈沖信號，通過光纖板將PWM觸發(fā)脈沖信號轉(zhuǎn)換為光信號送給底層光電觸發(fā)部分以實(shí)現(xiàn)對多個(gè)DC/DC模塊的IGBT閥觸發(fā)。對于數(shù)據(jù)傳輸?shù)葻o實(shí)時(shí)傳輸?shù)男盘柣驍?shù)據(jù)，協(xié)調(diào)控制器和底層控制器通過CAN網(wǎng)進(jìn)行通信，多臺控制器連接在一個(gè)CAN網(wǎng)上，大大簡化了網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架；對于保護(hù)、啟動、閉鎖等關(guān)鍵信號，協(xié)調(diào)控制和底層控制器通過光纖進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)單個(gè)模塊故障時(shí)的對整套裝置的快速保護(hù)。各底層控制器和IGBT閥之間，通過光纖進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，PWM光觸發(fā)信號直接送至IGBT 光驅(qū)動板，IGBT反饋的故障信號亦通過光纖直接反饋給各控制器以實(shí)現(xiàn)快速閉鎖。本方式抗電磁干擾能力強(qiáng)，保護(hù)迅速可靠，有效的提高了成套裝置的可靠性。綜上，本監(jiān)控平臺采用分層式布式結(jié)構(gòu)，由協(xié)調(diào)控制器統(tǒng)一控制底層多臺變流器控制器和DC/DC控制器，實(shí)時(shí)控制時(shí)可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一協(xié)調(diào)動作，避免因動作不協(xié)調(diào)時(shí)出現(xiàn)的故障停機(jī)狀況；當(dāng)?shù)讓釉O(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，由光纖上報(bào)故障信息，各控制器之間通過光纖實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一閉鎖及快速保護(hù)功能。各底層控制器和IGBT之間均采用光纖傳輸驅(qū)動信號和故障閉鎖信號，抗電磁干擾能力強(qiáng)。通信靈活、保護(hù)可靠、平臺結(jié)構(gòu)開發(fā)靈活、易擴(kuò)容移植、工程實(shí)現(xiàn)簡單的優(yōu)點(diǎn)，是電路拓?fù)鋸?fù)雜型大功率電力電子設(shè)備監(jiān)控平臺的典范。


圖1是本發(fā)明的大規(guī)模儲能裝置的主電路拓?fù)洌?圖2是本發(fā)明的監(jiān)控平臺示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。注意下文及附圖中的AC/DC或AC/DC(DC/AC)模塊均是指變流器。主電路實(shí)施例
圖1是每個(gè)交流端口對應(yīng)一組直流端口的儲能裝置電路拓?fù)洌總€(gè)交流端口對應(yīng)一個(gè)儲能單元，每個(gè)單元功率為250kW。每個(gè)單元包括電網(wǎng)側(cè)的變流器和直流側(cè)DC/DC兩部分。 如圖共有兩個(gè)變流器(1#AC/DC，2#AC/DC),每個(gè)變流器的直流側(cè)連接有五個(gè)DC/DC模塊，每個(gè)DC/DC模塊一端與變流器連接，另一端對應(yīng)一對直流端口，每對直流端口用于連接一組儲能電池。變流器為三相整流(逆變)模塊。變流器直流側(cè)連接有支撐電容。電網(wǎng)與變流器交流側(cè)之間設(shè)有串聯(lián)電抗器與RC過壓抑制電路。DC/DC模塊與直流端口之間設(shè)有繼電器控制的接觸器。網(wǎng)側(cè)的四象限并網(wǎng)變流器負(fù)責(zé)穩(wěn)定直流母線電壓，為后級DC/DC模塊提供公共直流母線，保持DC/DC模塊和電網(wǎng)之間的有功功率平衡。250kW的有功功率需要大量電池并聯(lián)，為此后級DC/DC模塊采用5臺雙向斬波器，它們的一端都接到變流器的直流側(cè)，另一端則連接各自的獨(dú)立電池組。這樣，每臺雙向斬波器只需承擔(dān)50kW的功率，可以大為減少需要并聯(lián)的電池?cái)?shù)量。5臺DC/DC模塊通過CAN總線和主控制器相連。主控制器可以對任意一臺DC/DC 模塊下發(fā)啟、停命令和充放電電流指令，5組電池的充放電完全能夠獨(dú)立控制。這樣，任何1 臺DC/DC模塊或電池組故障均不影響其他電池組的工作，整個(gè)系統(tǒng)具有高度的靈活性和整
體可靠性。 儲能裝置實(shí)施例
主電路與上實(shí)施例相同不再贅述。如圖1、圖2，每個(gè)變流器均對應(yīng)連接一個(gè)AC/DC (DC/AC)控制器，每個(gè)DC/DC模塊均對應(yīng)連接一個(gè)DC/DC控制器；AC/DC (DC/AC)控制器與DC/DC控制器均設(shè)有用于控制變流器與DC/DC模塊中IGBT閥的光纖觸發(fā)與檢測端口，并通過該端口控制連接變流器及DC/ DC模塊。監(jiān)控平臺分層分布式設(shè)置，包括后臺監(jiān)控機(jī)、協(xié)調(diào)控制器以及AC/DC(DC/AC)控制器與DC/DC控制器；臺監(jiān)控機(jī)通過以太網(wǎng)連接站級監(jiān)控機(jī)；后臺監(jiān)控機(jī)與協(xié)調(diào)控制器之間通過RS485總線通訊連接；協(xié)調(diào)控制器與各AC/DC (DC/AC)控制器與各DC/DC控制器均對應(yīng)設(shè)有用于通訊控制的CAN總線端口，CAN總線端口連接在CAN總線上；協(xié)調(diào)控制器還設(shè)有對應(yīng)各AC/DC (DC/AC)控制器與各DC/DC控制器的使能發(fā)送與故障反饋接收端口，與各AC/ DC (DC/AC)控制器與各DC/DC控制器的使能接收與故障反饋發(fā)送端口通過光纖連接。電池組還配置有BMS(電池管理系統(tǒng))，協(xié)調(diào)控制器還通過CAN總線連接BMS的CAN 總線接口，接收來自BMS的各種實(shí)時(shí)測控信號；后臺監(jiān)控機(jī)通過以太網(wǎng)連接BMS的以太網(wǎng)接口，接收一些非實(shí)時(shí)的，如充放電記錄等信息。變流器也是通過CAN總線和主控制器進(jìn)行通信，接收主控制下發(fā)的啟、停命令和無功指令，并回報(bào)自身工作狀態(tài)。變流器的功能是通過穩(wěn)定直流母線電壓來平衡DC/DC模塊和電網(wǎng)之間的有功功率。為了快速、準(zhǔn)確地穩(wěn)定直流母線電壓，除了自身的直流穩(wěn)壓環(huán)， 變流器還檢測直流母線電流，對其有功電流進(jìn)行前饋控制。變流器還可以根據(jù)電網(wǎng)要求產(chǎn)生一定的無功功率，其大小由主控制器下發(fā)的無功指令決定。
權(quán)利要求
1.一種大規(guī)模儲能裝置主電路，其特征在于，包括至少一個(gè)儲能單元，每個(gè)儲能單元包括一個(gè)變流器與至少兩個(gè)DC/DC模塊；所述變流器一側(cè)用于連接電源，變流器另一側(cè)連接所述各DC/DC模塊，每個(gè)DC/DC模塊用于對應(yīng)連接一組儲能電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大規(guī)模儲能裝置主電路，其特征在于，所述變流器通過直流母線連接所述各DC/DC模塊，每個(gè)DC/DC模塊的一側(cè)連接在所述母線上，另一側(cè)用于連接所述儲能電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大規(guī)模儲能裝置主電路，其特征在于，所述變流器的直流母線側(cè)還設(shè)有母線支撐電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種大規(guī)模儲能裝置主電路，其特征在于，所述變流器為三相變流器，該三相變流器一側(cè)連接電網(wǎng)，另一側(cè)連接所述直流母線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種大規(guī)模儲能裝置主電路，其特征在于，所述電網(wǎng)與變流器之間還設(shè)有串聯(lián)電抗器與RC過壓抑制電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種大規(guī)模儲能裝置主電路，其特征在于，所述DC/ DC模塊為斬波模塊。
7.一種大規(guī)模儲能裝置，其特征在于，包括大規(guī)模儲能裝置主電路及監(jiān)控平臺，大規(guī)模儲能裝置主電路包括至少一個(gè)儲能單元，每個(gè)儲能單元包括一個(gè)變流器與至少兩個(gè)DC/DC 模塊；所述變流器一側(cè)用于連接電源，變流器另一側(cè)連接所述各DC/DC模塊，每個(gè)DC/DC模塊用于對應(yīng)連接一組儲能電池；所述每個(gè)變流器對應(yīng)連接一個(gè)變流器控制器，每個(gè)DC/DC 模塊均對應(yīng)連接一個(gè)DC/DC控制器；所述變流器控制器與DC/DC控制器均設(shè)有用于控制變流器與DC/DC模塊中IGBT閥的光纖觸發(fā)與檢測端口，并通過該端口控制連接所述變流器模塊及DC/DC模塊；所述監(jiān)控平臺包括后臺監(jiān)控機(jī)、協(xié)調(diào)控制器以及所述變流器控制器與DC/DC控制器；所述后臺監(jiān)控機(jī)與協(xié)調(diào)控制器之間通過RS485總線通訊連接；所述協(xié)調(diào)控制器與所述各變流器控制器與各DC/DC控制器均對應(yīng)設(shè)有用于通訊控制的CAN總線端口，所述CAN總線端口連接在CAN總線上；所述協(xié)調(diào)控制器還設(shè)有對應(yīng)所述各變流器控制器與各DC/DC控制器的使能發(fā)送與故障反饋接收端口，與所述各變流器控制器與各DC/DC控制器的使能接收與故障反饋發(fā)送端口通過光纖連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種大規(guī)模儲能裝置，其特征在于，所述協(xié)調(diào)控制器還通過 CAN總線連接BMS的CAN總線接口，用于接收來自BMS的各種實(shí)時(shí)測控信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種大規(guī)模儲能裝置，其特征在于，所述后臺監(jiān)控通過以太網(wǎng)連接BMS的以太網(wǎng)接口。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種大規(guī)模儲能裝置，其特征在于，所述后臺監(jiān)控機(jī)還通過以太網(wǎng)連接站級監(jiān)控機(jī)。
全文摘要
一種大規(guī)模儲能裝置及其主電路，大規(guī)模儲能裝置主電路包括至少一個(gè)儲能單元，每個(gè)儲能單元包括一個(gè)變流器與至少兩個(gè)DC/DC模塊；所述變流器一側(cè)用于連接電源，變流器另一側(cè)連接所述各DC/DC模塊，每個(gè)DC/DC模塊用于對應(yīng)連接一組儲能電池；所述監(jiān)控平臺包括后臺監(jiān)控機(jī)、協(xié)調(diào)控制器以及所述變流器控制器與DC/DC控制器；所述后臺監(jiān)控機(jī)與協(xié)調(diào)控制器之間通過RS485總線通訊連接。監(jiān)控平臺采用分層式布式結(jié)構(gòu)，由協(xié)調(diào)控制器統(tǒng)一控制底層多臺變流器控制器和DC/DC控制器，實(shí)時(shí)控制時(shí)可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一協(xié)調(diào)動作，避免因動作不協(xié)調(diào)時(shí)出現(xiàn)的故障停機(jī)狀況。
文檔編號H02J7/00GK102290851SQ20111023195
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月15日
發(fā)明者仇志凌, 張沖, 張建興, 李正力, 王定國, 王濤, 陳世峰, 陳天錦, 韓健 申請人:許繼電源有限公司, 許繼集團(tuán)有限公司