本實(shí)用新型涉及微電網(wǎng)電力變換技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種儲(chǔ)能變流器和儲(chǔ)能變流系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國(guó)西北部等光伏和風(fēng)電豐富的地區(qū)出現(xiàn)了大規(guī)模的棄光和棄風(fēng)現(xiàn)象，其重要原因之一就是光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的輸出不穩(wěn)定導(dǎo)致的并網(wǎng)困難。目前，主流的解決方案是為這些光伏電站或者風(fēng)電場(chǎng)配套一定容量的儲(chǔ)能系統(tǒng)，起到一個(gè)改善電能質(zhì)量和“蓄水池”的緩沖作用，以及對(duì)大電網(wǎng)的削峰填谷作用，由于儲(chǔ)能系統(tǒng)可以并網(wǎng)運(yùn)行，也可以離網(wǎng)運(yùn)行，有效地提高了區(qū)域電網(wǎng)的供電可靠性和安全性。

儲(chǔ)能系統(tǒng)主要由儲(chǔ)能裝置、儲(chǔ)能變流器和并網(wǎng)開(kāi)關(guān)等組成，其中，儲(chǔ)能變流器是儲(chǔ)能系統(tǒng)能量變換和傳輸?shù)暮诵?，?shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能裝置直流到電網(wǎng)交流電的轉(zhuǎn)換，以及儲(chǔ)能裝置和電網(wǎng)之間的能量的雙向傳輸。

目前，儲(chǔ)能變流器直流側(cè)電流存在嚴(yán)重的二次脈動(dòng)問(wèn)題，嚴(yán)重影響了儲(chǔ)能裝置的循環(huán)壽命。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種儲(chǔ)能變流器和儲(chǔ)能變流系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有儲(chǔ)能變流器的直流側(cè)電流存在嚴(yán)重的二次脈動(dòng)的問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一方面，本實(shí)用新型提供了一種儲(chǔ)能變流器，包括儲(chǔ)能端、電網(wǎng)端、連接在儲(chǔ)能端和電網(wǎng)端之間的雙向變流器以及與雙向變流器連接的控制器，其特征在于，所述儲(chǔ)能變流器還包括濾除直流電流中的兩倍頻紋波的直流側(cè)濾波電路，所述直流側(cè)濾波電路連接在儲(chǔ)能端和雙向變流器之間。

優(yōu)選地，直流側(cè)濾波電路為L(zhǎng)C諧振電路，LC諧振電路的諧振頻率為兩倍的電網(wǎng)電壓頻率。

優(yōu)選地，直流側(cè)濾波電路還包括濾除直流電流中高次諧波的電解電容，所述電解電容與LC諧振電路并聯(lián)。

優(yōu)選地，儲(chǔ)能變流器還包括濾除交流電流中高頻諧波的交流側(cè)濾波電路，交流側(cè)濾波電路連接在雙向變流器和電網(wǎng)端之間。

優(yōu)選地，交流側(cè)濾波電路為L(zhǎng)C型濾波電路或者為L(zhǎng)CL型濾波電路。

優(yōu)選地，儲(chǔ)能變流器還包括：直流預(yù)充電電路和交流預(yù)充電電路，直流預(yù)充電電路連接在儲(chǔ)能端和直流側(cè)濾波電路之間，交流預(yù)充電電路連接在交流側(cè)濾波電路和儲(chǔ)能變流器的電網(wǎng)端之間。

優(yōu)選地，直流預(yù)充電電路包括多個(gè)第一限流電阻，第一限流電阻的個(gè)數(shù)根據(jù)接入到儲(chǔ)能端的電壓等級(jí)確定；交流預(yù)充電電路包括多個(gè)第二限流電阻，第二限流電阻的個(gè)數(shù)根據(jù)接入到電網(wǎng)端的電壓幅值確定。

另一方面，本實(shí)用新型提供了一種儲(chǔ)能變流系統(tǒng)，包括儲(chǔ)能裝置，電網(wǎng)和上述儲(chǔ)能變流器，儲(chǔ)能變流器連接在儲(chǔ)能裝置和電網(wǎng)之間，用于為儲(chǔ)能裝置充電或?yàn)殡娋W(wǎng)供電。

優(yōu)選地，儲(chǔ)能裝置為鉛酸/鉛炭電池、鋰離子電池、超級(jí)電容或飛輪電池，所述電網(wǎng)為大電網(wǎng)或光伏電站或風(fēng)電場(chǎng)或與電網(wǎng)相連的交流母線。

優(yōu)選地，電網(wǎng)為單相交流電網(wǎng)。

本實(shí)用新型實(shí)施例的有益效果是：本實(shí)用新型通過(guò)在儲(chǔ)能變流器的直流側(cè)添加可濾除直流電流中的兩倍頻紋波的直流側(cè)濾波電路，能夠有效制直流側(cè)電流的二次脈動(dòng)，提高儲(chǔ)能裝置的循環(huán)壽命。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種儲(chǔ)能變流器的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的儲(chǔ)能變流器的結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種儲(chǔ)能變流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種儲(chǔ)能變流器的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1所示，該儲(chǔ)能變流器100，包括儲(chǔ)能端1、電網(wǎng)端2、連接在儲(chǔ)能端1和電網(wǎng)端2之間的雙向變流器3以及與雙向變流器連接的控制器4；其中，儲(chǔ)能變流器100還包括濾除直流電流中的兩倍頻紋波的直流側(cè)濾波電路5，該直流側(cè)濾波電路5連接在儲(chǔ)能端1和雙向變流器3之間。

本實(shí)施例通過(guò)在儲(chǔ)能變流器的直流側(cè)添加可濾除直流電流中的兩倍頻紋波的直流側(cè)濾波電路，能夠有效制直流側(cè)電流的二次脈動(dòng)，提高儲(chǔ)能裝置的循環(huán)壽命。

在本實(shí)施例的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方案中，直流側(cè)濾波電路5為L(zhǎng)C諧振電路，LC諧振電路的諧振頻率為兩倍的電網(wǎng)電壓頻率，通過(guò)該LC諧振電路抑制直流側(cè)電流的二次脈動(dòng)。

為了吸收儲(chǔ)能變流器直流側(cè)的直流電流中的高次諧波，在本實(shí)施例的該實(shí)現(xiàn)方案中，直流側(cè)濾波電路還包括濾除直流電流中高次諧波的電解電容，該電解電容與LC諧振電路并聯(lián)。

為了濾除儲(chǔ)能變流器交流側(cè)的交流電流中的高次諧波，在本實(shí)施例中，圖1所示的儲(chǔ)能變流器100還包括濾除交流電流中高頻諧波的交流側(cè)濾波電路，該交流側(cè)濾波電路連接在雙向變流器3和電網(wǎng)端2之間；需要指出的是，為了配合控制器，交流側(cè)濾波電路還可以與控制器連接，以便于控制器采集交流側(cè)濾波電路相關(guān)節(jié)點(diǎn)處的電信號(hào)。其中，交流側(cè)濾波電路包括但不局限于LC型濾波電路、LCL型濾波電路。

為了對(duì)直流側(cè)濾波電容充電和為處于虧電狀態(tài)的儲(chǔ)能裝置預(yù)充電，在本實(shí)施例中，圖1所示的儲(chǔ)能變流器100還包括直流預(yù)充電電路，該直流預(yù)充電電路連接在儲(chǔ)能端1和直流側(cè)濾波電路5之間；以及為了對(duì)交流側(cè)濾波電路和直流側(cè)濾波電路中的電容進(jìn)行限流充電，防止電容充電電流過(guò)大損壞器件，圖1所示的儲(chǔ)能變流器100還包括交流預(yù)充電電路，該交流預(yù)充電電路連接在交流側(cè)濾波電路和儲(chǔ)能變流器的電網(wǎng)端之間。

示例性地，直流預(yù)充電電路包括多個(gè)第一限流電阻，第一限流電阻的個(gè)數(shù)根據(jù)接入到儲(chǔ)能端的電壓等級(jí)確定，根據(jù)儲(chǔ)能裝置的電壓等級(jí)不同，而投切不同數(shù)量的限流電阻，實(shí)現(xiàn)寬電壓范圍的接入，而不會(huì)出現(xiàn)過(guò)流的情況；交流預(yù)充電電路包括多個(gè)第二限流電阻，第二限流電阻的個(gè)數(shù)根據(jù)接入到電網(wǎng)端的電壓幅值確定，據(jù)電網(wǎng)的電壓幅值，而投切不同數(shù)量的限流電阻，從而實(shí)現(xiàn)寬電壓范圍的接入，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)流的情況，保護(hù)電容和內(nèi)部功率器件。

為詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的儲(chǔ)能變流器，本實(shí)用新型通過(guò)下述具體實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。

在本具體實(shí)施例中，儲(chǔ)能變流器包括儲(chǔ)能端1、電網(wǎng)端2，以及順次連接在儲(chǔ)能端1和電網(wǎng)端2之間的直流預(yù)充電電路7、直流側(cè)濾波電路5、雙向變流器3、交流側(cè)濾波電路6、交流預(yù)充電電路8；其中，儲(chǔ)能端1連接儲(chǔ)能裝置，電網(wǎng)端連接交流電網(wǎng)。

參考圖2，直流預(yù)充電電路7連接在儲(chǔ)能端1和直流側(cè)濾波電路5之間，可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流側(cè)濾波電容的充電和處于虧電狀態(tài)時(shí)儲(chǔ)能裝置的預(yù)充電；

直流側(cè)濾波電路5連接在直流預(yù)充電電路7和雙向變流器3之間，濾除直流電流中的高次諧波，以及濾除直流電流中的兩倍頻紋波，直流側(cè)濾波電路可以由電解電容C1與串聯(lián)的LC諧振電路并聯(lián)形成，該LC諧振電路的諧振頻率為兩倍電網(wǎng)電壓頻率，利用該LC諧振電路可以抑制直流側(cè)電流的二次脈動(dòng)，提高儲(chǔ)能裝置的循環(huán)壽命；

雙向變流器3連接在直流側(cè)濾波電路5和交流側(cè)濾波電路6之間，可實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能裝置的直流電到交流電網(wǎng)交流電之間的電能轉(zhuǎn)換，以及儲(chǔ)能裝置和交流電網(wǎng)之間的能量雙向傳輸，即給交流電網(wǎng)供電或者給儲(chǔ)能裝置充電；

交流側(cè)濾波電路6連接在雙向變流器3和交流預(yù)充電電路8之間，可濾除由雙向變流器3輸出的交流電流中的高頻電流諧波；

交流預(yù)充電電路8連接在交流側(cè)濾波電路6和電網(wǎng)端2之間，作用在于給交流側(cè)濾波電路6和直流側(cè)濾波電路5中的濾波電容實(shí)現(xiàn)限流充電，防止電容充電電流過(guò)大損壞器件。

本具體實(shí)施例中的雙向變流器3是由功率開(kāi)關(guān)器件組成的全橋式電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，功率開(kāi)關(guān)器件可以是但不局限于IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)、MOS管(絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管)或者IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristors，集成門(mén)極換流晶閘管)，為吸收功率開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通或關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓尖峰，優(yōu)選地在功率開(kāi)關(guān)器件上并聯(lián)高頻電容，全橋式電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)電能的整流/逆變雙向流動(dòng)，其一端連接直流側(cè)，另一端連接交流側(cè)，可以根據(jù)設(shè)定的有功無(wú)功實(shí)現(xiàn)逆變交流輸出到交流電網(wǎng)的供電，也可以實(shí)現(xiàn)可控整流給儲(chǔ)能裝置充電。

控制器4可以是但不局限于TI的DSP、飛思卡爾的MCU或者其他廠家的數(shù)字信號(hào)處理器，通常包括采樣調(diào)理電路、驅(qū)動(dòng)輸出電路和信號(hào)濾波電路等；控制器4采集的電信號(hào)包括但不局限于：交流側(cè)的饋網(wǎng)電流信號(hào)iac、交流側(cè)的電感電流信號(hào)和電容電流信號(hào)等信號(hào)，此外，控制器4還能夠生成控制雙向變流器內(nèi)部功率開(kāi)關(guān)器件工作的SPWM控制信號(hào)。

直流預(yù)充電電路7裝有多個(gè)限流電阻，根據(jù)儲(chǔ)能裝置的電壓等級(jí)不同，而投切不同數(shù)量的限流電阻，實(shí)現(xiàn)寬電壓范圍的接入，而不會(huì)出現(xiàn)過(guò)流的情況。

直流側(cè)濾波電路5示例性地由電解電容C1與LC諧振電路并聯(lián)形成，電解電容C1吸收直流電流中的高頻諧波，LC諧振電路為由電感L和電容C串聯(lián)形成，可以抑制直流側(cè)電流的二次脈動(dòng)，提高儲(chǔ)能裝置的循環(huán)壽命。

交流側(cè)濾波電路6可吸收雙向變流器3中高頻開(kāi)關(guān)器件造成的高次諧波，交流側(cè)濾波電路可以采用但不局限于LC型濾波電路或者LCL型濾波電路，參考圖2，圖2示出了采用串聯(lián)的濾波電感L1和并聯(lián)的濾波電容C2組成的LC型濾波電路。

交流預(yù)充電電路8裝有多個(gè)限流電阻，根據(jù)電網(wǎng)的電壓幅值，而投切不同數(shù)量的限流電阻，從而實(shí)現(xiàn)寬電壓范圍的接入，不會(huì)出現(xiàn)過(guò)流的情況，保護(hù)電容和內(nèi)部功率器件。

基于與上述實(shí)施例相同的技術(shù)構(gòu)思，本實(shí)用新型還提供了一種儲(chǔ)能變流系統(tǒng)。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種儲(chǔ)能變流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，如圖3所示，該儲(chǔ)能變流系統(tǒng)包括儲(chǔ)能裝置300，電網(wǎng)400和儲(chǔ)能變流器100(或儲(chǔ)能變流器200)，儲(chǔ)能變流器連接在儲(chǔ)能裝置和電網(wǎng)之間，為儲(chǔ)能裝置充電或?yàn)殡娋W(wǎng)供電。實(shí)現(xiàn)時(shí)，儲(chǔ)能裝置連接在儲(chǔ)能變流器的儲(chǔ)能端，電網(wǎng)連接在儲(chǔ)能變流器的電網(wǎng)端。

本實(shí)施例中儲(chǔ)能裝置300集成有電池管理系統(tǒng)(BMS)，實(shí)現(xiàn)光伏電站或者風(fēng)電場(chǎng)電能平滑輸出，抑制電壓波動(dòng)和削峰填谷；儲(chǔ)能裝置可以是鉛酸/鉛碳電池、鋰離子電池、超級(jí)電容或者飛輪電池等，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合選擇不同的儲(chǔ)能介質(zhì)，比如能量型儲(chǔ)能，則可以選擇鉛酸/鉛碳電池、鈁液流電池等，作為備用電源和/或者削峰填谷，若是功率型儲(chǔ)能，則可以采用鋰離子電池、超級(jí)電容等，平滑電能輸出，維持電網(wǎng)穩(wěn)定。本實(shí)施例的儲(chǔ)能裝置的電壓范圍為450-700V。

電網(wǎng)400承擔(dān)著儲(chǔ)能變流器負(fù)載和供電電源的雙重角色，根據(jù)儲(chǔ)能變流器接受的不同指令來(lái)變換角色，電網(wǎng)不局限于通常所認(rèn)為的大電網(wǎng)，還可以是光伏電站或者風(fēng)電場(chǎng)與電網(wǎng)相連的交流母線，在本實(shí)施例中，電網(wǎng)為單相交流電網(wǎng)。

綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例公開(kāi)了一種儲(chǔ)能變流器和儲(chǔ)能變流系統(tǒng)，本實(shí)用新型實(shí)施例至少具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、可以抑制儲(chǔ)能變流器直流側(cè)電流的二次脈動(dòng)，提高儲(chǔ)能裝置的循環(huán)壽命。

2、可以濾除儲(chǔ)能變流器交流側(cè)的交流電流中的高次諧波含量，使其能夠很好地滿足儲(chǔ)能裝置的并網(wǎng)要求，改善與其配套的光伏電站或者風(fēng)電場(chǎng)等分布式能源的電能輸出質(zhì)量。

3、可以根據(jù)指令工作于并網(wǎng)或者離網(wǎng)的工作模式，平滑分布式電源的輸出，減小電壓波動(dòng)，削峰填谷，解決大電網(wǎng)觸及不到地區(qū)的供電難問(wèn)題。

以上所述，僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，在本實(shí)用新型的上述教導(dǎo)下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行其他的改進(jìn)或變形。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的具體描述只是更好的解釋本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。