一种大功率光储一体化变流器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种大功率光储一体化变流器，涉及分布式发电的电力电子装置【技术领域】，旨在提供一种能有效降低电池侧谐波电流的光储一体化变流器。本实用新型技术要点：包括光伏电池直流支路、储能电池直流支路、母线电容及交流支路。储能电池直流支路中，储能电池、开关Q1、第一直流支路滤波器、第一LCL滤波网络、第一双向半桥电路顺序连接；第一双向半桥电路与母线电容连接；光伏电池直流支路与储能电池直流支路结构相同。在交流支路中，三相逆变单元与所述直流母线连接，三相逆变单元、三相LCL滤波网络、开关KM3与交流滤波器与三相交流接线端子顺序连接。
【专利说明】一种大功率光储一体化变流器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种分布式发电的电力电子装置【技术领域】，具体的说是一种光伏并网逆变器、储能变流器一体化的新型变流器，适用于大型离、并网光伏储能电站。
【背景技术】
[0002]随着世界对太阳能应用的逐渐深入，太阳能光伏发电开始为人们的生活供电起着越来越重要的作用。现有技术中，太阳能光伏发电的不稳定性、昼夜交替等因素对电网的安全稳定运行埋下了很大的隐患和威胁，电池储能技术作为对光伏等新能源的补充，可使整个系统成为可控源，保证系统功率调度的稳定性。
[0003]然而现阶段大功率离、并网电站使用的光伏并网逆变器及储能变流器是独立分开的，两者之间需要通讯协调，还需要做复杂的能量管理策略，无法满足电网对储能变流器的瞬时功率需求。另外，现有的储能变流器工作时，电池侧谐波电流较大，影响供电质量。
实用新型内容
[0004]本实用新型的发明目的在于:针对上述存在的问题，提供一种能有效降低电池侧谐波电流的光储(光伏并网逆变器及储能变流器)一体化变流器。
[0005]本实用新型采用的技术方案是这样的:包括光伏电池直流支路、储能电池直流支路、母线电容及交流支路。
[0006]在所述储能电池直流支路中，储能电池的输出端通过开关Ql与第一直流支路滤波器的输入端连接，第一直流支路滤波器输出端的正极与第一 LCL滤波网络的第一输入端连接，第一直流支路滤波器输出端的负极与第一 LCL滤波网络的第二输入端连接；第一 LCL滤波网络的第一输出端与第一双向半桥电路的第一输入端连接，第一 LCL滤波网络的第二输出端与第一双向半桥电路的第二输入端连接；第一双向半桥电路的第一输出端与母线电容的第一端子连接，第一双向半桥电路的第二输出端与母线电容的第二端子连接；储能电池的输出端还通过开关KM1、预充电电阻Rl与所述第一 LCL滤波网络的两个输入端连接。
[0007]在所述光伏电池直流支路中，光伏电池的输出端通过开关Q2与第二直流支路滤波器的输入端连接，第二直流支路滤波器输出端的正极与第二 LCL滤波网络的第一输入端连接，第二直流支路滤波器输出端的负极与第二 LCL滤波网络的第二输入端连接；第二 LCL滤波网络的第一输出端与第二双向半桥电路的第一输入端连接，第二 LCL滤波网络的第二输出端与第二双向半桥电路的第二输入端连接；第二双向半桥电路的第一输出端与母线电容的第一端子连接，第二双向半桥电路的第二输出端与母线电容的第二端子连接；光伏电池的输出端还通过开关KM2、预充电电阻R2与所述第二 LCL滤波网络的两个输入端连接。
[0008]在交流支路中，三相逆变单元的第一输入端与所述直流母线的第一端子连接，三相逆变单元的第二输入端与所述直流母线的第二端子连接；三相逆变单元的三个输出端子与三相LCL滤波网络的三个输入端对应连接；三相LCL滤波网络的三个输出端通过开关KM3与交流滤波器的三个输入端对应连接，所述交流滤波器的三个输出端与三相交流接线端子对应连接。
[0009]进一步，所述第一 LCL滤波网络的第二输入端与第二 LCL滤波网络的第二输入端连接在一起；在第一直流滤波器、第二直流滤波器、开关KM1、开关KM2与第一 LCL滤波网络的第二输入端相连的支路上还包括防反接二极管。
[0010]进一步，所述双向半桥电路包括两个上下串接的绝缘栅双极型晶体管，位于上方的绝缘栅双极型晶体管的发射极与位于下方的绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述两个绝缘栅双极型晶体管的公共连接端为双向半桥电路的第一输入端，位于下方的绝缘栅双极型晶体管的发射极为双向半桥电路的第二输入端及第二输出端，位于上方的绝缘栅双极型晶体管的集电极为双向半桥电路的第一输出端。
[0011]进一步，还包括4个电压检测电路及5个电流检测电路；其中，第一电压检测电路用于检测储能电池电压；第二电压检测电路用于检测光伏电池电压；第三电压检测电路用于检测母线电容两端的电压；第四电压检测电路用于检测三相交流接线端子的电压；
[0012]第一电流检测电路用于检测第一直流支路中的电流；第二电流检测电路用于检测第二直流支路中的电流；第三电流检测电路、第四电流检测电路及第五电流检测电路分别用于检测交流支路中三相电流。
[0013]进一步，交流支路中还包括防雷器。
[0014]进一步，所述开关KMl、开关KM2及开关KM3为接触器；所述开关Ql与开关Q2为断路器。
[0015]进一步，还包括断路器开关Q3 ;所述交流滤波器的三个输出端通过开关Q3与三相交流接线端子对应连接。
[0016]进一步，所述储能电池为锂电池或铅酸电池。
[0017]进一步，第一LCL滤波网络的电池侧电感的感抗大于储能电池的内阻；第二LCL滤波网络的电池侧电感的感抗大于光伏电池的内阻。
[0018]综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是:
[0019]1、本实用新型中两条直流支路并联在一起，通过控制第一、第二双向半桥电路以及交流侧你变单元的工作模式及各开关的闭合状态，进而可使变流器工作于光伏电池为储能电池供电、光伏电池为交流支路供电、光伏电池及储能电池为交流支路供电以及交流支路为储能电池供电等多种工作状态。
[0020]2、本实用新型中的两条直流支路中采用LCL滤波网络，电池侧的电感L感抗大于光伏电池或储能电池的内阻，电池侧的谐波电流经过LCL滤波器后大大减小。
[0021]3、引入防反接二极管，当电池反接时，两条直流支路处于断路状态，反接的电池并不会对后续电路及电网产生影响。
[0022]4、两条直流支路的电路结构完全一样，一方面电路的制作及生产，另一方面在使用时，不用区分哪条直流支路为连接光伏电池，哪条直流支路连接储能电池，使用方便。
[0023]5、本实用新型中还设置有多个电压检测电路及电流检测电路，便于采集不同电路部件的电压及电流信号，以便供给相应的控制电路，为控制提供准确的依据。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本实用新型电路原理图。【具体实施方式】
[0025]下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
[0026]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0027]如图1所示，包括光伏电池直流支路、储能电池直流支路、母线电容及交流支路。
[0028]在所述储能电池直流支路中，储能电池的输出端通过断路器开关Ql的两个触点分别与直流支路滤波器EMCl的正负两个输入端连接，直流支路滤波器EMCl输出端的正极与作为第一 LCL滤波网络第一输入端的电感LI的一端连接，直流支路滤波器EMCl输出端的负极与作为第一 LCL滤波网络第二输入端的电容Cl的另一端连接，电感LI的另一端同时与电容Cl的一端及电感L2的一端连接，及电感L2的另一端作为第一 LCL滤波网络第一输出端连接由IGBTl及IGBT3组成的双向半桥电路的第一输入端，电容Cl的另一端还作为第一 LCL滤波网络的第二输出端与所述双向半桥电路的第二输入端连接，电感L1、L2及电容Cl组成了 LCL型滤波网络。
[0029]第一双向半桥电路的第一输出端与母线电容C3的第一端子连接,第一双向半桥电路的第二输出端与母线电容C3的第二端子连接。
[0030]储能电池的输出端还对应连接开关KMl的两个触点，开关KMl的一个触点与预充电电阻Rl的一端连接，预充电电阻Rl的另一端与第一 LCL滤波网络的第一输入端连接，开关LMl的另一触点与所述第一 LCL滤波网络的第二输入端连接。
[0031]所述储能电池可以为锂电池或铅酸电池。
[0032]所述光伏电池直流支路与储能直流支路的结构完全相同，光伏电池的输出端通过开关Q2的两个触点对应与第二直流支路滤波器的正负两个输入端连接。第二直流支路滤波器输出端的正极与第二 LCL滤波网络的第一输入端连接，第二直流支路滤波器输出端的负极与第二 LCL滤波网络的第二输入端连接；第二 LCL滤波网络的第一输出端与由IGBT2、4组成的第二双向半桥电路的第一输入端连接，第二 LCL滤波网络的第二输出端与第二双向半桥电路的第二输入端连接；第二双向半桥电路的第一输出端与母线电容C3的第一端子连接，第二双向半桥电路的第二输出端与母线电容C3的第二端子连接。
[0033]第二 LCL滤波网络包括电感L3、L4及电容C2，电感L3的一端作为第二 LCL滤波网络的第一输入端，电感L3的另一端与电容C2的一端、电感L4的一端连接，电感L4的另一端作为第二 LCL滤波网络的第一输出端，电容C2的另一端同时作为第二 LCL滤波网络的第二输入端及第二输出端。
[0034]光伏电池的输出端还对应连接开关KM2的两个触点，开关KM2的一个触点与预充电电阻R2的一端连接，预充电电阻R2的另一端与第二 LCL滤波网络的第一输入端连接，开关LM2的另一触点与所述第二 LCL滤波网络的第二输入端连接。
[0035]在交流支路中，由IGBT5?10组成的三相逆变单元的第一输入端与所述直流母线C3的第一端子连接，三相逆变单元的第二输入端与所述直流母线C3的第二端子连接；三相逆变单元的三个输出端子与三相LCL滤波网络的三个输入端对应连接；三相LCL滤波网络的三个输出端通过三触点开关KM3与交流滤波器EMC3的三个输入端对应连接，所述交流滤波器的三个输出端与三相交流接线端子U、V、W对应连接。
[0036]所述第一 LCL滤波网络的第二输入端与第二 LCL滤波网络的第二输入端连接在一起；在第一直流滤波器、第二直流滤波器、开关KMl、开关KM2与第一 LCL滤波网络的第二输入端相连的支路上还包括防反接二极管，防反接二极管的阳极与第一 LCL滤波网络的第二输入端连接。
[0037]进一步，所述第一双向半桥电路包括两个上下串接的绝缘栅双极型晶体管IGBT1、IGBT3，位于上方的IGBTl的发射极与位于下方的IGBT3的集电极连接，所述两个绝缘栅双极型晶体管的公共连接端为第一双向半桥电路的第一输入端，位于下方的IGBT3的发射极为双向半桥电路的第二输入端及第二输出端，位于上方的IGBTl的集电极为第一双向半桥电路的第一输出端。
[0038]第二双向半桥电路包括两个上下串接的绝缘栅双极型晶体管IGBT2、IGBT4，其连接关系与第一双向半桥电路中的IGBT1、IGBT3完全相同，在此不再赘述。
[0039]交流支路中的逆变单元也是由6个绝缘栅双极型晶体管IGBT5"10组成的,连接关系为典型的PWM逆变器结构。
[0040]控制上述10个绝缘栅双极型晶体管的栅极可以使本实用新型逆变器工作在光伏电池为储能电池供电、光伏电池为交流支路供电、光伏电池及储能电池为交流支路供电以及交流支路为储能电池供电等多种工作状态。
[0041]考虑到为变流器的控制提供准确的电压、电流参数，在本实用新型另一个实施例中还包括4个电压检测电路及5个电流检测电路CTf 5 ;其中，第一电压检测电路用于检测储能电池电压；第二电压检测电路用于检测光伏电池电压；第三电压检测电路用于检测母线电容两端的电压；第四电压检测电路用于检测三相交流接线端子的电压。
[0042]第一电流检测电路CTl用于检测第一直流支路中的电流；第二电流检测电路CT2用于检测第二直流支路中的电流；第三电流检测电路CT3、第四电流检测电路CT4及第五电流检测电路CT5分别用于检测交流支路中三相支路的电流。
[0043]在其他实施例中，还包括开关Q3 ;所述交流滤波器的三个输出端通过开关Q3与三相交流接线端子对应连接。所述开关KMl、开关KM2及开关KM3为接触器；所述开关Ql、开关Q2及开关Q3为起保护作用的断路器。
[0044]为了防止雷击浪涌，交流支路中还包括防雷器，防雷器可以连接在开关Q3与三相交流接线端子之间的支路上。
[0045]为了更清楚的说明大功率光储一体化变流器的工作过程，下面结合附图对其工作过程作详细的介绍。
[0046]大功率光储一体化变流器的两个直流侧分别接锂电池/铅酸电池和太阳能光伏电池。直流支路工作前，可分别通过控制预充电接触器KM1、KM2吸合，接触器KM3断开，断路器Q1、Q2及Q3断开，此时光伏电池、储能电池分别经过预充电电阻R1、R2向母线电容充电。预充电结束后，合上断路器Ql、Q2、Q3及接触器KM3，断开预充电接触器KMl和KM2，两个直流支路的直流在断路器合闸后，通过直流支路滤波器EMC1、EMC2、第一、第二双向半桥电路进行升压或者降压工作。通过控制IGBTll四个管子的通断时间，可使第一、第二双向半桥电路为升压或者降压工作模式。
[0047]特别地，此处在直流支路上选择采用LCL滤波网络，考虑到储能的锂电池/铅酸电池对电流谐波的要求很高，为了延长电池的使用寿命，必须采取措施使电池的谐波电流减小。由于电池的内阻很小，现在最多的使用LC滤波的方式，此方式滤波电容的容抗大于电池内阻，LC滤波的电容无法滤除谐波。此处使用的LCL滤波网络，电池侧的L感抗大于电池的内阻，谐波电流经过LCL滤波网络后大大减小。
[0048]由于储能电池支路能量需要双向流动，此处采用双向半桥电路，能量可双向流动，并且可以作为升压电路，也可以作为降压电路工作。光伏支路的能量只能由光伏电池向母线电容，此处也采用双向半桥电路是为了使两个直流支路结构对称，易于生产。基于光伏电池直流支路其只能单向流动的特性，在控制中保证电流只能从光伏电池向母线电容流动即可。
[0049]母线电容C3上的电压经过交流逆变单元、交流滤波及防雷器输送到三相交流界限端子U、V、W，以为电网供电。
[0050]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种大功率光储一体化变流器，其特征在于，包括光伏电池直流支路、储能电池直流支路、母线电容及交流支路； 在所述储能电池直流支路中，储能电池的输出端通过开关Ql与第一直流支路滤波器的输入端连接，第一直流支路滤波器输出端的正极与第一 LCL滤波网络的第一输入端连接，第一直流支路滤波器输出端的负极与第一LCL滤波网络的第二输入端连接；第一LCL滤波网络的第一输出端与第一双向半桥电路的第一输入端连接，第一 LCL滤波网络的第二输出端与第一双向半桥电路的第二输入端连接；第一双向半桥电路的第一输出端与母线电容的第一端子连接，第一双向半桥电路的第二输出端与母线电容的第二端子连接；储能电池的输出端还通过开关KM1、预充电电阻Rl与所述第一 LCL滤波网络的两个输入端连接； 在所述光伏电池直流支路中，光伏电池的输出端通过开关Q2与第二直流支路滤波器的输入端连接，第二直流支路滤波器输出端的正极与第二 LCL滤波网络的第一输入端连接，第二直流支路滤波器输出端的负极与第二 LCL滤波网络的第二输入端连接；第二 LCL滤波网络的第一输出端与第二双向半桥电路的第一输入端连接，第二 LCL滤波网络的第二输出端与第二双向半桥电路的第二输入端连接；第二双向半桥电路的第一输出端与母线电容的第一端子连接，第二双向半桥电路的第二输出端与母线电容的第二端子连接；光伏电池的输出端还通过开关KM2、预充电电阻R2与所述第二 LCL滤波网络的两个输入端连接； 在交流支路中，三相逆变单元的第一输入端与所述直流母线的第一端子连接，三相逆变单元的第二输入端与所述直流母线的第二端子连接；三相逆变单元的三个输出端子与三相LCL滤波网络的三个输入端对应连接；三相LCL滤波网络的三个输出端通过开关KM3与交流滤波器的三个输入端对应连接，所述交流滤波器的三个输出端与三相交流接线端子对应连接。
2.根据权利要求1 所述的一种大功率光储一体化变流器，其特征在于，所述第一LCL滤波网络的第二输入端与第二 LCL滤波网络的第二输入端连接在一起；在第一直流滤波器、第二直流滤波器、开关KM1、开关KM2与第一 LCL滤波网络的第二输入端相连的支路上还包括防反接二极管。
3.根据权利要求1所述的一种大功率光储一体化变流器，其特征在于，所述双向半桥电路包括两个上下串接的绝缘栅双极型晶体管，位于上方的绝缘栅双极型晶体管的发射极与位于下方的绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述两个绝缘栅双极型晶体管的公共连接端为双向半桥电路的第一输入端，位于下方的绝缘栅双极型晶体管的发射极为双向半桥电路的第二输入端及第二输出端，位于上方的绝缘栅双极型晶体管的集电极为双向半桥电路的第一输出端。
4.根据权利要求1所述的一种大功率光储一体化变流器，其特征在于，还包括4个电压检测电路及5个电流检测电路；其中， 第一电压检测电路用于检测储能电池电压；第二电压检测电路用于检测光伏电池电压；第三电压检测电路用于检测母线电容两端的电压；第四电压检测电路用于检测三相交流接线端子的电压； 第一电流检测电路用于检测第一直流支路中的电流；第二电流检测电路用于检测第二直流支路中的电流；第三电流检测电路、第四电流检测电路及第五电流检测电路分别用于检测交流支路中三相电流。
5.根据权利要求1所述的一种大功率光储一体化变流器，其特征在于，交流支路中还包括防雷器。
6.根据权利要求1所述的一种大功率光储一体化变流器，其特征在于，所述开关KM1、开关KM2及开关KM3为接触器；所述开关Ql与开关Q2为断路器。
7.根据权利要求6所述的一种大功率光储一体化变流器，其特征在于，还包括断路器开关Q3 ;所述交流滤波器的三个输出端通过所述开关Q3与三相交流接线端子对应连接。
8.根据权利要求1所述的一种大功率光储一体化变流器，其特征在于，所述储能电池为锂电池或铅酸电池。
9.根据权利要求1所述的一种大功 率光储一体化变流器，其特征在于，第一LCL滤波网络的电池侧电感的感抗大于储能电池的内阻；第二 LCL滤波网络的电池侧电感的感抗大于光伏电池的内阻。
【文档编号】H02M7/00GK203827203SQ201420208376
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】吴波, 陈欢 申请人:四川科陆新能电气有限公司