一种双路预充电电路和储能变流器的制作方法

1.本实用新型涉及一种储能变流器技术领域，尤其涉及一种双路预充电电路和储能变流器。


背景技术：

2.随着电力电子技术的发展，储能变流器在光伏、风电等新能源并网场合、电网调频调峰、用户侧等方面应用越来越广范。储能变流器的能量可以双向流动，既可以将电网富裕的电能通过ac/dc变换储存到储能电池中，也可以将电池储存的电能通过dc/ac变换输出到电网或用电负载。
3.储能变流器的核心单元变换模组中含有大容量的薄膜电容，在直接接通储能电池的瞬间，单元变换模组内部会有较大的电容充电涌流。不仅对上位断路器有冲击，而且会引发单元变换模组的电压过冲，对设备造成损坏。因此一般在电池主回路接通之前会先对单元变换模组进行预充电，使得单元电容具有一定直流电压后，再接通电池，从而减少单元变换模组内部的充电涌流，避免损坏设备。
4.现有的预充电方式一般有两种，一种是使用一组辅助直流电源，专门给单元变换模组进行预充电，预充电完成后退出控制；另一种是直接使用主电池通过预充电回路给单元变换模组进行预充电，完成后主断路器再合闸。这两种现有的预充电方式，需要单独配备一路辅助直流电源，或是直接从主电池给单元模组充电，这对主电池起始电量、辅助电源容量要求很高，必须满足预充电瞬间的电流要求，成本较高，可靠性较低，一旦电池电量不足或是辅助电源损坏将不能完成正常的起动过程。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术中储能变流器成本较高且可靠性较低的问题，本实用新型提供了一种新型储能变流器双路预充电装置。
6.本实用新型解决技术问题的方案是提供一种双路预充电电路，应用于储能变流器；包括：
7.储能变流器主回路，所述储能变流器主回路包括依次连接的第一储能端、直流隔离开关、单元变换模组、交流断路开关以及第二储能端，所述第一储能端连接至一储能电池的正负极，所述第二储能端并入电网；
8.直流预充电回路，所述直流预充电回路并联于所述直流隔离开关的两端，所述直流预充电回路的检测端连接一储能变流控制器；
9.交流预充电回路，所述交流预充电回路的一端接入所述直流隔离开关和所述单元变换模组之间的电路节点，另一端接入所述交流断路开关和第二储能端的电路节点，所述交流预充电回路的检测端同样连接所述储能变流控制器。
10.优选地，所述直流隔离开关包括第一隔离开关和第二隔离开关，所述第一隔离开关连接在所述储能电池的正极和所述单元变换模组之间，所述第二隔离开关连接在所述储
能电池的负极和所述单元变换模组之间；
11.所述第一隔离开关的控制端和所述第二隔离开关的控制端还分别连接所述储能变流控制器；
12.则所述直流预充电回路具体包括第一预充电线路和第二预充电线路，所述第一预充电线路与所述第一隔离开关并联，所述第二预充电线路和所述第二隔离开关并联；
13.所述第一预充电线路包括依次串联的第一直流保护熔丝、第一直流接触器以及第一限流电阻，所述第一直流保护熔丝的一端连接至所述储能电池的正极和所述第一隔离开关之间的第一节点，所述第一限流电阻的一端连接至所述第一隔离开关和所述单元变换模组之间的第二节点；
14.所述第二预充电线路包括依次串联的第二直流保护熔丝、第二直流接触器以及第二限流电阻，所述第二直流保护熔丝的一端连接至所述储能电池的负极和所述第二隔离开关之间的第三节点，所述第二限流电阻的一端连接至所述第二隔离开关和所述单元变换模组之间的第四节点。
15.优选地，所述直流隔离开关包括第一隔离开关和第二隔离开关，所述第一隔离开关连接在所述储能电池的正极和所述单元变换模组之间，所述第二隔离开关连接在所述储能电池的负极和所述单元变换模组之间；
16.则所述交流预充电回路包括依次串联的三相整流器、三相升压变压器以及交流接触器；
17.所述三相整流器的两相输入端分别接入所述第一隔离开关与所述单元变换模组之间的第五节点以及所述第二隔离开关与所述单元变换模组之间的第六节点，所述三相整流器的三相输出端分别接入所述三相升压器的三相输入端；
18.所述三相升压变压器的三相输出端分别接入所述交流接触器的一端，所述交流接触器的另一端连接在所述交流断路开关和所述第二储能端之间的三相线路上；
19.所述交流接触器的控制端还连接所述储能变流控制器。
20.优选地，所述三相升压变压器的三相输出端与所述交流接触器之间还连接交流保护熔丝。
21.优选地，于所述第一储能端1和所述直流隔离开关之间还设置有直流保护熔丝。
22.优选地，于所述直流保护熔丝和所述直流隔离开关之间还并联有直流防雷器，所述直流防雷器接地。
23.优选地，于与所述单元变换模组和所述交流断路开关之间还设置有lc 滤波器。
24.优选地，于所述交流断路开关和所述第二储能端之间还并联有交流防雷器，所述交流防雷器接地。
25.优选地，一种储能变流器，包括上述的双路预充电电路。
附图说明
26.图1是本实用新型一种储能变流器主回路电路图；
27.图2是本实用新型一种储能变流器直流预充电回路电路图；
28.图3是本实用新型一种储能变流器交流预充电回路电路图；
29.图4是本实用新型一种储能变流器双路预充电回路电路图。
具体实施方式
30.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
32.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。
33.图1虚线框z1表示的是储能变流器主回路；
34.图2虚线框z2表示的是储能变流器直流预充电回路；
35.图2虚线框z3表示的是储能变流器交流预充电回路。
36.如图1
‑
3所示，本实用新型提供一种双路预充电电路，应用于储能变流器；包括：
37.储能变流器主回路z1，储能变流器主回路z1包括依次连接的第一储能端1、直流隔离开关sd、单元变换模组dc/ac、交流断路开关s以及第二储能端2，第一储能端1连接至一储能电池的正负极，第二储能端2并入电网。
38.具体的，第一储能端1连接至一储能电池的bat+、bat
‑
端子，然后依次串联连接直流隔离开关sd、单元变换模组dc/ac、lc滤波器lc1、交流断路开关s以及第二储能端2通过三相线u、v、w端并入电网。其中单元变换模组dc/ac与lc滤波器lc1之间设有电感l1、l2和l3。
39.直流预充电回路z2，直流预充电回路z2并联于直流隔离开关sd的两端，直流预充电回路z2的检测端连接一储能变流控制器u；
40.交流预充电回路z3，交流预充电回路z3的一端接入直流隔离开关sd 和单元变换模组dc/ac之间的电路节点，另一端接入交流断路开关s和第二储能端2的电路节点，交流预充电回路z3的检测端同样连接储能变流控制器u。
41.在一种较优的实施例中，直流隔离开关sd包括第一隔离开关sd1和第二隔离开关sd2，第一隔离开关sd1连接在储能电池的正极bat+和单元变换模组dc/ac之间，第二隔离开关连接在储能电池的负极bat
‑
和单元变换模组dc/ac之间；
42.第一隔离开关sd1的控制端和第二隔离开关sd2的控制端还分别连接储能变流控制器u；
43.则直流预充电回路z2具体包括第一预充电线路l1和第二预充电线路 l2，第一预充电线路l1与第一隔离开关sd1并联，第二预充电线路l2和第二隔离开关sd2并联；
44.第一预充电线路l1包括依次串联的第一直流保护熔丝fp1、第一直流接触器mcx1以及第一限流电阻r1，第一直流保护熔丝fp1的一端连接至储能电池的正极bat+和第一隔离开关sd1之间的第一节点a1，第一限流电阻r1的一端连接至第一隔离开关sd1和单元变换模组dc/ac之间的第二节点a2；
45.第二预充电线路l2包括依次串联的第二直流保护熔丝fp2、第二直流接触器mcx2以及第二限流电阻r2，第二直流保护熔丝fp2的一端连接至储能电池的负极bat
‑
和第二隔离开关sd2之间的第三节点a3，第二限流电阻r2的一端连接至第二隔离开关sd2和单元变换模组dc/ac之间的第四节点a4。
46.具体的，储能变流器的直流预充电回路z2的工作流程如下：第一储能端1连接至一储能电池的bat+、bat
‑
端子，直流隔离开关sd、交流断路开关s均处于断开状态，储能变流控制器u发出控制信号，第一直流接触器 mcx1、第二直流接触器mcx2闭合，通过第一限流电阻r1、第二限流电阻 r2限流对单元变换模组dc/ac进行充电，储能变流控制器u判断充电完成后，断开第一直流接触器mcx1、第二直流接触器mcx2，闭合直流隔离开关sd，储能变流器达到并网条件后再闭合交流断路开关s，起动过程完成。
47.在一种较优的实施例中，因为直流隔离开关包括第一隔离开关sd1和第二隔离开关sd2，第一隔离开关sd1连接在储能电池的正极bat+和单元变换模组dc/ac之间，第二隔离开关sd2连接在储能电池的负极bat
‑
和单元变换模组dc/ac之间；
48.则交流预充电回路z3包括依次串联的三相整流器d5、三相升压变压器 trx3以及交流接触器mcx3；
49.三相整流器d5的两相输入端分别接入第一隔离开关sd1与单元变换模组dc/ac之间的第五节点a5以及第二隔离开关sd2与单元变换模组dc/ac 之间的第六节点a6，三相整流器d5的三相输出端分别接入三相升压器trx3 的三相输入端；
50.三相升压变压器trx3的三相输出端分别接入交流接触器mcx3的一端，交流接触器mcx3的另一端连接在交流断路开关s和第二储能端2之间的三相线路上；
51.交流接触器mcx3的控制端还连接储能变流控制器u。
52.具体的，储能变流器的交流预充电回路z3的工作流程如下：
53.所述交流预充电回路z3的工作流程如下：第一储能端1连接至一储能电池的bat+、bat
‑
端子，直流隔离开关sd、交流断路开关s均处于断开状态，储能变流控制器u根据储能电池两种情况判断是否启动交流预充电： (1)、当储能变流控制器u判断储能电池电量不足时，输出交流预充电控制信号，通过交流预充电回路z3进行充电，从而完成储能变流器的启动； (2)、当储能变流控制器u判断储能电池电量充足时，输出直流预充电控制信号，通过直流预充电回路z2进行充电，从而完成储能变流器的启动。
54.上述情况(1)中，进一步说，当储能变流控制器u发出交流预充电控制信号，交流接触器mcx3闭合，通过第一限流电阻r1、第二限流电阻r2 限流，经三相升压变压器trx3、三相整流器d5对单元变换模组dc/ac进行充电，储能变流控制器u判断充电完成后，可先闭合交流断路开关s，将储能变流器并网，之后断开交流接触器mcx3，闭合直流隔离开关sd，储能变流器与储能电池实现连接，起动过程完成。
55.其中，三相升压变压器trx3的变比确定为k1，单元变换模组dc/ac 逆变系数为k2，保证经过三相整流器d5整流得到的直流电压v1，满足并网电压要求的直流电压v2，电网三相线电压设定为v3，数值关系如下：
56.v1＝k1*v3*1.35；
57.v2＝v3/1.732*1.414*2/k2；
58.v1≥v2；
59.可得，k1≥1.21/k2。
60.以dc1500v储能逆变器为例，电网侧电压v3为ac600v，单元变换模组dc/ac逆变系数为k2＝0.92，三相升压变压器trx3的变比确定为k1≥ 1.21/k2＝1.31，经过三相整流器d5整流得到的直流电压v1＝1061v。
61.在一种较优的实施例中，三相升压变压器trx3的三相输出端与交流接触器mcx3之间还连接交流保护熔丝fp3、fp4、fp5。
62.具体的，三相升压变压器trx3的三个输出端分别电性连接于三个并联的交流保护熔丝fp7、fp8、fp9。也就是说，交流保护熔丝fp3连接于三相升压变压器tr3x和交流接触器mcx3的触点1之间；交流保护熔丝fp4 连接于三相升压变压器trx3和交流接触器mcx3的触点3之间；交流保护熔丝fp5连接于三相升压变压器trx3和交流接触器mcx3的触点5之间。
63.在一种较优的实施例中，于第一储能端1和直流隔离开关sd之间还设置有直流保护熔丝fp6、fp7。
64.具体的，第一储能端1和直流隔离开关sd的两相线上分别连接直流保护熔丝fp6、fp7。
65.在一种较优的实施例中，于直流保护熔丝fp6和fp7和直流隔离开关 sd之间还并联有直流防雷器pe1，直流防雷器pe1接地。
66.具体的，与储能电池的正极bat+端相连的直流保护熔丝fp6连接直流防雷器pe1的正极，与储能电池的负极bat
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端相连的直流保护熔丝fp7连接直流防雷器pe1的负极，实现并联连接。
67.在一种较优的实施例中，于与单元变换模组dc/ac和交流断路开关s 之间还设置有lc滤波器lc1。
68.具体的，lc滤波器lc1的接线方法采用三角形接法。
69.在一种较优的实施例中，于交流断路开关s和第二储能端2之间还并联有交流防雷器pe2，交流防雷器pe2接地。
70.具体的，交流防雷器pe2的a端连接第二储能端2三相线的u端，b 端连接第二储能端2三相线的v端，c端连接第二储能端2三相线的w端,实现并联连接。
71.本发明的较佳的实施例中，还提供一种储能变流器，该储能变流器连接在储能电池与电网之间，并且包括如上文中所述的双路预充电电路。
72.以上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非因此限制本实用新型的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本实用新型说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本实用新型的保护范围内。