一种储能变流器柜及储能系统的制作方法

1.本发明涉及储能系统技术领域，更具体地说，本发明涉及一种储能变流器柜及储能系统。

背景技术：

2.随着现代社会的快速发展，能源紧缺和环境的污染越来越受到人们的关注，通过微电网中的各种分布式电源接收微电网控制作为发电设备运行改善现有的能源紧缺问题，分布式电源包括大功率储能变流器，主要控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。
3.储能变流器柜是由双向变流模块、控制模块、电池模块以及通讯模块等构成，控制模块通过通讯模块接收后台控制指令，根据功率指令的符号以及大小控制变流器对电池模块进行充电和放电，实现对电网有功率和无功率的调节，通过通讯模块中can接口与bms通讯，实时获取电池组状态信息，实现对电池的保护性放电，确保电池运行安全。
4.在现有技术中，储能变流器柜在实际应用中仍然存在以下问题，一是储能变流器在并网运行时输出功率时长存在分配不均，因此产生环流影响整个微电网系统效率和稳定性，其次发生孤岛保护发生时，储能变流器对微电网的控制能力差严重影响系统的稳定性能，针对孤岛保护常常利用在变流器中地输出电流中加入干扰的方式实现孤岛保护，但这种方式检测盲区大且检测速度慢，给输出电能的质量产生影响。

技术实现要素：

5.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种储能变流器柜及储能系统，具体采用pcs控制模块的控制单元根据电池模块中充电和放电对应的功率控制或抵消太阳能和风能的电能输出功率的波动，减少对电网的冲击，通过采用预警单元对采集模块中的电压、电流以及温度进行判断，若有超越限值，发出预警信号后通过通讯模块传输至微电网控制系统，由微电网控制系统及时调节电网电压电流情况，有利于维持对电网电力传输动态平衡。
6.本发明具体通过采用运行模式切换模块在并网运行时解决输出功率时长存在分配不均问题，在孤岛保护发生时，提高储能变流器柜的控制能力，提高电网系统的稳定性能，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种储能变流器柜及储能系统，包括采集模块、数据处理模块、pcs控制模块、运行模式切换模块、双向变流模块、显示模块、电池模块、通讯模块以及微电网控制系统，所述采集模块用于储能变流器柜中的温度、电压以及电流的数据采集并将采集的数据传输至数据处理模块，所述数据采集模块用于储能变流器柜的温度、电压以及电流数据分析并存储至数据存储，所述pcs控制模块用于控制双向变流模块以及运行模式切换模块并对其实时监测以及故障预警，所述运行模式切换模块是基于pcs控制模块并网或离网两种模式运行或模式相互切换，所述双向变流模块用于电网与电
池模块之间交流直流之间的转换，所述显示模块是对储能变换器柜的温度、电压以及电流数据的显示，所述电池模块包括若干个分布式电源，为整个电网以及储能变换器柜各个模块提供电源，所述通讯模块与pcs控制模块连接，通过can接口与微电网控制系统通讯，所述微电网控制系统是用于储能变流器柜中电池的评估以及电压电流均衡。
8.在一个优选的实施方式中，所述运行模式切换模块包括并网运行单元以及离网运行单元，所述并网运行单元有三种控制模式，一是在并网有功率控制模式，储能变流器柜的通讯模块与微电网系统相连接，接收微电网系统给定有功功率值，并由pcs控制模块控制电池模块的输入或输出的有功功率与微电网系统给定有功功率值相同；二是并网无功功率控制模块，储能变流器柜的通讯模块与微电网系统相连接，接收微电网系统给定无功功率值，并由pcs控制模块控制电池模块的输入或输出的无功功率与微电网系统给定无功功率值相同；三是并网谐波电流补偿模式，储能变流器柜的通讯模块与微电网系统相连接，接收微电网系统给定谐波电流值，并由pcs控制模块控制电池模块的输入或输出的谐波电流值与微电网系统给定谐波电流值相同。
9.在一个优选的实施方式中，所述离网运行单元离网运行单元是指通过扰动功率解耦的方式避免扰动无功功率对输出有功功率的影响，同时根据扰动方向自动调整，所述扰动功率解耦的方式具体是指对不对的反馈电流id和iq同时进行扰动并计算微电网电压的无扰动相位θg和扰动相位θd，用θg对三相电流进行坐标变换，得到无扰动的i
d_g
和i
q_g
，用θd对三相电流进行坐标变换，得到扰动i
d_d
和i
q_d
，并计算出需要注入无功电流给定值的无功扰动δiq，公式如下：
10.δiq＝i
q_g-i
q_d
。
11.在一个优选的实施方式中，所述采集模块包括温度传感器、电压传感器以及电流传感器，其中温度传感器用于对电池模块中温度的变化进行数据采集并实时监测，当电池模块温度达到一定阈值时，pcs控制模块会自动终止对电池模块充电放电的操作，所述电压传感器是对电池电压变化进行数据采集并实时监测，经过数据处理分析后由pcs控制模块判断对电池模块的电量情况，所述电流传感器用于对电池模块中的电流的变换进行数据采集并实时监测，通过pcs控制模块判断电池模块是否出现短路情况。
12.在一个优选的实施方式中，所述数据处理模块包括数据分析单元以及数据存储单元，所述数据分析单元对数据合理性检查和数据过滤，将储能变流器柜运行的储能数值和配电数据进行实时量化值，所述数据存储单元是指将采集模块中的数据采集后并存储，需要数据时抽调数据便于数据分析单元和pcs控制模块判断处理。
13.在一个优选的实施方式中，所述pcs控制模块包括监测单元、预警单元以及控制单元，所述监测单元是对储能变流器柜中电池模块输出和输入电压电流的实时监测，所述控制单元根据电池模块中充电和放电对应的功率控制或抵消太阳能和风能的电能输出功率的波动，所述控制单元的控制方法利用下垂控制算法，即通过在变流器输出阻抗加入虚拟抗阻，实时计算和设置下垂控制的给定值调节并联变流器中地输出电压和电流，使得在下垂控制下的储能变流器在并网和离网两种模式下运行，所述预警单元对采集模块中的电压、电流以及温度进行判断，若有超越限值，发出预警信号，通过通讯模块传输至微电网控制系统，由微电网控制系统及时调节电网电压电流情况。
14.在一个优选的实施方式中，所述双向变流模块包括pwm变换器，当需要直流发电工
况时，若交流电网不断电，通过pcs控制模块自动控制转换开关，即给pcs控制模块一个控制指令，此时电池模块开始供电，产生的交流电传输至电网，若交流电网断电，给pcs控制模块通过采集模块采集并检测到交流电压峰值低于某一设定值，pcs控制模块会控制电池模块供电，将电池模块产生电流电能给交流严重负载供电。
15.在一个优选的实施方式中，所述微电网控制系统通过调节若干个分布式电源、储能变流器、负荷、能量转换器以及保护装置等组成的小型发配电系统
16.在一个优选的实施方式中，具体步骤如下：
17.s1、所述采集模块用于储能变流器柜中的温度、电压以及电流的数据采集并将采集的数据传输至数据处理模块并由显示模块显示数值；
18.s2、所述数据采集模块用于储能变流器柜的温度、电压以及电流数据分析并存储；
19.s3、所述pcs控制模块用于控制双向变流模块以及运行模式切换模块并对其实时监测以及故障预警；
20.s4、所述运行模式切换模块是基于pcs控制模块并网或离网两种模式运行或模式相互切换；
21.s5、所述双向变流模块用于电网与电池模块之间交流直流之间的转换；
22.s6、所述显示模块是对储能变换器柜的温度、电压以及电流数据的显示，所述电池模块包括若干个分布式电源，为整个电网以及储能变换器柜各个模块提供电源，微电网控制系统为储能变流器柜中电池的评估以及电压电流均衡。
23.本发明的技术效果和优点：
24.(1)本发明具体采用pcs控制模块的控制单元根据电池模块中充电和放电对应的功率控制或抵消太阳能和风能的电能输出功率的波动，减少对电网的冲击，通过采用预警单元对采集模块中的电压、电流以及温度进行判断，若有超越限值，发出预警信号后通过通讯模块传输至微电网控制系统，由微电网控制系统及时调节电网电压电流情况，有利于维持对电网电力传输动态平衡。
25.(2)本发明具体通过采用运行模式切换模块在并网运行时解决输出功率时长存在分配不均问题，在孤岛保护发生时，提高储能变流器柜的控制能力，提高电网系统的稳定性能。
附图说明
26.图1为本发明的系统结构框图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.本实施例提供了如图1所示一种储能变流器柜及储能系统，包括采集模块、数据处理模块、pcs控制模块、运行模式切换模块、双向变流模块、显示模块、电池模块、通讯模块以及微电网控制系统，所述采集模块用于储能变流器柜中的温度、电压以及电流的数据采集
并将采集的数据传输至数据处理模块，所述数据采集模块用于储能变流器柜的温度、电压以及电流数据分析并存储至数据存储，所述pcs控制模块用于控制双向变流模块以及运行模式切换模块并对其实时监测以及故障预警，所述运行模式切换模块是基于pcs控制模块并网或离网两种模式运行或模式相互切换，所述双向变流模块用于电网与电池模块之间交流直流之间的转换，所述显示模块是对储能变换器柜的温度、电压以及电流数据的显示，所述电池模块包括若干个分布式电源，为整个电网以及储能变换器柜各个模块提供电源，所述通讯模块与pcs控制模块连接，通过can接口与微电网控制系统通讯，所述微电网控制系统是用于储能变流器柜中电池的评估以及电压电流均衡。
29.s1、所述采集模块用于储能变流器柜中的温度、电压以及电流的数据采集并将采集的数据传输至数据处理模块并由显示模块显示数值；
30.本实施例需要具体说明的是采集模块包括温度传感器、电压传感器以及电流传感器，其中温度传感器用于对电池模块中温度的变化进行数据采集并实时监测，当电池模块温度达到一定阈值时，pcs控制模块会自动终止对电池模块充电放电的操作，所述电压传感器是对电池电压变化进行数据采集并实时监测，经过数据处理分析后由pcs控制模块判断对电池模块的电量情况，减少电池模块过充的情况，所述电流传感器用于对电池模块中的电流的变换进行数据采集并实时监测，通过pcs控制模块判断电池模块是否出现短路情况，通过采集模块对电池模块的数据采集与实时监测，提高电池模块储能的安全性，本实施例为现有技术，在此不做具体说明。
31.s2、所述数据采集模块用于储能变流器柜的温度、电压以及电流数据分析并存储；
32.本实施例需要具体说明的是数据处理模块包括数据分析单元以及数据存储单元，所述数据分析单元对数据合理性检查和数据过滤，将储能变流器柜运行的储能数值和配电数据进行实时量化值，所述数据存储单元是指将采集模块中的数据采集后并存储，需要数据时抽调数据便于数据分析单元和pcs控制模块判断处理，本实施例为现有技术，在此不做具体说明。
33.s3、所述pcs控制模块用于控制双向变流模块以及运行模式切换模块并对其实时监测以及故障预警；
34.本实施例需要具体说明的是pcs控制模块包括监测单元、预警单元以及控制单元，所述监测单元是对储能变流器柜中电池模块输出和输入电压电流的实时监测，所述控制单元根据电池模块中充电和放电对应的功率控制或抵消太阳能和风能的电能输出功率的波动，减少对电网的冲击，所述控制单元的控制方法利用下垂控制算法，即通过在变流器输出阻抗加入虚拟抗阻，实时计算和设置下垂控制的给定值调节并联变流器中地输出电压和电流，使得在下垂控制下的储能变流器在并网和离网两种模式下运行，所述预警单元对采集模块中的电压、电流以及温度进行判断，若有超越限值，发出预警信号，通过通讯模块传输至微电网控制系统，由微电网控制系统及时调节电网电压电流情况，有利于维持对电网电力传输动态平衡。
35.s4、所述运行模式切换模块是基于pcs控制模块并网或离网两种模式运行或模式相互切换；
36.实施例需要具体说明的是运行模式切换模块包括并网运行单元以及离网运行单元，所述并网运行单元有三种控制模式，一是在并网有功率控制模式，储能变流器柜的通讯
模块与微电网系统相连接，接收微电网系统给定有功功率值，并由pcs控制模块控制电池模块的输入或输出的有功功率与微电网系统给定有功功率值相同；二是并网无功功率控制模块，储能变流器柜的通讯模块与微电网系统相连接，接收微电网系统给定无功功率值，并由pcs控制模块控制电池模块的输入或输出的无功功率与微电网系统给定无功功率值相同；三是并网谐波电流补偿模式，储能变流器柜的通讯模块与微电网系统相连接，接收微电网系统给定谐波电流值，并由pcs控制模块控制电池模块的输入或输出的谐波电流值与微电网系统给定谐波电流值相同。
37.其中需要具体说明的是离网运行单元是指通过扰动功率解耦的方式避免扰动无功功率对输出有功功率的影响，同时根据扰动方向自动调整，所述扰动功率解耦的方式具体是指对不对的反馈电流id和iq同时进行扰动并计算微电网电压的无扰动相位θg和扰动相位θd，用θg对三相电流进行坐标变换，得到无扰动的i
d_g
和i
q_g
，用θd对三相电流进行坐标变换，得到扰动i
d_d
和i
q_d
，并计算出需要注入无功电流给定值的无功扰动δiq，公式如下：
38.δiq＝i
q_g-i
q_d
。
39.其中需要具体说明的是计算出无功扰动δiq后将δiq加入到扰动电流给定值i
q*
，消除传统方法范围盲区的问题，并利用加速算法提高孤岛检测方法，具体算法如下：
40.δf＝fb+λ(f-fg)。
41.其中需要具体说明的是δf为频率扰动量，fb为扰动基准频率，λ为加速印子，f为当前检测到的电压频率，fg为电网频率。
42.s5、所述双向变流模块用于电网与电池模块之间交流直流之间的转换；
43.本实施例需要具体说明的是双向变流模块包括pwm变换器，当需要直流发电工况时，若交流电网不断电，通过pcs控制模块自动控制转换开关，即给pcs控制模块一个控制指令，此时电池模块开始供电，产生的交流电传输至电网，若交流电网断电，给pcs控制模块通过采集模块采集并检测到交流电压峰值低于某一设定值，pcs控制模块会控制电池模块供电，将电池模块产生电流电能给交流严重负载供电。
44.s6、所述显示模块对储能变换器柜的温度、电压以及电流数据的显示，所述电池模块包括若干个分布式电源，为整个电网以及储能变换器柜各个模块提供电源，微电网控制系统为储能变流器柜中电池的评估以及电压电流均衡。
45.本实施例需要具体说明的是微电网控制系统通过调节若干个分布式电源、储能变流器、负荷、能量转换器以及保护装置等组成的小型发配电系统。
46.最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种储能变流器柜及储能系统，其特征在于：包括采集模块、数据处理模块、pcs控制模块、运行模式切换模块、双向变流模块、显示模块、电池模块、通讯模块以及微电网控制系统，所述采集模块用于储能变流器柜中的温度、电压以及电流的数据采集并将采集的数据传输至数据处理模块，所述数据采集模块用于储能变流器柜的温度、电压以及电流数据分析并存储至数据存储，所述pcs控制模块用于控制双向变流模块以及运行模式切换模块并对其实时监测以及故障预警，所述运行模式切换模块是基于pcs控制模块并网或离网两种模式运行或模式相互切换，所述双向变流模块用于电网与电池模块之间交流直流之间的转换，所述显示模块是对储能变换器柜的温度、电压以及电流数据的显示，所述电池模块包括若干个分布式电源，为整个电网以及储能变换器柜各个模块提供电源，所述通讯模块与pcs控制模块连接，通过can接口与微电网控制系统通讯，所述微电网控制系统是用于储能变流器柜中电池的评估以及电压电流均衡。2.根据权利要求1所述的一种储能变流器柜及储能系统，其特征在于：所述运行模式切换模块包括并网运行单元以及离网运行单元，所述并网运行单元有三种控制模式，一是在并网有功率控制模式，储能变流器柜的通讯模块与微电网系统相连接，接收微电网系统给定有功功率值，并由pcs控制模块控制电池模块的输入或输出的有功功率与微电网系统给定有功功率值相同；二是并网无功功率控制模块，储能变流器柜的通讯模块与微电网系统相连接，接收微电网系统给定无功功率值，并由pcs控制模块控制电池模块的输入或输出的无功功率与微电网系统给定无功功率值相同；三是并网谐波电流补偿模式，储能变流器柜的通讯模块与微电网系统相连接，接收微电网系统给定谐波电流值，并由pcs控制模块控制电池模块的输入或输出的谐波电流值与微电网系统给定谐波电流值相同。3.根据权利要求2所述的一种储能变流器柜及储能系统，其特征在于：所述离网运行单元离网运行单元是指通过扰动功率解耦的方式避免扰动无功功率对输出有功功率的影响，同时根据扰动方向自动调整，所述扰动功率解耦的方式具体是指对不对的反馈电流i
d
和i
q
同时进行扰动并计算微电网电压的无扰动相位θ
g
和扰动相位θ
d
，用θ
g
对三相电流进行坐标变换，得到无扰动的i
d_g
和i
q_g
，用θ
d
对三相电流进行坐标变换，得到扰动i
d_d
和i
q_d
，并计算出需要注入无功电流给定值的无功扰动δi
q
，公式如下：δi
q
＝i
q_g-i
q_d
。4.根据权利要求1所述的一种储能变流器柜及储能系统，其特征在于：所述采集模块包括温度传感器、电压传感器以及电流传感器，其中温度传感器用于对电池模块中温度的变化进行数据采集并实时监测，当电池模块温度达到一定阈值时，pcs控制模块会自动终止对电池模块充电放电的操作，所述电压传感器是对电池电压变化进行数据采集并实时监测，经过数据处理分析后由pcs控制模块判断对电池模块的电量情况，所述电流传感器用于对电池模块中的电流的变换进行数据采集并实时监测，通过pcs控制模块判断电池模块是否出现短路情况。5.根据权利要求4所述的一种储能变流器柜及储能系统，其特征在于：所述数据处理模块包括数据分析单元以及数据存储单元，所述数据分析单元对数据合理性检查和数据过滤，将储能变流器柜运行的储能数值和配电数据进行实时量化值，所述数据存储单元是指将采集模块中的数据采集后并存储，需要数据时抽调数据便于数据分析单元和pcs控制模块判断处理。
6.根据权利要求1所述的一种储能变流器柜及储能系统的方法，其特征在于：所述pcs控制模块包括监测单元、预警单元以及控制单元，所述监测单元是对储能变流器柜中电池模块输出和输入电压电流的实时监测，所述控制单元根据电池模块中充电和放电对应的功率控制或抵消太阳能和风能的电能输出功率的波动，所述控制单元的控制方法利用下垂控制算法，即通过在变流器输出阻抗加入虚拟抗阻，实时计算和设置下垂控制的给定值调节并联变流器中地输出电压和电流，使得在下垂控制下的储能变流器在并网和离网两种模式下运行，所述预警单元对采集模块中的电压、电流以及温度进行判断，若有超越限值，发出预警信号，通过通讯模块传输至微电网控制系统，由微电网控制系统及时调节电网电压电流情况。7.根据权利要求1所述的一种储能变流器柜及储能系统，其特征在于：所述双向变流模块包括pwm变换器，当需要直流发电工况时，若交流电网不断电，通过pcs控制模块自动控制转换开关，即给pcs控制模块一个控制指令，此时电池模块开始供电，产生的交流电传输至电网，若交流电网断电，给pcs控制模块通过采集模块采集并检测到交流电压峰值低于某一设定值，pcs控制模块会控制电池模块供电，将电池模块产生电流电能给交流严重负载供电。8.根据权利要求1所述的一种储能变流器柜及储能系统，其特征在于：所述微电网控制系统通过调节若干个分布式电源、储能变流器、负荷、能量转换器以及保护装置等组成的小型发配电系统。9.根据权利要求1-8任一所述的一种储能变流器柜及储能系统的控制方法，其特征在于：具体步骤如下：s1、所述采集模块用于储能变流器柜中的温度、电压以及电流的数据采集并将采集的数据传输至数据处理模块并由显示模块显示数值；s2、所述数据采集模块用于储能变流器柜的温度、电压以及电流数据分析并存储；s3、所述pcs控制模块用于控制双向变流模块以及运行模式切换模块并对其实时监测以及故障预警；s4、所述运行模式切换模块是基于pcs控制模块并网或离网两种模式运行或模式相互切换；s5、所述双向变流模块用于电网与电池模块之间交流直流之间的转换；s6、所述显示模块是对储能变换器柜的温度、电压以及电流数据的显示，所述电池模块包括若干个分布式电源，为整个电网以及储能变换器柜各个模块提供电源，微电网控制系统为储能变流器柜中电池的评估以及电压电流均衡。

技术总结

本发明公开了一种储能变流器柜及储能系统，具体涉及储能系统领域，包括采集模块、数据处理模块、PCS控制模块、运行模式切换模块、双向变流模块、显示模块、电池模块、通讯模块以及微电网控制系统，采集模块用于储能变流器柜中的温度、电压以及电流的数据采集并将采集的数据传输至数据处理模块，数据采集模块用于储能变流器柜的温度、电压以及电流数据分析并存储至数据存储，PCS控制模块用于控制双向变流模块以及运行模式切换模块并对其实时监测以及故障预警，本发明通过采用运行模式切换模块在并网运行时解决输出功率时长存在分配不均问题，在孤岛保护发生时，提高储能变流器柜的控制能力，提高电网系统的稳定性能。提高电网系统的稳定性能。提高电网系统的稳定性能。