(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911308298.1
(22)申请日 2019.12.18
(71)申请人 国网智能科技股份有限公司
地址 250101 山东省济南市高新孙村片区
飞跃大道以南、26号路以东（ICT产业
园内）电力智能机器人生产项目101
(72)发明人 孙永亮 刘爱忠 丁玉华 黄德旭
孙久军 李志高 任士康 杨勇
胡勇 刘雷 杨宁 王培仑
(74)专利代理机构 济南圣达知识产权代理有限
公司 37221
代理人 董雪
(51)Int.Cl.
H02J 3/32(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种带隔离变压器的单级式
储能变流器，包括：
三相支路，每一相支路的交流端与交流电网连接，直流端与蓄电池连接；每一
相支路的结构包括：自交流电网端到直流蓄电池
端，依次串联连接隔离变压器、交流滤波器、交流
软启动回路、滤波电路、桥式逆变电路、直流母线
电容、直流滤波器和直流软启动回路；三相支路
直流母线电容输出端的正极通过直流接触器进
行连接；三相支路直流母线电容输出端的负极通
过直流接触器进行连接。本发明有益效果：能够
提高储能变流器的电网适用性，实现电网不平衡
时储能变流器稳定可靠工作。权利要求书2页 说明书5页 附图2页CN 110943469 A 2020.03.31
C N 110943469
A
1.一种带隔离变压器的单级式储能变流器，包括：三相支路，每一相支路的交流端与交流电网连接，直流端与蓄电池连接；其特征在于，每一相支路的结构包括：自交流电网端到直流蓄电池端，依次串联连接隔离变压器、交流滤波器、交流软启动回路、滤波电路、桥式逆变电路、直流母线电容、直流滤波器和直流软启动回路；
所述三相支路直流母线电容输出端的正极通过直流接触器进行连接；所述三相支路直流母线电容输出端的负极通过直流接触器进行连接。
2.如权利要求1所述的一种带隔离变压器的单级式储能变流器，其特征在于，将三相支路的隔离变压器的原边首尾相连，将变压器原边连接成三角形连接关系，能够实现三相三线式供电。
3.如权利要求1所述的一种带隔离变压器的单级式储能变流器，其特征在于，所述交流软启动回路包括：主交流接触器，与主交流接触器并联连接的、由辅助交流接触器和软启动电阻组成的串联支路。
4.如权利要求1所述的一种带隔离变压器的单级式储能变流器，其特征在于，所述直流软启动回路包括：主直流接触器，与主直流接触器并联连接的、由辅助直流接触器和软启动电阻组成的串联支路。
5.一种无隔离变压器的单级式储能变流器，包括：三相支路，每一相支路的交流端与交流电网连接，直流端与蓄电池连接；其特征在于，每一相支路的结构包括：自交流电网端到直流蓄电池端，依次串联连
接交流滤波器、交流软启动回路、滤波电路、桥式逆变电路、直流母线电容、直流滤波器和直流软启动回路；
所述三相支路直流母线电容输出端的正极通过直流接触器进行连接；所述三相支路直流母线电容输出端的负极通过直流接触器进行连接。
6.如权利要求5所述的一种无隔离变压器的单级式储能变流器，其特征在于，将三相支路的交流滤波器首尾相连，将滤波器连接成三角形连接关系，能够实现三相三线式供电。
7.如权利要求5所述的一种无隔离变压器的单级式储能变流器，其特征在于，所述交流软启动回路包括：主交流接触器，与主交流接触器并联连接的、由辅助交流接触器和软启动电阻组成的串联支路；
或者，
所述直流软启动回路包括：主直流接触器，与主直流接触器并联连接的、由辅助直流接触器和软启动电阻组成的串联支路。
8.一种单级式储能变流器的控制方法，其特征在于，包括：
三相支路的直流端连接不同型号及电压等级的蓄电池时，断开三相支路直流母线电容输出端之间的连接；
软启动阶段完成后，对于每一相支路，分别采集交流电压、电感电流、直流母线电压和直流电流的值；设定直流电压给定值和电流给定值；
根据采集到的值，经过运算后得到驱动该相支路桥式逆变电路开关管通断的驱动信号；
控制桥式逆变电路输出的交流正弦波形与电网电压间的幅值差和相位角，得到与电网电压同相位的电流波形，实现对蓄电池的充电。
9.一种单级式储能变流器的控制方法，其特征在于，包括：
三相支路的直流端连接相同型号及电压等级的蓄电池时，将三相支路直流母线电容输出端相连；设定三相支路的直流电压给定值和充电电流给定值分别相同；
软启动阶段完成后，对于每一相支路，分别采集交流电压、电感电流、直流母线电压和直流电流的值；
根据采集到的值和设定的值，经过运算后得到驱动该相支路桥式逆变电路开关管通断的驱动信号；
控制桥式逆变电路输出的交流正弦波形与电网电压间的相位角，得到与电网电压同相位的电流波形，实现对蓄电池的充电。
10.如权利要求8或9所述的一种单级式储能变流器的控制方法，其特征在于，蓄电池放电时，设置直流电压给定值的数值小于电池额定电压，放电电流的大小将由电流给定值决定；将电流给定值设置为负值，实现电池的放电功能。
一种单级式储能变流器及其控制方法
技术领域
[0001]本发明涉及储能变流器技术领域，尤其涉及一种单级式储能变流器及其控制方法。
背景技术
[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
[0003]随着微电网储能的发展，储能变流器的应用场合以及电网适用性，越来越受到人们的关注。现有的储能变流器大多采用三相半桥式结构，在功率开关管耐压满足要求的情况下，三相半桥式结构仅采用六个功率开关管，每个桥臂仅两个开关管，任意两相之间存在耦合，导致三相电网不平衡时，其控制性能将恶化，甚至发生故障。
[0004]三相半桥式结构决定了单级式储能变流器只能有一个直流输出端，不能满足不同电压等级电池在同一台储能变流器上的连接工作，不能实现电池的梯次利用。
发明内容
[0005]为了解决上述问题，本发明提出了一种单级式储能变流器及其控制方法，采用三相全桥式结构，解决电网不平衡时的工作问题，同时更改硬件结构，增加功能控制，实现直流输出端可以连接不同电压等级的电池，减少为适用不同电池对储能变流器的投入成本。[0006]在一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0007]一种带隔离变压器的单级式储能变流器，包括：三相支路，每一相支路的交流端与交流电网连接，直流端与蓄电池连接；每一相支路的结构包括：自交流电网端到直流蓄电池端，依次串联连接隔离变压器、交流滤波器、交流软启动回路、滤波电路、桥式逆变电路、直流母线电容、直流滤波器和直流软启动回路；
[0008]所述三相支路直流母线电容输出端的正极通过直流接触器进行连接；所述三相支路直流母线电容输出端的负极通过直流接触器进行连接。
[0009]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0010]一种无隔离变压器的单级式储能变流器，包括：三相支路，每一相支路的交流端与交流电网连接，直流端与蓄电池连接；每一相支路的结构包括：自交流电网端到直流蓄电池端，依次串联连接交流滤波器、交流软启动回路、滤波电路、桥式逆变电路、直流母线电容、直流滤波器和直流软启动回路；
[0011]所述三相支路直流母线电容输出端的正极通过直流接触器进行连接；所述三相支路直流母线电容输出端的负极通过直流接触器进行连接。
[0012]通过控制直流接触器的通断，实现单级式储能变流器连接不同电压等级的电池能够正常工作，减小为适用不同电池对储能变流器的投入成本。
[0013]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0014]一种单级式储能变流器的控制方法，包括：
[0015]三相支路的直流端连接不同型号及电压等级的蓄电池时，断开三相支路直流母线电容输出端之间的连接；
[0016]软启动阶段完成后，对于每一相支路，分别采集交流电压、电感电流、直流母线电压和直流电流的值；设定直流电压给定值和电流给定值；
[0017]根据采集到的值，经过运算后得到驱动该相支路桥式逆变电路开关管通断的驱动信号；
[0018]控制桥式逆变电路输出的交流正弦波形与电网电压间的幅值差和相位角，得到与电网电压同相位的电流波形，实现对蓄电池的充电。
[0019]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0020]一种单级式储能变流器的控制方法，包括：
[0021]三相支路的直流端连接相同型号及电压等级的蓄电池时，将三相支路直流母线电容输出端相连；设定三相支路的直流电压给定值和充电电流给定值分别相同；
[0022]软启动阶段完成后，对于每一相支路，分别采集交流电压、电感电流、直流母线电压和直流电流的值；
[0023]根据采集到的值和设定的值，经过运算后得到驱动该相支路桥式逆变电路开关管通断的驱动信号；
[0024]控制桥式逆变电路输出的交流正弦波形与电网电压间的相位角，得到与电网电压同相位的电流波形，实现对蓄电池的充电。
[0025]与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0026]提出了基于双二阶广义积分和虚拟滞后处理技术的储能变流器控制方法，研制了相应的储能变流器，解决了单相数字坐标变换及锁相问题，解决了储能变流器的在供电适应性问题，提高了不同供电方
式和电网电压不平衡状态下储能变流器的可靠性。[0027]提出了双向交直流转换控制方法，构建了三相分立运行电路拓扑架构，解决了同一台储能变流器对不同电压等级电池的充放电问题，提高了储能变流器的应用范围。将三相支路直流母线电容输出端的正极和负极分别通过直流接触器进行连接，通过控制直流接触器的通断，实现单级式储能变流器连接不同电压等级的电池能够正常工作，减小为适用不同电池对储能变流器的投入成本。
[0028]通过简单的改变单级式储能变流器的接线方式，即可实现三相四线制到三相三线制供电方式的转变，同一台机器可以适用不同的电网供电方式。
附图说明
[0029]图1为本发明实施例一中带隔离变压器单级式储能变流器的电路结构拓扑图；[0030]图2为本发明实施例一中无隔离变压器单级式储能变流器的电路结构拓扑图；[0031]图3为本发明实施例一中单级式储能变流器的控制框图；
[0032]图4为本发明实施例一中单级式储能变流器的锁相环框图；
[0033]图5为本发明实施例一中单级式储能变流器的坐标变换框图。
具体实施方式
[0034]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另
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