[发明专利]一种液流电池储能变流器

说明书

技术领域

本发明属于电力系统领域，涉及一种电力电子设备，更具体地涉及一种基于分布式结构的液流电池储能系统变流器。

背景技术

储能技术为解决电力供应链(燃料、发电、输电、配电和用电)现有问题、实现电网可持续发展提供了全新的途径。采用大规模电力储能技术，可以有效缓解用电供需矛盾、提高电网安全和稳定性、改善供电质量，并能促进可再生能源的利用和发展。变流器是储能系统中的一个重要环节，在整个储能系统中充当核心单元的作用。变流器系统平台直接关系着整个储能系统的精确性、可靠性及相应速度。

发明内容

本发明提出了一种基于分布式的液流电池储能变流器系统，包括多功能电力电子模块、CAN通讯协议、上位机单元及控制监控软件等。一种可用于液流电池储能系统充放电及作为回馈型负载的高功率因数的双向变换器，该变换器采用多功能模块化的方案：该方案是电力电子器件和监控系统按一定的优化拓扑结构的集成，模块内集成有功率开关器件、驱动和保护电路、电平转换电路等。

整个储能变流器由AC/DC变流模块、DC/DC变流模块、上位机单元等部分组成，如图1所示。AC/DC变流模块和DC/DC变流模块采用相同结构的多功能变流器模块构成，该多功能模块主电路由相同的三相全桥结构构成，多功能模块使用同样的三相全桥式开关桥臂即可构成常见的AC/DC、DC/DC变换器。采用了分布式多功能电力电子模块结构。电力电子模块结构是由电力电子器件及其控制系统按一定的优化拓扑结构集成，模块内集成有功率开关器件、驱动和保护电路、电平转换电路等。所有数据处理及控制信号由位于电力电子模块上的数字信号处理器完成。控制器由数字信号处理器控制器硬件、多层分布式通讯协议、以及实时操作系统控制软件构成。

组成变流器的两个变流模块上层主控电路、接口电路结构、及主电路结构完全相同。功能模块的主控电路作为整个控制系统的核心，采用DSP(Digital Signal Processor)数字控制技术，选用TMS320F2812，实现脉宽调制PWM(Pulse Width Modulation)、数据采集和检测、提供与远程上位机以及从控面板的通信接口。TMS320F2812一方面能按上位机发送的充电控制命令实现换流设备的开启和关闭，另一方面可以响应上位机的数据请求，将换流过程中的状态量上传给上位机。在充电过程中，上位机与下位机之间通讯的抗干扰性、可靠性要求高，且传输距离较远，在此我们选用CAN总线通信。各个模块由统一的CAN通讯协议进行数据和指令的交换，为系统的进一步发展打下基础。

在系统中由一台PC机作为上位机，提供方便的人机交互界面，实现各种命令的发送和充电侧各种信息的采集与管理。

具体来说本发明提出了一种用于液流电池储能系统的变流器，其包括AC/DC变流模块、DC/DC变流模块、上位机单元和CAN通讯接口单元等组成，AC/DC变流模块和DC/DC变流模块采用相同结构的多功能变流器模块构成，所述多功能变流器模块的主电路由相同的三相全桥结构构成，并采用了分布式多功能电力电子模块结构，所述电力电子模块结构是由电力电子器件及其控制系统按一定的优化拓扑结构集成，所述电力电子模块结构内集成有功率开关器件、驱动和保护电路、以及电平转换电路，所有的数据处理及控制信号都由位于所述电力电子模块结构内的数字信号处理器完成，多功能变流器模块的控制器由数字信号处理器、硬件接口电路、多层分布式通讯协议、以及实时操作系统控制软件构成。

其中，所述变流器的上层控制电路和接口电路的硬件结构完全相同，功能模块的主控电路作为整个控制系统的核心，采用DSP(Digital Signal Processor)数字控制技术，可进行脉宽调制PWM(Pulse Width Modulation)调节、数据采集和检测、提供与远程上位机的通信接口，所述变流器控制电路一方面能按上位机单元发送的充电控制命令实现变流器的开启和关闭，另一方面可以响应上位机单元的数据请求，将换流过程中的状态量上传给上位机单元。

其中，所述上位机单元由工控机为核心构成，其提供多任务管理、时间管理、任务间通信等重要服务，使变流器的控制和监控容易设计和扩展，分布式通讯协议由控制器局域网CAN(Controller Area Network)总线协议构成，用于对变流器进行监控并与上位机进行通讯，传输数据和指令，各个模块由统一的CAN通讯协议进行数据和指令的交换。

本发明的有益效果是：

(1)能量可以双向流动，既可用于蓄电池的充电，又可以用于蓄电池的放电，还可作为回馈型负载使用。