CN116742749A - 一种储能系统、储能变流器及其关机控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种储能系统、储能变流器及其关机控制方法，该关机控制方法在接收关机指令后，首先判断各支路中是否存在环流超过主接触器的分断保护阈值；若至少一个支路中存在环流超过分断保护阈值，则说明相应支路中的环流过大，该情况下，先延时预设时长，使相应电池簇的压差通过这一环流得以缩小，进而使这一环流也得到减小；然后，再次返回到上述判断的步骤，直至各支路中均不存在环流超过分断保护阈值，才执行关机指令，由此可以避免主接触器在环流过大的情况下带载分断而导致的对于主接触器寿命的影响以及拉弧风险的产生。

Description

一种储能系统、储能变流器及其关机控制方法

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，特别涉及一种储能系统、储能变流器及其关机控制方法。

背景技术

对于电池侧存在至少两条支路的PCS(Power Conversion System，储能变流器)而言，如果其任意两个支路所接的电池簇之间存在电压差，那么相应支路之间就会形成环流；而且，压差越大，环流越大。

如果PCS在存在上述环流的情况下接收到关机指令，则相应支路上的主接触器需要进行带载分断，而这不仅会影响主接触器的寿命，还会产生拉弧风险。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种储能系统、储能变流器及其关机控制方法，以避免对于主接触器寿命的影响以及拉弧风险的产生。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请第一方面提供了一种储能变流器的关机控制方法，所述储能变流器的电池侧包括至少两个支路，分别连接相应的电池簇；所述关机控制方法包括：

接收关机指令；

判断各支路中是否存在环流超过主接触器的分断保护阈值；

若至少一个支路中存在环流超过所述分断保护阈值，则延时预设时长后，返回判断各支路中是否存在环流超过主接触器的分断保护阈值的步骤；

若各支路中均不存在环流超过所述分断保护阈值，则执行所述关机指令。

可选的，判断各支路中是否存在环流超过主接触器的分断保护阈值，包括：

判断各支路中是否存在环流；

若至少两个支路中存在环流，则判断相应支路中环流的绝对值是否大于所述分断保护阈值；

若至少一个支路中环流的绝对值大于所述分断保护阈值，则判定相应支路中存在环流超过所述分断保护阈值。

可选的，判断各支路中是否存在环流，包括：

判断各支路中是否存在方向相反且总和为零的电流；

若至少两个支路中存在方向相反且总和为零的电流，则判定相应支路中存在环流。

可选的，在判断各支路中是否存在环流之后，还包括：

若各支路中均不存在环流，则执行所述关机指令。

可选的，在接收关机指令之后，还包括：

确定所述关机指令的种类；

若所述关机指令为常规关机指令，则执行判断各支路中是否存在环流超过主接触器的分断保护阈值的步骤。

可选的，在确定所述关机指令的种类之后，还包括：

若所述关机指令为紧急关机指令，则执行所述关机指令。

本申请第二方面提供了一种储能变流器，包括：控制器、逆变电路及至少两个支路；其中，

各支路的一侧作为所述储能变流器的电池侧，分别用于连接相应的电池簇；

各支路的另一侧并联连接至所述逆变电路的直流侧，所述逆变电路的直流侧正负极之间连接有母线电容；

所述逆变电路的交流侧作为所述储能变流器的外部动力连接侧；

所述逆变电路受控于所述控制器，所述控制器用于执行如上述第一方面任一种所述的储能变流器的关机控制方法。

可选的，支路包括：正极支路和负极支路；

各正极支路的一侧分别用于连接相应的电池簇正极，各正极支路的另一侧并联连接至所述逆变电路的直流侧正极；

各负极支路的一侧分别用于连接相应的电池簇负极，各负极支路的另一侧并联连接至所述逆变电路的直流侧负极；或者，各负极支路为各电池簇共用的同一个负极支路，其一侧分别连接各电池簇负极，其另一侧连接所述逆变电路的直流侧负极。

可选的，正极支路中设置有：电流采样装置以及串联连接的正极熔丝和主接触器。

可选的，所述电流采样装置为：电流传感器，或者，与所述正极熔丝及所述主接触器串联连接的分流器。

可选的，负极支路中设置有：串联连接的负极熔丝和主接触器。

可选的，至少一个正极支路中还包括：缓起接触器及缓起电阻；两者串联连接后，与主接触器并联连接。

可选的，还包括：负荷开关；

各正极支路并联连接后，通过所述负荷开关中的正极开关，连接所述逆变电路的直流侧正极；

所述负荷开关中的负极开关，设置于各电池簇共用的负极支路中。

可选的，还包括：设置于各支路与所述逆变电路的直流侧之间的DC/DC变换电路。

可选的，还包括：另外至少一个DC/DC变换电路及其所接的各支路。

本申请第三方面提供了一种储能系统，包括：至少两个电池簇，以及，如第二方面任一种所述的储能变流器；

所述储能变流器的电池侧连接各电池簇。

本申请提供的储能变流器的关机控制方法，其在接收关机指令后，首先判断各支路中是否存在环流超过主接触器的分断保护阈值；若至少一个支路中存在环流超过分断保护阈值，则说明相应支路中的环流过大，若直接执行关机指令，则会导致相应支路中的主接触器在大电流下带载分断，进而影响主接触器的寿命以及产生拉弧风险；因此，本申请在该情况下，先延时预设时长，使相应电池簇的压差通过这一环流得以缩小，进而使这一环流也得到减小；然后，再次返回到上述判断的步骤，直至各支路中均不存在环流超过分断保护阈值，才执行关机指令，由此可以避免主接触器在环流过大的情况下带载分断而导致的对于主接触器寿命的影响以及拉弧风险的产生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的储能变流器的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的储能变流器的关机控制方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的储能变流器的关机控制方法的另一流程图；

图4为本申请实施例提供的储能变流器的关机控制方法的另一流程图；

图5为本申请实施例提供的储能变流器的另一结构示意图；

图6为本申请实施例提供的储能变流器的另一结构示意图；

图7为本申请实施例提供的储能变流器的另一结构示意图；

图8为本申请实施例提供的储能变流器的另一结构示意图。

具体实施方式

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。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

图1以PCS的电池侧包括两条支路为例进行展示，多支路的情况同理；该PCS在正常运行调度功率时，两个支路中电池簇的电流方向一致，不存在环流；但是，当其不运行时，为了响应快速调度，该PCS会经常处于待机或者零功率运行状态，这时候主接触器K1和主接触器K2均闭合，如果电池簇RACK1的电压BAT1大于电池簇RACK2的电压BAT2，那么就会形成如图1中虚线所示的环流。该环流的大小I_环取决于两支路所接电池簇的压差ΔV以及两支路的等效阻抗Req，其计算式为I_环＝ΔV/Req。由于该等效阻抗Req可以看成近似不变，所以该环流的大小I_环主要取决于两支路所接电池簇的压差ΔV。如果在待机或者零功率运行状态时，下发关机指令，当该PCS内部有环流时，就会出现主接触器K1和主接触器K2带载分断的情况，影响主接触器的寿命并且有拉弧风险。

因此，本申请提供一种储能变流器关机控制方法，以避免对于主接触器寿命的影响以及拉弧风险的产生。

参见图2，该储能变流器的关机控制方法，包括：

S101、接收关机指令。

S102、判断各支路中是否存在环流超过主接触器的分断保护阈值。

由上述分析可知，PCS在待机或者零功率运行状态下接收到关机指令时，其电池侧各支路中有可能会存在环流。需要说明的是，图1中仅以该PCS的电池侧包括两条支路为例进行展示，当该PCS的电池侧包括更多条支路时，有可能出现一个电压较高的电池簇分别向两个电压较低的电池簇流入电流的情况，也有可能出现其他情况下的多支路间环流，此处不再一一赘述；只要不同电池簇之间存在压差，即会出现相应的环流，而且，环流的大小与相应电池簇之间的压差相关；压差越大，出现的环流也就越大。

若至少一个支路中存在环流超过分断保护阈值，则说明相应支路中的环流过大，比如，图1中的I_环过大，或者，一个电压较高的电池簇分别向两个电压较低的电池簇流入电流时，至少该电压较高的电池簇所接支路中的电流过大；此时，若直接执行关机指令，则会导致相应支路中的主接触器在大电流下带载分断，进而影响主接触器的寿命以及产生拉弧风险；因此，本实施例在该情况下，先执行S103，然后再返回S102。若各支路中均不存在环流超过分断保护阈值，则执行S104。

S103、延时预设时长。

这个延时过程中，由于环流的存在，电压较高的电池簇会给电压较低的电池簇充电，进而使相应电池簇之间的压差得以缩小；而且，该压差缩小以后，相应的环流也会随之减小，有可能不会再超过该分断保护阈值，因此可以再次执行该S102。

该预设时长的具体取值不做限定，视其具体应用环境而定即可。

S104、执行关机指令。

执行该关机指令时，具体的过程可以参见现有技术，至少包括控制各支路中的主接触器关断，但由于此时已经确定环流不过大，因此即便关断这些主接触器，也不会影响其寿命，更不会出现拉弧风险。

本实施例提供的该储能变流器的关机控制方法，在不同电池簇之间环流较大时，延迟关机，通过内部环流降低压差从而被动降低环流，当环流降低到该分断保护阈值以内时，再执行关机指令；由此，可以避免主接触器在环流过大的情况下带载分断而导致的对于主接触器寿命的影响以及拉弧风险的产生。

在上一实施例的基础之上，本实施例对于该关机控制方法给出了一些实现过程的具体示例，比如，其S102、判断各支路中是否存在环流超过主接触器的分断保护阈值，可以包括图3中所示的：

S201、判断各支路中是否存在环流。

实际应用中，为防止误判，可以先判断相应支路中存在的电流是否为环流，该过程具体可以包括：判断各支路中是否存在方向相反且总和为零的电流；若至少两个支路中存在方向相反且总和为零的电流，则判定相应支路中存在环流。

以图1所述结构为例，其具体逻辑为：根据分流器1和2各自的电流采样值进行判断，如果两个电流采样值大小相等，且符号相反，也即一正一负，则可以判定这两个支路中出现了环流。电池侧存在更多支路的情况与此类似，不再赘述。

若至少两个支路中存在环流，则执行S202。若各支路中均不存在环流，则执行S104。

S202、判断相应支路中环流的绝对值是否大于分断保护阈值。

如图1所示，考虑采样误差，假设正常条件下两路合闸的压差是10V，那么待机或者零功率运行状态时的环流大小I_环＝10/Req，以该值作为最大环流的保护阈值，也即该分断保护阈值，当环流的绝对值小于该分断保护阈值时，主接触器分断不影响寿命。

若至少一个支路中环流的绝对值大于分断保护阈值，则判定相应支路中存在环流超过分断保护阈值，即可执行S103，然后再返回S102；直至各支路中均不存在环流超过分断保护阈值，则可以执行S104，完成关机。

在上述实施例的基础之上，更为优选的，该储能变流器的关机控制方法，在S101、接收关机指令之后，还可以包括图4(以在图3的基础上为例进行展示)中所示的：

S301、确定关机指令的种类。

若关机指令为常规关机指令，则执行S102。另外，若关机指令为紧急关机指令，则执行S104。

也即，该关机控制方法中，在接收到关机指令后，首先通过S301判断该关机指令的重要性，如果是紧急关机指令，则无需考虑环流问题，以系统安全性为第一考虑点，直接进行关机；而如果是常规关机指令，则需要检测环流。

在该检测环流过程中，首先通过S201确定支路是否存在环流，如果没有环流则直接关机；如果存在环流，则继续通过S202判断环流大小。如果环流大小未超过该分断保护阈值，则具体直接关机；反之，则利用环流进行SOC均衡，降低相应电池簇之间的压差，从而降低环流；当环流降低到该分断保护阈值以下时，即可关机。

本实施例中，根据关机指令的优先级，确定是否带载分断主接触器。如果PCS接受到紧急关机指令，那么不管此时存在的环流有多大，均需要带载分断主接触器。而如果只是常规关机指令，当在环流较大时，延迟关机，通过内部环流降低压差从而被动降低环流，当环流降低到该分断保护阈值以内时，才执行关机指令，以实现对于主接触器的分断保护。

本申请另一实施例还提供了一种储能变流器，参见图5，包括：控制器(图中未展示)、逆变电路10及至少两个支路20；其中：

各支路20的一侧作为该储能变流器的电池侧，分别用于连接相应的电池簇RACK1至RACKn。

各支路20的另一侧并联连接至逆变电路10的直流侧，该逆变电路10的直流侧正负极之间连接有母线电容C。

该逆变电路10的交流侧作为该储能变流器的外部动力连接侧。

该逆变电路10受控于控制器，该控制器用于执行如上述任一实施例所述的储能变流器的关机控制方法。该关机控制方法的具体过程及原理参见上述实施例即可，此处不再一一赘述，通过该关机控制方法可以解决正常关机指令下，各支路20间环流过大时带载分断接触器的问题。

参见图6或图7，该支路20包括：正极支路201和负极支路202；其中，各正极支路201的一侧分别用于连接相应的电池簇(RACK1至RACKn中对应的一个)正极，各正极支路201的另一侧并联连接至逆变电路10的直流侧正极；各负极支路202的一侧分别用于连接相应的电池簇负极，各负极支路202的另一侧并联连接至逆变电路的直流侧负极(如图6中所示)；或者，各负极支路202为各电池簇共用的同一个负极支路202，其一侧分别连接各电池簇负极，其另一侧连接逆变电路的直流侧负极(如图7中所示)。

参见图6或图7，正极支路201中设置有：电流采样装置211以及串联连接的正极熔丝212和主接触器(如图中所示的K1至Kn)。而且，该电流采样装置，可以是电流传感器(未进行图示)，或者，也可以是与正极熔丝212及主接触器串联连接的分流器(如图6或图7中所示)。负极支路202中设置有：串联连接的负极熔丝221和主接触器(如图6中所示的Km1至Kmn，或者，图7中所示的Km)。

实际应用中，参见图6或图7，至少一个正极支路201中还包括：缓起接触器Ks及缓起电阻Rs；两者串联连接后，与相应主接触器(如图中所示的K1)并联连接，能够在启机时实现对于母线电容C的缓起充电。图6和图7仅以一个正极支路201中包括该缓起接触器Ks及缓起电阻Rs为例进行展示，但并不排除其他正极支路201中也设置有相应缓起接触器Ks及缓起电阻Rs的情况，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

参见图7，该储能变流器中还可以进一步包括：负荷开关231；其中，各正极支路201并联连接后，通过该负荷开关231中的正极开关，连接逆变电路10的直流侧正极；该负荷开关231中的负极开关，设置于各电池簇共用的负极支路202中。对于图6所示的结构，各支路可以分别配备相应的负荷开关231(如图中所示)，也可以并联后再共用同一负荷开关(未进行图示)，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

需要说明的是，图1仅以n＝2为例进行展示，实际应用中，n的取值并不仅限于此，也可以是其他数值，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

另外，该储能变流器中，还可以进一步包括：设置于各支路20与逆变电路10的直流侧之间的DC/DC变换电路30，如图8(以在图7的基础上为例进行展示)中所示。更进一步的，参见图8，该DC/DC变换电路30的数量可以为多个，且各DC/DC变换电路30均连接于该逆变电路10的直流侧与其相应各支路20之间。

对于该储能变流器的结构设置，还可以采用现有技术中的其他形式，只要其控制器能够执行上述关机控制方法，即在本申请的保护范围内，此处不再进行赘述。

本申请另一实施例还提供了一种储能系统，如图5至图8中所示，其具体包括：至少两个电池簇RACK1至RACKn(图1以n＝2为例进行展示)，以及，如上述任一实施例所述的储能变流器；该储能变流器的电池侧连接各电池簇，该储能变流器的结构设置，以及其内部控制器所执行的关机控制方法，均参见上述实施例即可，此处不再一一赘述。

该储能系统中的储能变流器，通过执行该关机控制方法，可以在不同电池簇之间环流较大时，延迟关机，通过内部环流降低压差从而被动降低环流，当环流降低到该分断保护阈值以内时，再执行关机指令；由此，可以避免主接触器在环流过大的情况下带载分断而导致的对于主接触器寿命的影响以及拉弧风险的产生。

本说明书中的各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (16)

1.一种储能变流器的关机控制方法，其特征在于，所述储能变流器的电池侧包括至少两个支路，分别连接相应的电池簇；所述关机控制方法包括：

接收关机指令；

判断各支路中是否存在环流超过主接触器的分断保护阈值；

若至少一个支路中存在环流超过所述分断保护阈值，则延时预设时长后，返回判断各支路中是否存在环流超过主接触器的分断保护阈值的步骤；

若各支路中均不存在环流超过所述分断保护阈值，则执行所述关机指令。

2.根据权利要求1所述的储能变流器的关机控制方法，其特征在于，判断各支路中是否存在环流超过主接触器的分断保护阈值，包括：

判断各支路中是否存在环流；

若至少两个支路中存在环流，则判断相应支路中环流的绝对值是否大于所述分断保护阈值；

若至少一个支路中环流的绝对值大于所述分断保护阈值，则判定相应支路中存在环流超过所述分断保护阈值。

3.根据权利要求2所述的储能变流器的关机控制方法，其特征在于，判断各支路中是否存在环流，包括：

判断各支路中是否存在方向相反且总和为零的电流；

若至少两个支路中存在方向相反且总和为零的电流，则判定相应支路中存在环流。

4.根据权利要求2所述的储能变流器的关机控制方法，其特征在于，在判断各支路中是否存在环流之后，还包括：

若各支路中均不存在环流，则执行所述关机指令。

5.根据权利要求1至4任一项所述的储能变流器的关机控制方法，其特征在于，在接收关机指令之后，还包括：

确定所述关机指令的种类；

若所述关机指令为常规关机指令，则执行判断各支路中是否存在环流超过主接触器的分断保护阈值的步骤。

6.根据权利要求5所述的储能变流器的关机控制方法，其特征在于，在确定所述关机指令的种类之后，还包括：

若所述关机指令为紧急关机指令，则执行所述关机指令。

7.一种储能变流器，其特征在于，包括：控制器、逆变电路及至少两个支路；其中，

各支路的一侧作为所述储能变流器的电池侧，分别用于连接相应的电池簇；

各支路的另一侧并联连接至所述逆变电路的直流侧，所述逆变电路的直流侧正负极之间连接有母线电容；

所述逆变电路的交流侧作为所述储能变流器的外部动力连接侧；

所述逆变电路受控于所述控制器，所述控制器用于执行如权利要求1至6任一项所述的储能变流器的关机控制方法。

8.根据权利要求7所述的储能变流器，其特征在于，支路包括：正极支路和负极支路；

各正极支路的一侧分别用于连接相应的电池簇正极，各正极支路的另一侧并联连接至所述逆变电路的直流侧正极；

各负极支路的一侧分别用于连接相应的电池簇负极，各负极支路的另一侧并联连接至所述逆变电路的直流侧负极；或者，各负极支路为各电池簇共用的同一个负极支路，其一侧分别连接各电池簇负极，其另一侧连接所述逆变电路的直流侧负极。

9.根据权利要求8所述的储能变流器，其特征在于，正极支路中设置有：电流采样装置以及串联连接的正极熔丝和主接触器。

10.根据权利要求9所述的储能变流器，其特征在于，所述电流采样装置为：电流传感器，或者，与所述正极熔丝及所述主接触器串联连接的分流器。

11.根据权利要求8所述的储能变流器，其特征在于，负极支路中设置有：串联连接的负极熔丝和主接触器。

12.根据权利要求8至11任一项所述的储能变流器，其特征在于，至少一个正极支路中还包括：缓起接触器及缓起电阻；两者串联连接后，与主接触器并联连接。

13.根据权利要求8至11任一项所述的储能变流器，其特征在于，还包括：负荷开关；

各正极支路并联连接后，通过所述负荷开关中的正极开关，连接所述逆变电路的直流侧正极；

所述负荷开关中的负极开关，设置于各电池簇共用的负极支路中。

14.根据权利要求7至11任一项所述的储能变流器，其特征在于，还包括：设置于各支路与所述逆变电路的直流侧之间的DC/DC变换电路。

15.根据权利要求14所述的储能变流器，其特征在于，还包括：另外至少一个DC/DC变换电路及其所接的各支路。

16.一种储能系统，其特征在于，包括：至少两个电池簇，以及，如权利要求7至15任一项所述的储能变流器；

所述储能变流器的电池侧连接各电池簇。