一种供电接入装置及其充放电控制方法 |
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| 申请号 | CN201610343620.4 | 申请日 | 2016-05-20 | 公开(公告)号 | CN106026202A | 公开(公告)日 | 2016-10-12 |
| 申请人 | 上海电气分布式能源科技有限公司; | 发明人 | 刘家乐; 徐俊; 朱长东; 何海斌; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种供电接入装置，用于接入发电单元与储能单元并向负载供电，供电接入装置包括 整流器 、直流变换器、卸荷器、逆变器与 控制器 ，整流器用于发电单元输入的整流，直流变换器用于对储能单元输入、发电单元输入或整流后的发电单元输入升压，卸荷器用于释放多余 能量 ，逆变器用于将直流转换为交流，供电接入装置还包括充放电控制装置，用于控制储能单元放电或者充电,控制器控制充放电控制装置。本发明还提供一种供电接入装置的充放电控制方法。本发明提供的供电接入装置，通过改变储能单元的连接方式，减少了储能单元的充放电次数，从而延长储能单元的使用时间，降低由供电接入装置构成的微 电网 系统的运行成本，保证微电网系统稳定可靠地供电。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种供电接入装置，用于接入发电单元与储能单元并向负载供电，所述供电接入装置包括整流器、直流变换器、卸荷器、逆变器与控制器，所述整流器用于发电单元输入的整流，所述直流变换器用于对储能单元输入、发电单元输入或整流后的发电单元输入升压，所述卸荷器用于释放多余能量，所述逆变器用于将直流转换为交流，其特征在于，供电接入装置还包括充放电控制装置，用于控制所述储能单元放电或者充电，所述控制器控制所述充放电控制装置。 |
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| 说明书全文 | 一种供电接入装置及其充放电控制方法技术领域[0001] 本发明涉及电气控制领域，具体涉及一种供电接入装置及其充放电控制方法。 背景技术[0003] 在典型的智能微电网系统，为了安全、高效地接入且充分利用分布式能源，包括整流器、逆变器、直流变换器、卸荷器以及储能单元，如图1所示，风机和光伏组件产生的电能向储能单元充电，由储能单元放电向直流或交流负载供电。 [0004] 采用这样的结构，在微电网供电过程中，储能单元在不停地充电、放电，而储能单元的充放电次数都是有限的，经过一段时间的使用，储能单元就会报废，必须更换，使得微电网系统的运行成本较高。 发明内容[0005] 鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种供电接入装置，通过改变储能单元的连接方式，减少了储能单元的充放电次数，从而延长储能单元的使用时间，降低由供电接入装置构成的微电网系统的运行成本，保证微电网系统稳定可靠地供电。 [0006] 本发明提供一种供电接入装置，用于接入发电单元与储能单元并向负载供电，供电接入装置包括整流器、直流变换器、卸荷器、逆变器与控制器，整流器用于发电单元输入的整流，直流变换器用于对储能单元输入、发电单元输入或整流后的发电单元输入升压，卸荷器用于释放多余能量，逆变器用于将直流转换为交流，供电接入装置还包括充放电控制装置，用于控制储能单元放电或者充电，控制器控制充放电控制装置。 [0007] 进一步地，充放电控制装置设置于储能单元与高压母线之间。 [0009] 进一步地，储能单元的正极通过BOOST升压电路的电感与充放电控制装置连接，再通过充放电控制装置连接到高压母线上。 [0010] 进一步地，充放电控制装置包括并联的单向通道与可控通道，其中可控通道断开时，储能单元通过单向通道放电，可控通道导通时，储能单元通过可控通道充电。 [0012] 进一步地，供电接入装置包括一组或多组储能单元接入端。 [0013] 进一步地，供电接入装置包括多组储能单元接入端，用于接入充放电特性相同或不同的储能单元。 [0014] 进一步地，储能单元接入端接入充放电特性不同的储能单元，控制器以不同的优先级或不同的频率对储能单元放电。 [0015] 进一步地，控制器具有电池管理功能。 [0016] 本发明还提供一种上述供电接入装置的充放电控制方法，包括以下步骤： [0017] (a)发电单元发出的电的功率大于负载功率与第一系数的乘积时，如果储能单元未充满，控制向储能单元充电；如果储能单元已充满，切出储能单元，启动卸荷器； [0018] (b)发电单元发出的电的功率小于负载功率与第二系数的乘积时，控制储能单元放电，储能单元与发电单元一起向负载供电； [0019] (c)发电单元发出的电的功率大于或等于负载功率与第二系数的乘积且小于或等于负载功率与第一系数的乘积时，切出储能单元。 [0020] 进一步地，第一系数大于或等于所述第二系数。 [0021] 与现有技术相比，本发明提供的供电接入装置及其充放电控制方法，具有以下有益效果：通过改变储能单元的连接方式，减少了储能单元的充放电次数，从而延长储能单元的使用时间，降低由供电接入装置构成的微电网系统的运行成本，保证微电网系统稳定可靠地供电。附图说明 [0022] 图1是现有技术中的供电接入装置的结构示意图； [0023] 图2是本发明的一个实施例的供电接入装置的结构示意图； [0024] 图3是双向BUCK-BOOST电路与充放电控制装置的电路图； [0025] 图4是BOOST升压电路与充放电控制装置的一种电路图； [0026] 图5是BOOST升压电路与充放电控制装置的另一种电路图； [0027] 图6是本发明的又一个实施例的供电接入装置的结构示意图。 具体实施方式[0028] 如图2所示，本发明的一个实施例的供电接入装置，用于接入发电单元与储能单元并向负载供电，供电接入装置包括整流器、直流变换器、卸荷器、逆变器与控制器，整流器用于发电单元输入的整流，直流变换器用于对储能单元输入、发电单元输入或整流后的发电单元输入升压，卸荷器用于释放多余能量，逆变器用于将直流转换为交流，供电接入装置还包括充放电控制装置，用于控制储能单元放电或者充电，控制器控制充放电控制装置。 [0029] 发电单元可以为直流发电装置和/或交流发电装置。 [0030] 发电单元可以是一个，也可以是多个。 [0031] 本实施例中发电单元两个，发电单元包括直流发电装置和交流发电装置，其中直流发电装置为光伏组件，交流发电装置为风机，当然交流发电装置也可以为柴油发电机，当然也可以只包括风机，或者只包括光伏，本发明对此不作限制。 [0032] 本实施例中，储能单元为铅酸电池。储能单元也可以是铅酸电池、锂电池、液流电池或钠硫电池等电池，本发明对此不作限制。 [0033] 供电接入装置还包括控制器，用于控制直流变换器、卸荷器、逆变器与充放电控制装置。 [0034] 充放电控制装置设置于储能单元与高压母线之间。 [0035] 本实施例中，一种电路如图3所示，直流变换器为双向BUCK-BOOST电路，储能单元的正极通过第二可控开关Q2与单向导通的二极管D2并联电路，连接到双向BUCK-BOOST电路的电感L的第一端，电感L的另一端接地；包括第一可控开关Q1与单向导通的二极管D1的充放电控制装置，连接在电感L的第一端与高压母线之间。 [0036] 充放电控制装置包括并联的单向通道与可控通道，其中可控通道断开时，储能单元通过单向通道放电，即向负载输出功率；可控通道导通时，储能单元通过可控通道充电。 [0037] 具体地，可控通道设置有第一可控开关Q1，单向通道设置有用于单向导通的二极管D1，控制器通过控制端A控制第一可控开关Q1的断开与导通。 [0038] 本实施例中的供电接入装置的充放电控制方法，包括以下步骤： [0039] (a)发电单元发出的电的功率大于负载功率与第一系数的乘积时，如果储能单元未充满，控制向储能单元充电；如果储能单元已充满，切出储能单元，启动卸荷器； [0040] (b)发电单元发出的电的功率小于负载功率与第二系数的乘积时，控制储能单元放电，储能单元与发电单元一起向负载供电； [0041] (c)发电单元发出的电的功率大于或等于负载功率与第二系数的乘积且小于或等于负载功率与第一系数的乘积时，切出储能单元。 [0042] 第二可控开关Q2用于控制是否接入储能单元，具体控制流程如下： [0043] (1) 时，如果储能单元已充满，切出储能单元，并启动卸荷器，释放多余的功率；如果储能单元未充满，对储能单元充电； [0044] 具体地，如果储能单元已充满，控制器关闭第一可控开关Q1的控制端A的PWM信号，同时关闭第二可控开关Q2的控制端B的PWM，第一可控开关Q1与第二可控开关Q2均处于断开状态，切出储能单元，避免储能单元过度充电，以延长储能单元的使用寿命； [0045] 如果储能单元未充满，控制器打开第一可控开关Q1的控制端A的PWM信号，同时关闭第二可控开关Q2的控制端B的PWM，第一可控开关Q1处于接通状态，而第二可控开关Q2处于断开状态，发电单元发出的电输入到高压母线，由高压母线向储能单元充电； [0046] (2) 时，将储能单元切出，仅发电单元向负载供电，以达到功率平衡，减少对储能单元的充放电的次数，从而延长储能单元的使用寿命； [0047] 具体地，控制器关闭第一可控开关Q1的控制端A的PWM信号，同时关闭第二可控开关Q2的控制端B的PWM，第一可控开关Q1与第二可控开关Q2均处于断开状态，切出储能单元； [0048] (3)PIN＜φ2POUT时，将储能单元切入，储能单元放电，与发电单元一起向负载供电，以达到功率平衡； [0049] 具体地，控制器关闭第一可控开关Q1的控制端A的PWM信号，同时打开第二可控开关Q2的控制端B的PWM，第一可控开关Q1处于断开状态，而第二可控开关Q2处于接通状态，切入储能单元； [0050] 其中，PIN为发电单元发电的功率总和，POUT为输出功率。φ1为第一系数、φ2为第二系数，可以相同，也可以不同。 [0051] φ1与φ2相同时，例如φ1＝1，φ2＝1，此时PIN小于POUT时，储能单元放电，与发电单元一起向负载供电；PIN等于POUT时，切出储能单元；PIN大于POUT时，如果储能单元已充满，切出储能单元，避免储能单元过度充电，延长储能单元的使用寿命，如果储能单元未充满，使用多余的功率向储能单元充电。 [0052] 为了避免PIN等于POUT附近频繁切换，也就是稍小于POUT，储能单元放电，稍大于POUT又切出储能单元或向储能单元充电，可以使用不同的φ1与φ2，φ1大于φ2例如φ1＝1.05，φ2＝1，此时PIN小于POUT时，储能单元放电，与发电单元一起向负载供电；PIN大于POUT的1.05倍时，根据储能单元是否充满，进行相应的操作；而PIN处于POUT与POUT的1.05倍之间，切出储能单元，也就是发电单元发出的电的功率与负载功率平衡。 [0053] 在另一个实施例中，采用如图4所示的电路，直流变换器为BOOST升压电路，储能单元的正极通过BOOST升压电路的电感L与充放电控制装置连接，再通过充放电控制装置连接到高压母线上。具体地，第一可控开关Q1与单向导通的二极管D1并联后，连接在电感L与高压母线之间。 [0054] 第一可控开关Q1可以采用IGBT、MOS管，如果IGBT、MOS管本身自带单向导通二极管，此时无需单独设置单向导通二极管；但如果电流较大时，也可单独设置单向导通二极管。 [0055] 在另一个实施例中，采用如图5所示的电路，直流变换器为BOOST升压电路，第一可控开关Q1可以采用双向晶闸管。 [0056] 本实施例中，供电接入装置包括一组储能单元接入端，在另一个实施例中，如图6所示，供电接入装置包括两组储能单元接入端，能够接入两组储能单元：电池1与电池2，电池1与电池2分别通过充放电控制装置控制充电与放电，当负载与发电单元发出的电的功率相差较大时，可以同时使用两组电池放电输出功率，以保证供电系统稳定供电；或者一组电池充电时，使用另一组电池放电输出功率。 [0057] 当然供电接入装置也可以包括一组储能单元接入端，本发明对此不作限制。 [0058] 使用本实施例中的供电接入装置，多组储能单元接入端可以接入充放电特性相同或不同的储能单元，例如都接入铅酸电池；也可以分别接入铅酸电池和锂电池，其中锂电池更适合于频繁充放电，因此在供电过程中，优先使用锂电池；或者以不同的频率对铅酸电池与锂电池放电。 [0059] 电池管理系统(BMS)主要是为了能够提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。 [0060] 本实施例中，控制器实现以下BMS的功能： [0061] (1)估测储能单元的荷电状态(State of Charge，即SOC)，即储能单元的剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内，从而防止由于过充电或过放电对储能单元的造成损伤； [0063] 控制器实现BMS功能，可有效的节约电池使用寿命3％，从而降低整体设备的成本。 |
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