CN213547389U - 一种用于抑制电网能量倒灌的储能变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于变流器技术领域，提供了一种用于抑制电网能量倒灌的储能变流器，包括：与电网端连接的电流变换器；连接在电源直流端正极和电流变换器之间的限流装置；与限流装置并联的双向开关；以及分别与限流装置、双向开关、以及电流变换器或电网端连接的控制电路；控制电路包括控制单元、与控制单元连接的电流检测单元或第一电压检测单元或第二电压检测单元、以及分别与控制单元和双向开关连接的驱动单元；电流检测单元还与电源直流端连接，第一电压检测单元分别与电流变换器和双向开关连接，第二电压检测单元分别与电流变换器和电网端连接。本实用新型能够提高储能变流器的安全性以及降低储能变流器的成本。

Description

一种用于抑制电网能量倒灌的储能变流器

技术领域

本实用新型属于变流器技术领域，尤其涉及一种用于抑制电网能量倒灌的储能变流器。

背景技术

现有的储能变流器一般采用单级式拓扑直流侧直接挂接储能电池，交流侧直接挂接于电网。从电网端口往电池端口看，该拓扑等效为三相不控整流。当电网电压的峰值大于电池电压时，倒灌电流会通过逆变桥臂的二极管流入储能电池内部，如图1虚线所示。该倒灌电流流经通道上的电流大小不受控。因此，很容易造成储能变流器和储能电池内部器件的损坏，导致故障扩大化。同时，在常规方案中一般采用被动保护，即在直流侧串联熔断器进行过流保护，如图2所示。但保险与桥臂反并二极管之间存在配合问题，不同厂家的熔丝或者二极管特性存在差异，匹配难度大，很容易出现熔断器未动作而桥臂二极管损坏的情况。另外，电网过压发生频次较高，若每次都通过熔丝来保护，系统成本偏高。可见，现有技术中的变流器存在安全性低、成本高的问题。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种用于抑制电网能量倒灌的储能变流器，旨在解决现有技术中的存在安全性低、成本高的问题。

本实用新型实施例提供一种用于抑制电网能量倒灌的储能变流器，所述用于抑制电网能量倒灌的储能变流器包括：与电网端连接的电流变换器；连接在电源直流端正极和所述电流变换器之间的限流装置；与所述限流装置并联的双向开关；以及分别与所述限流装置、双向开关、以及电流变换器或电网端连接的控制电路；所述控制电路包括控制单元、与所述控制单元连接的电流检测单元或第一电压检测单元或第二电压检测单元、以及分别与所述控制单元和双向开关连接的驱动单元；所述电流检测单元还与所述电源直流端连接，所述第一电压检测单元分别与所述电流变换器和所述双向开关连接，所述第二电压检测单元分别与所述电流变换器和所述电网端连接。

更进一步地，所述限流装置包括限流电阻或限流电感。

更进一步地，所述双向开关包括电子式开关或者机械式开关。

更进一步地，所述机械式开关包括继电器、或接触器或断路器。

更进一步地，所述电子式开关包括反向串联的绝缘栅双极型晶体管、或反向并联的逆阻型的绝缘栅双极型晶体管、或反向串联的金属-氧化层半导体场效晶体管。

更进一步地，所述电流变换器包括：

分别与所述限流装置、双向开关、电源直流端、以及电流检测单元或所述第一电压检测单元或第二电压检测单元连接的U相电路；

分别与所述限流装置、双向开关、电源直流端、以及电流检测单元或所述第一电压检测单元或第二电压检测单元连接的V相电路；

以及分别与所述限流装置、双向开关、电源直流端、以及电流检测单元或所述第一电压检测单元或第二电压检测单元连接的W相电路。

更进一步地，所述U相电路包括第一开关管、与所述第一开关管反向并联的第一二极管、第二开关管、以及与所述第二开关管反向并联的第二二极管，所述第一开关管的第一端分别与所述限流装置、双向开关、以及所述电流检测单元或所述第一电压检测单元或第二电压检测单元连接，所述第一开关管的第二端分别与所述电网端以及所述第二开关管的第一端连接，所述第二开关管的第二端分别与电源直流端负极连接。

更进一步地，所述V相电路包括第三开关管、与所述第三开关管反向并联的第三二极管、第四开关管以及与所述第四开关管反向并联的第四二极管，所述第三开关管的第一端分别与所述限流装置、双向开关、以及所述电流检测单元或所述第一电压检测单元或第二电压检测单元连接，所述第三开关管的第二端分别与所述电网端以及所述第四开关管的第一端连接，所述第四开关管的第二端分别与所述第二开关管的第二端和电源直流端负极连接。

更进一步地，所述W相电路包括第五开关管、与所述第五开关管反向并联的第五二极管、第六开关管以及与所述第六开关管反向并联的第六二极管，所述第五开关管的第一端分别与所述限流装置、双向开关、以及所述电流检测单元或所述第一电压检测单元或第二电压检测单元连接，所述第五开关管的第二端分别与所述电网端以及所述第六开关管的第一端连接，所述第六开关管的第二端分别与第四开关管的第二端、第二开关管的第二端和电源直流端负极连接。

更进一步地，所述用于抑制电网能量倒灌的储能变流器还包括：分别与所述电流变换器和电网端连接的交流滤波器。

本实用新型所达到的有益效果：通过在原有电路以及相关拓扑的基础上，在电源直流端增加限流装置、双向开关和对应的控制电路。当储能逆变器正常工作时，限流装置两端被双向开关短路，由于双向开关导通阻抗远低于限流装置，正常充放电的电流仅流经双向开关。当控制电路中的电流检测单元检测到的直流电流、或控制电路中的第一电压检测单元检测到的直流电压、或控制电路中的第二电压检测单元检测到的电网电压任一值大于预设值，可通过控制单元快速控制驱动单元驱动断开双向开关、投入限流装置，使限流装置抑制直流电流大小。当直流电流、直流电压和电网电压均恢复正常值之后，控制单元控制驱动单元进行驱动闭合双向开关，切除限流装置，储能变流器转入正常工作模式。通过限流装置、双向开关、及控制电路的配合能够很有效地抑制电网端的倒灌电流，避免储能变流器和储能电池内部器件损坏，而导致的故障扩大化，同时，避免实用熔断器或熔丝所带来的弊端，进而实现保护储能变流器的作用。从而可以提高储能变流器的安全性以及降低储能变流器的硬件成本。

附图说明

图1是现有技术提供的一种储能变流器的电路结构示意图；

图2是现有技术提供的另一种储能变流器的电路结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种用于抑制电网能量倒灌的储能变流器的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种控制电路的结构示意图；

图5是本实用新型实施例中电子式开关提供的几种结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的一种用于抑制电网能量倒灌的储能变流器的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型通过在原有电路以及相关拓扑的基础上，在电源直流端增加限流装置、双向开关和对应的控制电路。当储能逆变器正常工作时，限流装置两端被双向开关短路，由于双向开关导通阻抗远低于限流装置，正常充放电的电流仅流经双向开关。当控制电路中的电流检测单元检测到的直流电流、或控制电路中的第一电压检测单元检测到的直流电压、或控制电路中的第二电压检测单元检测到的电网电压任一值大于预设值，可通过控制单元快速控制驱动单元驱动断开双向开关、投入限流装置，使限流装置抑制直流电流大小。当直流电流、直流电压和电网电压均恢复正常值之后，控制单元控制驱动单元进行驱动闭合双向开关，切除限流装置，储能变流器转入正常工作模式。通过限流装置、双向开关、及控制电路的配合能够很有效地抑制电网端的倒灌电流，避免储能变流器和储能电池内部器件损坏，而导致的故障扩大化，同时，避免实用熔断器或熔丝所带来的弊端，进而实现保护储能变流器的作用。从而可以提高储能变流器的安全性以及降低储能变流器的硬件成本。

实施例一

如图3所示，图3是本实用新型实施例提供的一种用于抑制电网能量倒灌的储能变流器的结构示意图；该用于抑制电网能量倒灌的储能变流器包括与电网端7连接的电流变换器5；连接在电源直流端正极BAT+和所述电流变换器5之间的限流装置4；与所述限流装置4并联的双向开关2；以及分别与所述限流装置4、双向开关2、以及电流变换器5或电网端7连接的控制电路3；如图4所示，所述控制电路3包括控制单元8、与所述控制单元8连接的电流检测单元9或第一电压检测单元10或第二电压检测单元11、以及分别与所述控制单元8和双向开关2连接的驱动单元12；所述电流检测单元9还与所述电源直流端1连接，所述第一电压检测单元10分别与所述电流变换器5和所述双向开关2连接，所述第二电压检测单元11分别与所述电流变换器5和所述电网端7连接。

具体的，上述电网端7直接与电网连接或者直接与电网负载连接。电网端7的电流是交流电流，此时，电网端7也可以称为交流端。

上述电流变换器5用于进行电流转换的器件，比如DC/AC变换器、或者AC/DC变换器等。当然了，电流变换器5的连接方向可以跟电流变换器5的具体类型相关。

上述电源直流端1与储能电池连接，其中，电源直流端1包括电源直流端正极BAT+以及电源直流端负极BAT-。上述电源直流端1的电流为直流电流。

上述限流装置4用于抑制电源直流端1的直流电流大小，能偶有效抑制电网端7的倒灌电流，避免电源直流端1连接的储能电池以及本储能变流器的内部器件损坏，导致的故障扩大化。

可选的，该限流装置4的类型可以是限流电阻或限流电感。当然了，该限流装置4还可以是其他能够限制电流的器件或者拓扑。

上述双向开关2用于短路限流装置4的。在正常工作时，双向开关2闭合工作，而限流装置4被短路不工作。当异常工作时，双向开关2断开，此时限流装置4导通正常工作，并连通电源直流端1与电流逆变器，以限制电源直流端1的电流大小。

可选的，上述双向开关2的类型可以是电子式开关或者机械式开关。在保护实时性要求较高的场合可以使用电子开关。而实时性要求不高的场合可以采用机械式开关等。机械式开关包括继电器、或接触器或断路器。如图5所示，电子式开关可以是图5中的A)反向串联的绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)；或图5中的B)反向并联的逆阻型的绝缘栅双极型晶体管；或图5中的C)反向串联的金属-氧化层半导体场效晶体管(Mosfet，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)。

应当理解的是，上述限流装置4和上述双向开关2不仅可以安装在电源直流端1一侧，还可以安装于电网端7倒灌电流流经通路中的任意位置。只要通过检测回路中电流或者电压来控制双向开关2和限流装置4投切的方法均在本实用新型的保护范围。

在本实用新型一实施方式中，该储能变流器还包括一电容C1，该电容C1一端设置与电流变换器5与双向开关2和限流装置4之间的连接线上，该电容C1的另一端连接电流变换器5与电源直流端负极BAT-之间的连接线上。

上述电流检测单元9用于检测流经电源直流端1的电流，并将检测到的电流传输给控制单元8。

上述第一电压检测单元10用于检测电源直流端1的电压，并将检测到的电压传输给控制单元8。

上述第二电压检测单元11用于检测电网端7的电压大小，并将检测到的电压大小传输给控制单元8。

上述控制单元8用于接收电流检测单元9传输的电流、以及第一电压检测单元10和第二电压检测单元11检测到的电压。对接收到的电流、电压进行处理，并与预设值进行比较判断，这样可以通过控制单元8来判断电源直流端1的电流、电源直流端1的电压、电网端7的电压是否异常。其中，预设值包括预设电流值、第一预设电压值以及第二预设电压值。当控制单元8判断出电源直流端1的电流大于预设电流值、判断电源直流端1的电压大于第一预设电压值、以及判断电网端7的电压大于第二预设电压值时，说明电源直流端1的电流大小异常，电源直流端1的电压大小异常，电网端7的电压大小异常，反之，则正常。控制单元8根据电源直流端1的电流、电源直流端1的电压、或电网端7的电压中任意一个的判断情况，来控制驱动单元12驱动双向开关2工作。

需要说明的是，电源直流端1的电流可以称为直流电流，电源直流端1的电压可以称为直流电压，电网端7的电压可以称为电网电压。

具体的，通过在原有电路以及相关拓扑的基础上，在电源直流端1增加限流装置4、双向开关2和对应的控制电路3。当储能逆变器正常工作时，限流装置4两端被双向开关2短路，由于双向开关2导通阻抗远低于限流装置4，正常充放电的电流仅流经双向开关2。当控制电路3中的电流检测单元9检测到的直流电流、或控制电路3中的第一电压检测单元10检测到的直流电压、或控制电路3中的第二电压检测单元11检测到的电网电压任一值大于预设值，可通过控制单元8快速控制驱动单元12驱动断开双向开关2、投入限流装置4，使限流装置4抑制直流电流大小。当直流电流、直流电压和电网电压均恢复正常值之后，控制单元8控制驱动单元12进行驱动闭合双向开关2，切除限流装置4，储能变流器转入正常工作模式。

在本实用新型实施例中，通过限流装置4、双向开关2、及控制电路3的配合能够很有效地抑制电网端7的倒灌电流，避免储能变流器和储能电池内部器件损坏，而导致的故障扩大化，同时，避免实用熔断器或熔丝所带来的弊端，进而实现保护储能变流器的作用。从而可以提高储能变流器的安全性以及降低储能变流器的硬件成本。

实施例二

如图6所示，电流变换器5包括：分别与所述限流装置4、双向开关2、电源直流端1、电流检测单元9或所述第一电压检测单元10或第二电压检测单元11、以及电网端7连接的U相电路。分别与所述限流装置4、双向开关2、电源直流端1、电流检测单元9或所述第一电压检测单元10或第二电压检测单元11、以及电网端7连接的V相电路。以及分别与所述限流装置4、双向开关2、电源直流端1、电流检测单元9或所述第一电压检测单元10或第二电压检测单元11、以及电网端7连接的W相电路。

其中，电网端7包括与U相电路连接的U端口、与V相电路连接的V端口、以及与W相电路连接的W端口。

在本实用新型一实施方式中，所述U相电路包括第一开关管Q1、与所述第一开关管Q1反向并联的第一二极管、第二开关管Q2、以及与所述第二开关管Q2反向并联的第二二极管，所述第一开关管Q1的第一端分别与所述限流装置4、双向开关2、以及所述电流检测单元9或所述第一电压检测单元10或第二电压检测单元11连接，所述第一开关管Q1的第二端分别与所述电网端7以及所述第二开关管Q2的第一端连接，所述第二开关管Q2的第二端分别与电源直流端负极BAT-连接。

其中，第一开关管Q1、第二开关管Q2可以分别为第一MOS管、第二MOS管；此时，第一开关管Q1的第一端、第二开关管Q2的第一端可以是指第一MOS管的漏极(D极)、第二MOS管的漏极(D极)。第一开关管Q1的第二端、第二开关管Q2的第二端可以是指第一MOS管的源极(S极)、第二MOS管的源极(S极)。

当然了，第一开关管Q1、第二开关管Q2还可以分别为第一三极管、第二三极管。此时，第一开关管Q1的第一端、第二开关管Q2的第一端可以是指第一三极管的集电极(C极)、第二三极管的集电极(C极)。第一开关管Q1的第二端、第二开关管Q2的第二端可以是指第一三极管的发射极(E极)、第二三极管的发射极(E极)。

在本实用新型一实施方式中，所述V相电路包括第三开关管Q3、与所述第三开关管Q3反向并联的第三二极管、第四开关管Q4以及与所述第四开关管Q4反向并联的第四二极管，所述第三开关管Q3的第一端分别与所述限流装置4、双向开关2、以及所述电流检测单元9或所述第一电压检测单元10或第二电压检测单元11连接，所述第三开关管Q3的第二端分别与所述电网端7以及所述第四开关管Q4的第一端连接，所述第四开关管Q4的第二端分别与所述第二开关管Q2的第二端和电源直流端负极BAT-连接。

其中，第三开关管Q3、第四开关管Q4可以分别为第三MOS管、第四MOS管；此时，第三开关管Q3的第一端、第四开关管Q4的第一端可以是指第三MOS管的漏极(D极)、第四MOS管的漏极(D极)。第三开关管Q3的第二端、第四开关管Q4的第二端可以是指第三MOS管的源极(S极)、第四MOS管的源极(S极)。

当然了，第三开关管Q3、第四开关管Q4还可以分别为第三三极管、第四三极管。此时，第三开关管Q3的第一端、第四开关管Q4的第一端可以是指第三三极管的集电极(C极)、第四三极管的集电极(C极)。第三开关管Q3的第二端、第四开关管Q4的第二端可以是指第三三极管的发射极(E极)、第四三极管的发射极(E极)。

在本实用新型一实施方式中，所述W相电路包括第五开关管Q5、与所述第五开关管Q5反向并联的第五二极管、第六开关管Q6以及与所述第六开关管Q6反向并联的第六二极管，所述第五开关管Q5的第一端分别与所述限流装置4、双向开关2、以及所述电流检测单元9或所述第一电压检测单元10或第二电压检测单元11连接，所述第五开关管Q5的第二端分别与所述电网端7以及所述第六开关管Q6的第一端连接，所述第六开关管Q6的第二端分别与第四开关管Q4的第二端、第二开关管Q2的第二端和电源直流端负极BAT-连接。

其中，第五开关管Q5、第六开关管Q6可以分别为第五MOS管、第六MOS管；此时，第五开关管Q5的第一端、第六开关管Q6的第一端可以是指第五MOS管的漏极(D极)、第六MOS管的漏极(D极)。第五开关管Q5的第二端、第六开关管Q6的第二端可以是指第五MOS管的源极(S极)、第六MOS管的源极(S极)。

当然了，第五开关管Q5、第六开关管Q6还可以分别为第五三极管、第六三极管。此时，第五开关管Q5的第一端、第六开关管Q6的第一端可以是指第五三极管的集电极(C极)、第六三极管的集电极(C极)。第五开关管Q5的第二端、第六开关管Q6的第二端可以是指第五三极管的发射极(E极)、第六三极管的发射极(E极)。

在本实用新型实施例中，通过电流变换器5中的U相电路、V相电路以及W相电路对直流电源进行转换，并输出三相交流电给电网端7，进而使得电网端7提供给与之连接的电网或负载。这样在限流装置4、双向开关2与控制电路3进行配合的基础上，能够提供给电网端7一个稳定的交流电，并且在直流电转换为交流电过程中，有效地抑制电网端7的倒灌电流，避免储能变流器和储能电池内部器件损坏，导致的故障扩大化。进而可以提高储能变流器的安全性以及降低储能变流器的硬件成本。

实施例三

参见图6，该用于抑制电网能量倒灌的储能变流器还包括：分别与所述电流变换器5和电网端7连接的交流滤波器6。

其中，交流滤波器6包括：第一滤波电感L1、第一滤波电容C2、第二滤波电感L2、第二滤波电容C3、第三滤波电感L3、以及第三滤波电容C4。

具体的，第一滤波电感L1的一端连接在所述第一开关管Q1的第二端与第二开关管Q2的第一端之间的连接线上，第一滤波电感L1的另一端分别与电网端7的U端口和第一滤波电容C2的一端连接，第一滤波电容C2的另一端分别连接第二滤波电容C3和第三电容的一端。第二电容的另一端分别与电网端7的V端口和第二滤波电感L2的一端连接，第二滤波电感L2的另一端分别与第二开关管Q2的第二端和第三开关管Q3的第一端连接。第三滤波电容C4的另一端分别与电网端7的W端口和第三滤波电感L3的一端连接，第三滤波电感L3的另一端分别与第五开关管Q5的第二端和第六开关管Q6的第一端连接。

在本实用新型实施例中，在电流变换器5与电网端7之间设置有交流滤波器6，能够很好的对电网端7的交流电进行滤波，进而给电网端7的电网或负载提供一个稳定的交流电流。进一步提高储能变流器的输出稳定性。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于抑制电网能量倒灌的储能变流器，其特征在于，包括：

与电网端连接的电流变换器；

连接在电源直流端正极和所述电流变换器之间的限流装置；

与所述限流装置并联的双向开关；

以及分别与所述限流装置、双向开关、以及电流变换器或电网端连接的控制电路；

所述控制电路包括控制单元、与所述控制单元连接的电流检测单元或第一电压检测单元或第二电压检测单元、以及分别与所述控制单元和双向开关连接的驱动单元；

所述电流检测单元还与所述电源直流端连接，所述第一电压检测单元分别与所述电流变换器和所述双向开关连接，所述第二电压检测单元分别与所述电流变换器和所述电网端连接。

2.如权利要求1所述的用于抑制电网能量倒灌的储能变流器，其特征在于，所述限流装置包括限流电阻或限流电感。

3.如权利要求1所述的用于抑制电网能量倒灌的储能变流器，其特征在于，所述双向开关包括电子式开关或者机械式开关。

4.如权利要求3所述的用于抑制电网能量倒灌的储能变流器，其特征在于，所述机械式开关包括继电器、或接触器或断路器。

5.如权利要求3所述的用于抑制电网能量倒灌的储能变流器，其特征在于，所述电子式开关包括反向串联的绝缘栅双极型晶体管、或反向并联的逆阻型的绝缘栅双极型晶体管、或反向串联的金属-氧化层半导体场效晶体管。

6.如权利要求1所述的用于抑制电网能量倒灌的储能变流器，其特征在于，所述电流变换器包括：

分别与所述限流装置、双向开关、电源直流端、以及电流检测单元或所述第一电压检测单元或第二电压检测单元连接的U相电路；

分别与所述限流装置、双向开关、电源直流端、以及电流检测单元或所述第一电压检测单元或第二电压检测单元连接的V相电路；

以及分别与所述限流装置、双向开关、电源直流端、以及电流检测单元或所述第一电压检测单元或第二电压检测单元连接的W相电路。

7.如权利要求6所述的用于抑制电网能量倒灌的储能变流器，其特征在于，

所述U相电路包括第一开关管、与所述第一开关管反向并联的第一二极管、第二开关管、以及与所述第二开关管反向并联的第二二极管，所述第一开关管的第一端分别与所述限流装置、双向开关、以及所述电流检测单元或所述第一电压检测单元或第二电压检测单元连接，所述第一开关管的第二端分别与所述电网端以及所述第二开关管的第一端连接，所述第二开关管的第二端分别与电源直流端负极连接。

8.如权利要求7所述的用于抑制电网能量倒灌的储能变流器，其特征在于，

所述V相电路包括第三开关管、与所述第三开关管反向并联的第三二极管、第四开关管以及与所述第四开关管反向并联的第四二极管，所述第三开关管的第一端分别与所述限流装置、双向开关、以及所述电流检测单元或所述第一电压检测单元或第二电压检测单元连接，所述第三开关管的第二端分别与所述电网端以及所述第四开关管的第一端连接，所述第四开关管的第二端分别与所述第二开关管的第二端和电源直流端负极连接。

9.如权利要求8所述的用于抑制电网能量倒灌的储能变流器，其特征在于，

所述W相电路包括第五开关管、与所述第五开关管反向并联的第五二极管、第六开关管以及与所述第六开关管反向并联的第六二极管，所述第五开关管的第一端分别与所述限流装置、双向开关、以及所述电流检测单元或所述第一电压检测单元或第二电压检测单元连接，所述第五开关管的第二端分别与所述电网端以及所述第六开关管的第一端连接，所述第六开关管的第二端分别与第四开关管的第二端、第二开关管的第二端和电源直流端负极连接。

10.如权利要求1-9任一项所述的用于抑制电网能量倒灌的储能变流器，其特征在于，还包括：分别与所述电流变换器和电网端连接的交流滤波器。

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