一种具有容错功能的电池储能系统

技术领域

本申请涉及新能源发电技术领域，尤其是涉及一种具有容错功能的电池储能系统。

背景技术

储能系统具有对功率和能量的时间迁移能力，可以有效抑制风、光电源功率波动对电网调频和负荷跟踪的挑战，因此储能系统的可靠性非常重要。

储能系统在使用时都会利用到电力电子变换器，而电力电子器件被认为是电力电子变换器中相对薄弱的环节。当电力电子器件发生故障时，如果系统隔离不及时，会导致故障扩散，使整个系统崩溃。所以，实现系统容错是提高系统可靠性非常重要的一个方法。但是，现行的容错电路多数为系统的直接并联，可靠高，但成本也高。因此，如何设计一种可靠性高且成本低廉的容错系统是本领域技术人员有待解决的技术问题。

发明内容

本申请的其中一个目的在于提供一种能够降低成本且实现方式简单的具有容错功能的电池储能系统。

为达到上述的目的，本申请采用的技术方案为：一种具有容错功能的电池储能系统，包括依次连接的电池、DC/DC单元和三相DC/AC单元，还包括隔离模块，所述三相DC/AC单元适于通过所述隔离模块分别与所述电池以及电网进行连接；当所述三相DC/AC单元的某一相发生故障时，所述隔离模块适于将所述三相DC/AC单元的故障相输出进行断开，进而使所述三相DC/AC单元进行故障隔离的二相运行；当所述DC/DC单元发生故障时，所述隔离模块适于将所述三相DC/AC单元的其中一相输出断开作为隔离相，以使得所述三相DC/AC单元进行二相运行；所述隔离相适于通过所述隔离模块与所述电池直接进行连接，进而对故障的所述DC/DC单元进行隔离。

优选的，所述隔离模块包括开关单元和第一旁路单元；所述三相DC/AC单元的各相输出通过所述开关单元与所述电网进行连接；所述电池的正端与所述三相DC/AC单元的桥臂通过常开的所述第一旁路单元进行连接；当所述三相DC/AC单元的某一相发生开路故障时，所述开关单元适于将所述三相DC/AC单元的故障相与所述电网的连接断开，进而使所述三相DC/AC单元进行二相运行；当所述DC/DC单元发生开路故障时，所述开关单元适于将所述隔离相与所述电网的连接断开，进而通过所述第一旁路单元的闭合导通将所述电池的正端直接与所述隔离相进行连接。

优选的，当所述三相DC/AC单元的某一相发生开路故障时，所述三相DC/AC单元适于先进行驱动封锁，同时所述开关单元将所述三相DC/AC单元的故障相与所述电网的连接断开；在所述开关单元完成断开后，所述三相DC/AC单元适于将非故障相重启以进行二相运行；当所述DC/DC单元发生开路故障时，适于先所述三相DC/AC单元以及所述DC/DC单元均进行驱动封锁，同时通过所述开关单元将所述三相DC/AC单元的隔离相与所述电网断开连接；在所述开关单元完成断开后，所述三相DC/AC单元的非隔离相适于进行重启，同时将所述第一旁路单元导通。

优选的，所述隔离模块还包括一对第二旁路单元以及多个保险丝；所述三相DC/AC单元的正负端均通过所述第二旁路单元与所述电网进行连接；所述三相DC/AC单元的各相输出以及所述DC/DC单元的输入均连接有所述保险丝；当所述三相DC/AC单元的某一相发生短路故障时，所述三相DC/AC单元的故障相通过所述第二旁路单元形成熔断回路，进而将故障相输出对应的所述保险丝进行熔断；当所述DC/DC单元发生短路故障时，所述DC/DC单元适于通过所述第二旁路单元形成熔断回路，进而将所述DC/DC单元输入对应的所述保险丝进行熔断，同时将所述隔离相通过所述开关单元与所述电网断开连接。

优选的，当所述三相DC/AC单元的某一相发生短路故障时，先将所述三相DC/AC单元进行驱动封锁，以及将非故障相对应的所述开关单元断开；然后对故障相对应的所述保险丝进行熔断，并在完成熔断后重启所述三相DC/AC单元的非故障相；当所述DC/DC单元发生短路故障时，先将所述DC/DC单元以及所述三相DC/AC单元进行驱动封锁，以及将所述开关单元全部断开；然后对所述DC/DC单元对应的所述保险丝进行熔断，并在完成熔断后，将所述第一旁路单元闭合导通，以及将所述三相DC/AC单元的非隔离相对应的所述开关单元进行闭合。

优选的，设所述三相DC/AC单元进行二相运行时的给定电流分别为i

；

；

式中，ωt表示角频率ω与时间t的乘积，即相位。

优选的，所述第一旁路单元包括一个晶闸管，所述电池的正端适于通过所述晶闸管与所述三相DC/AC单元的任一相桥臂进行连接。

优选的，所述第一旁路单元包括三个晶闸管，所述电池的正端适于通过所述晶闸管分别与所述三相DC/AC单元的三相桥臂对应进行连接。

优选的，所述第二旁路单元处于常开状态，所述第二旁路单元包括晶闸管，所述三相DC/AC单元的正负端分别通过对应的所述晶闸管与所述电网进行连接。

优选的，所述第二旁路单元还包括限流电阻，所述限流电阻与所述晶闸管串联。

与现有技术相比，本申请的有益效果在于：

相比较传统储能系统的单一故障容错方法，本申请可以处理DC/DC单元和三相DC/AC单元的不同故障类型，进而可以有效的提高电池储能系统的容错程度。并且，相比较传统的并联容错方式，本申请只需通过隔离模块来实现不同器件的不同类型的故障隔离，实现方式简单，且成本低廉。

附图说明

图1为现有的一种电池储能系统的电路结构示意图。

图2为本发明的电池储能系统的实施例一的电路结构示意图。

图3为本发明图2所示实施例中DC/AC单元的器件S

图4为本发明图2所示实施例中DC/AC单元的器件S

图5为本发明图2所示实施例中DC/AC单元的器件S

图6为本发明图2所示实施例中DC/DC单元的器件S

图7为本发明图2所示实施例中DC/AC单元的器件S

图8为本发明的电池储能系统的实施例二的电路结构示意图。

图9为本发明的电池储能系统的实施例三的电路结构示意图。

图10为本发明的电池储能系统的实施例四的电路结构示意图。

图中：电池110、DC/DC单元120、三相DC/AC单元130、开关单元140、电网150、第一旁路单元210、第二旁路单元220。

具体实施方式

下面，结合具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

在本申请的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”、 “横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本申请的具体保护范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

如图1所示，为现有的一种电池储能系统的电路结构示意图；现有的电池储能系统主要包括依次连接的电池110、DC/DC单元120和三相DC/AC单元130；三相DC/AC单元130的输出端与电网150进行连接。电池储能系统的具体工作原理和工作过程为本领域技术人员的公知技术，故不在此进行详细的阐述。在整个电池储能系统中，DC/DC单元120和三相DC/AC单元130是最为重要的两个器件，也是比较容易发生故障的两种器件；因此，对电池储能系统的容错设置主要是针对DC/DC单元120和三相DC/AC单元130的故障而言的；并且，三相DC/AC单元130只有在其中的某一相发生故障时才能够在故障隔离后进行继续工作，多相发生故障将导致三相DC/AC单元130无法进行工作。因此，电池储能系统的故障隔离是建立在DC/DC单元120和三相DC/AC单元130的某一相发生故障的前提基础上的。

基于上述内容，本申请的其中一个优选实施例，如图2至图10所示，一种具有容错功能的电池储能系统，在现有的电池储能系统的基础上还包括隔离模块。三相DC/AC单元130可以通过隔离模块分别与电池110以及电网150进行连接。当三相DC/AC单元130的某一相发生故障时，隔离模块可以将三相DC/AC单元130的故障相的输出进行断开，进而使三相DC/AC单元130的故障相被隔离，随后三相DC/AC单元130可以进行故障隔离的二相运行。当DC/DC单元120发生故障时，隔离模块可以控制三相DC/AC单元130的其中一相的输出进行断开，以使得三相DC/AC单元130进行二相运行，并且将三相DC/AC单元130的输出断开相直接与电池110进行连接，进而可以实现将故障的DC/DC单元120隔离出电池储能系统。

可以理解的是，根据故障器件的不同（DC/DC单元120和三相DC/AC单元130的某一相），以及故障的类型不同（短路和开路）；隔离模块可以形成不同的隔离电路并结合三相DC/AC单元130的二相运行来实现不同的故障方式进行容错隔离。相比较传统的并联式容错方式，本申请可以有效的降低设计难度和成本，并且对故障的容错隔离的实现方式也更为的简单。

本领域技术人员应当知道的是，DC/DC单元120和三相DC/AC单元130的故障类型包括开路故障和短路故障。针对不同的故障类型，隔离模块的具体运行方式也不相同，为了方便理解，下面可以针对不同的故障类型进行详细的说明。

如图2至图10所示，隔离模块包括开关单元140、第一旁路单元210、一对第二旁路单元220以及多个保险丝。三相DC/AC单元130的各相输出通过开关单元140与电网150进行连接；电池110的正端与三相DC/AC单元130的桥臂通过第一旁路单元210进行连接；三相DC/AC单元130的正负端均通过第二旁路单元220与电网150进行连接；三相DC/AC单元130的各相输出以及DC/DC单元120的输入均连接有保险丝。在本申请的电池储能系统处于正常工作状态时，第一旁路单元210和第二旁路单元220均处于断开状态，开关单元140处于闭合状态。

一、针对三相DC/AC单元130的某一相发生短路故障。

如图3和图4所示，当三相DC/AC单元130的某一相发生短路故障时，可以先将三相DC/AC单元130进行驱动封锁，以及将三相DC/AC单元130的非故障相对应的开关单元140进行断开，以使得三相DC/AC单元130的非故障相与电网150的连接进行断开。此时可以将第二旁路单元220进行导通，从而三相DC/AC单元130的故障相可以通过第二旁路单元220形成熔断回路，进而通过熔断回路可以将三相DC/AC单元130的故障相输出对应的保险丝进行熔断。在完成保险丝的熔断后可以将三相DC/AC单元130的非故障相的驱动封锁进行解除来实现重启，以使得三相DC/AC单元130进行二相运行来继续电池储能系统的正常工作。

可以理解的是，在进行三相DC/AC单元130的故障隔离过程中，由于DC/DC单元120是处于正常状态的，因此DC/DC单元120无需进行驱动封锁，并且可以将第一旁路单元210保持断开，以避免第一旁路单元210对DC/DC单元120的正常运行产生干涉。

为了方便进一步的理解，下面可以通过具体的实施方式来进行说明，由于三相DC/AC单元130的A、B和C三相在故障隔离时的处理方式相同，则可以通过三相DC/AC单元130的A相发生故障来进行具体的说明。

具体的，如图3和图4所示，三相DC/AC单元130包括A相桥臂、B相桥臂和C相桥臂；A相桥臂包括有器件S

假设三相DC/AC单元130的器件S

本实施例中，如图2至图4以及图6至图10所示，第二旁路单元220包括晶闸管，晶闸管处于常开状态，即电池储能系统正常工作时，第二旁路单元220通过晶闸管的常开保持断开状态；当进行故障隔离时，第二旁路单元220通过晶闸管的闭合保持导通。由于第二旁路单元220有两个，则为了更好的区分，可以将与三相DC/AC单元130的正端进行连接的第二旁路单元220所包括的晶闸管标记为T

本实施例中，如图2至图4以及图6至图10所示，第二旁路单元220还包括限流电阻，限流电阻可以和对应的晶闸管进行串联，进而在第二旁路单元220组成熔断回路时，限流电阻可以对短路电流进行限制，进而提高熔断回路的安全性。具体来说，与晶闸管T

二、针对三相DC/AC单元130的某一相发生开路故障。

当三相DC/AC单元130的某一相发生开路故障时，可以将三相DC/AC单元130进行驱动封锁，同时将三相DC/AC单元130中故障相对应的开关单元140进行断开，以使得三相DC/AC单元130的非故障相与电网150的连接保持导通。在开关单元140将故障相与电网150的连接断开后，将三相DC/AC单元130的非故障相解除驱动封锁以进行重启，进而使三相DC/AC单元130进行二相运行模式。

为了方便进一步的理解，下面可以通过具体的实施方式来进行说明。由于三相DC/AC单元130的A、B和C三相在故障隔离时的处理方式相同，则可以根据三相DC/AC单元130的A相发生故障来进行具体的说明。

具体的，假设三相DC/AC单元130中器件S

三、针对DC/DC单元120发生短路故障。

如图6至图10所示，当DC/DC单元120发生短路故障时，可以先将DC/DC单元120以及三相DC/AC单元130全部进行驱动封锁，同时将开关单元140全部断开，以使得三相DC/AC单元130与电网150的连接全部断开。此时可以将第二旁路单元220导通，从而DC/DC单元120可以通过第二旁路单元220形成熔断回路，进而熔断回路可以将DC/DC单元120输入对应的保险丝进行熔断。在完成保险丝的熔断后，将第一旁路单元210闭合导通，同时将三相DC/AC单元130的其中一相作为隔离相，并将其与电网150保持连接断开；然后将三相DC/AC单元130的非隔离相对应的开关单元140进行闭合并进行重启，进而三相DC/AC单元130可以进行二相运行来继续电池储能系统的正常工作，同时还可以通过隔离相与第一旁路单元210的连接导通将故障的DC/DC单元120进行隔离。

为了方便进一步的理解，下面可以通过具体的实施方式来进行说明。如图6至图10所示，DC/DC单元120包括相互连接的器件S

具体的，如图6所示，假设DC/DC单元120的器件S

四、针对DC/DC单元120发生开路故障。

可以预先将三相DC/AC单元130的其中一相作为隔离相；从而在DC/DC单元120发生开路故障时，可以将DC/DC单元120以及三相DC/AC单元130全部进行驱动封锁，同时将隔离相输出对应的开关单元140进行断开，以使得三相DC/AC单元130中作为隔离相的一相与电网150的连接断开。待开关单元140将隔离相与电网150的连接断开后，可以将第一旁路单元210进行导通，并将三相DC/AC单元130的非隔离相解除封锁以进行重启运行，进而使三相DC/AC单元130进行二相运行模式。

为了方便进一步的理解，下面可以通过具体的实施方式来进行说明。由于DC/DC单元120的两个器件在故障隔离时的处理方式相同，则可以通过DC/DC单元120其中一个器件发生故障来进行具体的说明；其中，可以将三相DC/AC单元130的A相作为隔离相。

具体的，假设DC/DC单元120的器件S

本实施例中，在进行DC/DC单元120的故障隔离时，作为DC/DC单元120的隔离相，其必须能够与第一旁路单元210进行连接。则构成隔离相的具体设置方式有如下多个实施例。

实施例一：如图7所示，第一旁路单元210的一端与电池110的正端进行连接，第一旁路单元210的另一端与三相DC/AC单元130的A相桥臂进行连接，以使得三相DC/AC单元130的A相桥臂形成DC/DC单元120进行故障隔离所需的隔离相。

实施例二：如图8所示，第一旁路单元210的一端与电池110的正端进行连接，第一旁路单元210的另一端与三相DC/AC单元130的B相桥臂进行连接，以使得三相DC/AC单元130的B相桥臂形成DC/DC单元120进行故障隔离所需的隔离相。

实施例三：如图9所示，第一旁路单元210的一端与电池110的正端进行连接，第一旁路单元210的另一端与三相DC/AC单元130的C相桥臂进行连接，以使得三相DC/AC单元130的C相桥臂形成DC/DC单元120进行故障隔离所需的隔离相。

实施例四：如图10所示，第一旁路单元210的一端与电池110的正端进行连接，第一旁路单元210的另一端分别与三相DC/AC单元130的A相桥臂、B相桥臂和C相桥臂进行连接，以使得在DC/DC单元120需要进行故障隔离时，将第一旁路单元210与三相DC/AC单元130的任一相桥臂进行连通以形成所需的隔离相。

可以理解的是，对于上述的实施例一至三，如图7至图9所示，第一旁路单元210包括一个晶闸管T

还应当知道的是，第一旁路单元210所包括的晶闸管处于常开状态，即电池储能系统正常工作时，第一旁路单元210通过晶闸管的常开保持断开状态；当进行DC/DC单元120的故障隔离时，第一旁路单元210通过晶闸管的闭合保持导通。

本实施例中，DC/DC单元120用于控制系统的直流母线电压，三相DC/AC单元130用于控制系统功率流动；具体来说，DC/DC单元120的外环为母线电压环，内环为电流环；三相DC/AC单元130的外环为功率环，内环为电流环。如图5和图6所示，在三相DC/AC单元130进行二相运行时，B相和C相的电流指令的方向相反，且跟对应的电网150的电压相角差30°。可以设三相DC/AC单元130进行二相运行时B相和C相的给定电流分别为i

。

。

式中，ωt表示角频率ω与时间t的乘积，即相位。

以上描述了本申请的基本原理、主要特征和本申请的优点。本行业的技术人员应该了解，本申请不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请的范围内。本申请要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。