一种储能系统

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及一种储能系统。

背景技术

目前储能系统常用到的变换有：交直流变换(Alternating current/Directcurrent变换，AC/DC变换)和直流变换(Direct current/Direct current变换，DC/DC变换)。通常上述变换采用独立的装置实现。因此，通常情况下一个储能系统只使用上述变换中的一种。如果想要在一个储能系统中综合使用上述变换，则需要同时连接AC/DC变换装置和DC/DC变换装置进行多级变换，如图1所示。如此，储能系统中连接的设备数量较多，成本较高，且储能系统体积较大，不便于移动，难以应用到移动储能领域，而且储能系统中多个装置相互独立，分开应用，系统控制、通讯等操作复杂程度较高，容易出错，可靠性不高。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的储能系统。

依据本申请的一个方面，提供了一种储能系统，所述储能系统包括电力电子变换单元、第一开关单元、交直流变换支路、第二开关单元和直流变换支路；

所述电力电子变换单元的第一端通过所述第一开关单元与所述交直流变换支路连接；

所述电力电子变换单元的第二端通过所述第二开关单元与所述直流变换支路连接；

所述电力电子变换单元，用于在所述第一开关单元连通的情况下，对流经电流进行整流处理，通过所述交直流变换支路实现交流电与直流电之间的变换；在所述第二开关单元连通的情况下，对流经电流进行斩波处理，通过所述直流变换支路实现直流电之间的变换；

单元使用的开关器件包括如下的至少一种：断路器、多级保护开关、多功能保护开关、熔断加隔离开关。

可选地，所述电力电子变换单元包括变流单元和第一滤波单元；

所述变流单元与所述第一滤波单元串联；

所述变流单元，用于在所述第一开关单元连通的情况下，对流经电流进行整流处理，并将整流后的电流传输至滤波单元；在所述第二开关单元连通的情况下，对流经电流进行斩波处理，并将斩波后的电流传输至滤波单元；

所述第一滤波单元，用于接收所述变流单元传输的整流或斩波后的电流，滤除所述整流或斩波后的电流中的融波。

可选地，所述储能系统还包括储能单元；

所述储能单元，用于在所述第一开关单元或所述第二开关单元闭合的情况下，为所述储能系统提供电能或存储电能。

可选地，变流单元包括多个绝缘栅双极型晶体管；

所述变流单元，用于在所述第一开关单元连通的情况下，通过控制所述绝缘栅双极型晶体管的开通或关断，将储能单元提供的直流电变换成交流电传输至负载，或将所述负载提供的交流电变换成直流电传输至储能单元进行储能；以及用于在所述第二开关单元连通的情况下，通过控制所述绝缘栅双极型晶体管的开通或关断，将所述储能单元提供的电能变换成其他频率的直流电进行输出。

可选地，所述第二开关单元包括第三开关和第四开关；

所述第三开关的一端与所述电力电子变换单元连接，另一端与所述第四开关连接，用于汇聚所述电力电子变换单元斩波后的电流；

所述第四开关的一端与所述第三开关连接，另一端与负载连接，用于控制所述电力电子变换单元与负载的连通或断开。

可选地，所述储能系统还包括软启动单元，用于控制所述储能系统平滑启动。

可选地，所述储能系统还包括第三开关单元；

所述第三开关单元的一端与储能单元连接，另一端与电力电子变换单元连接；

软启动单元与所述第三开关单元并联，用于在所述第三开关单元闭合之前，对所述电力电子变换单元进行预充电，减小储能单元与所述电力电子变换单元之间的电压差。

可选地，所述储能系统还包括第二滤波单元；

所述第二滤波单元的一端与所述第一开关单元和所述第二开关单元分别连接，另一端连接负载，用于进一步滤除电流中的融波，使电流更加平滑。

可选地，所述第一开关单元与所述第二开关单元不能同时闭合。

可选地，所述储能单元的电压等级包括1000V或1500V。

由上述可知，本申请的技术方案，在储能系统中设置电力电子变换单元、第一开关单元、交直流变换支路、第二开关单元和直流变换支路，将电力电子变换单元的第一端通过第一开关单元与交直流变换支路连接，将电力电子变换单元的第二端通过第二开关单元与直流变换支路连接，使电力电子变换单元在第一开关单元连通的情况下，对流经电流进行整流处理，通过交直流变换支路实现交流电与直流电之间的变换，在第二开关单元连通的情况下，对流经电流进行斩波处理，通过直流变换支路实现直流电之间的变换。本申请的储能系统通过闭合不同开关，使电力电子变换单元与交直流变换支路或直流变换支路连通，综合实现AC/DC变换和DC/DC变换，两种变换功能的实现基于同一个电力电子变换单元，无需连接多台设备，系统成本较低，且使储能系统的体积更小，便于移动，更加适用于移动储能领域，也无需多设备协调控制，操作更加简单，可靠性更高。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了一种现有储能系统的结构示意图；

图2示出了根据本申请一个实施例的一种储能系统的结构示意图；

图3示出了根据本申请一个实施例的一种储能系统的电路原理图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图2示出了根据本申请一个实施例的一种储能系统的结构示意图。如图2所示，该储能系统200包括电力电子变换单元210、第一开关单元220、交直流变换支路230、第二开关单元240和直流变换支路250。

电力电子变换单元210的第一端通过第一开关单元220与交直流变换支路230连接；电力电子变换单元210的第二端通过第二开关单元240与直流变换支路250连接。

电力电子变换单元210，用于在第一开关单元220连通的情况下，对流经电流进行整流处理，通过交直流变换支路230实现交流电与直流电之间的变换；在第二开关单元240连通的情况下，对流经电流进行斩波处理，通过直流变换支路250实现直流电之间的变换。

其中，单元使用的开关器件包括如下的至少一种：断路器、多级保护开关、多功能保护开关、熔断加隔离开关。

综上所述，本申请的储能系统通过控制第一开关单元和第二开关单元的闭合或断开，使电力电子变换单元连接交直流变换支路或直流变换支路，实现AC/DC变换和DC/DC变换。本申请中两种变换功能的实现基于同一个电力电子变换单元，无需连接多台设备，系统成本较低，而且可以使储能系统的体积更小，便于移动，更加适用于移动储能领域，也无需多设备协调控制，操作更加简单，可靠性更高。

本申请的储能系统可以应用于多功能移动储能方案中，例如，在电网可充电地点，使用AC能量，通过闭合第一开关单元给电池充电，充满后移动储能可运输至所需工作地点，当所需负载需要供电时，则通过闭合第二开关单元给直流负载供电或者通过闭合第一开关单元给交流负载供电。

图3示出了根据本申请一个实施例的一种储能系统的电路原理图。如图3所示，储能系统300包括电力电子变换单元310、第一开关单元320、交直流变换支路、第二开关单元330和直流变换支路。

电力电子变换单元310和第一开关单元320构成交直流变换支路，电力电子变换单元310和第二开关单元330构成直流变换支路。

电力电子变换单元310的第一端通过第一开关单元320与交直流变换支路连接；电力电子变换单元310的第二端通过第二开关单元330与直流变换支路连接。

电力电子变换单元310，用于在第一开关单元320连通的情况下，对流经电流进行整流处理，通过交直流变换支路实现交流电与直流电之间的变换；在第二开关单元330连通的情况下，对流经电流进行斩波处理，通过直流变换支路实现直流电之间的变换。

在本申请的一些实施例中，在第一开关单元320连通，第二开关单元330闭合的情况下，交直流变换支路连通，电力电子变换单元310的第一端通过第一开关单元320与交直流变换支路连接，主控制器控制电力电子变换单元310对流经电流进行整流处理，实现交流电与直流电之间的变换。在第一开关单元320闭合，第二开关单元330连通的情况下，直流变换支路连通，电力电子变换单元310的第二端通过第二开关单元330与直流变换支路连接，主控制器控制电力电子变换单元310对流经电流进行斩波处理，实现直流电之间的变换。

本实施例的储能系统，基于同一个电力电子变换单元，通过闭合不同的开关，分别连通交直流变换支路和直流变换支路，综合实现AC/DC变换和DC/DC变换，无需连接多台设备，系统成本较低，而且可以使储能系统的体积更小，便于移动，更加适用于移动储能领域，也无需多设备协调控制，操作更加简单，可靠性更高。

需要说明的是，由于本申请的储能系统基于同一个电力电子变换单元，综合实现AC/DC变换和DC/DC变换，在进行AC/DC变换的情况下，控制电力电子变换单元对流经电流进行整流处理，在进行DC/DC变换的情况下，控制电力电子变换单元对流经电流进行斩波处理，而同一个电力电子变换单元不能同时对流经电流进行整流处理和斩波处理，因此，电力电子变换单元不能同时连通交直流变换支路和直流变换支路，第一开关单元320和第二开关单元330不能同时闭合。

在本申请的一个实施例中，上述电力电子变换单元310包括变流单元3101和第一滤波单元3102，变流单元3101与第一滤波单元3102串联。

变流单元3101，用于在第一开关单元320连通的情况下，对流经电流进行整流处理，并将整流后的电流传输至第一滤波单元3102；在第二开关单元330连通的情况下，对流经电流进行斩波处理，并将斩波后的电流传输至第一滤波单元3102。

第一滤波单元3102，用于接收变流单元3101传输的整流或斩波后的电流，滤除整流或斩波后的电流中的融波。

在本申请的一些实施例中，闭合第一开关单元320，断开第二开关单元330，交直流变换支路连通，变流单元3101对流经电流进行整流处理，并将整流后的电流传输至第一滤波单元3102，第一滤波单元3102滤出电流中的高频电流融波，使电流比较平滑。断开第一开关单元320，闭合第二开关单元330，直流变换支路连通，变流单元3101对流经电流进行斩波处理，并将斩波后的电流传输至第一滤波单元3102，第一滤波单元3102滤出电流中的高频电流融波，使电流比较平滑。

在本申请的一些实施例中，变流单元3101可以采取两电平三相全桥拓扑，也可以使用三电平结构，如三电平逆变器(Neutral Point Clamped，NPC)、TNPC、ANPC等结构。滤波单元可以使用LC滤波电路、LCL滤波电路、三个单相电抗器，或者共轭电抗器等。

在本申请的一个实施例中，上述储能系统300还包括储能单元340。

储能单元340，用于在第一开关单元320或第二开关单元330闭合的情况下，为储能系统300提供电能或存储电能。

在本申请的一些实施例中，闭合第一开关单元320，断开第二开关单元330，使电力电子变换单元310与交直流变换支路连通，电力电子变换单元310对流经的电流进行整流处理，通过交直流变换支路将交流电变换成直流电，将电网能量存储到储能单元340中，或者将直流电变换成交流电，将储能单元340存储的电能输送到电网或提供给交流负载。断开第一开关单元320，闭合第二开关单元330，使电力电子变换单元310与直流变换支路连通，电力电子变换单元310对流经的电流进行斩波处理，通过直流变换支路实现DC高压侧到DC低压侧的能量变换，将储能单元340存储的能量提供给直流负载、直流母线或者另一电池或超级电容等储能装置。

在本申请的一些实施例中，储能单元340可以是电池、超级电容等任意能量存储装置。在储能电源为电池的情况下，电池电压等级包括1000V或者1500V系统等级。

在本申请的一个实施例中，上述变流单元3101包括滤波电容和多个绝缘栅双极型晶体管，如图3所示。

变流单元3101，用于在第一开关单元320连通的情况下，通过滤波电容初步滤除直流侧的高频融波，通过控制绝缘栅双极型晶体管的开通或关断，将储能单元340提供的直流电变换成交流电传输至负载，或将负载提供的交流电变换成直流电传输至储能单元340进行储能；以及用于在第二开关单元330连通的情况下，通过控制绝缘栅双极型晶体管的开通或关断，将储能单元340提供的电能变换成其他频率的直流电进行输出。

在本申请的一个实施例中，上述储能系统300中第二开关单元330包括第三开关S3和第四开关S4。

第三开关S3的一端与电力电子变换单元310连接，另一端与第四开关连接，用于汇聚电力电子变换单元斩波后的电流。

第四开关S4的一端与第三开关连接，另一端与负载连接，用于控制电力电子变换单元310与负载的连通或断开。

在本申请的一些实施例中，第二开关单元330通过第三开关和第四开关控制电力电子变换单元与直流变换支路的连通或断开，也可以采用其他的控制方式控制电力电子变换单元与直流变换支路的连通或断开。

在本申请的一个实施例中，上述储能系统300还包括软启动单元350，用于控制储能系统平滑启动。

在本申请的一个实施例中，上述储能系统300还包括第三开关单元360。

第三开关单元360的一端与储能单元连接，另一端与电力电子变换单元310连接。

软启动单元350与第三开关单元360并联，用于在第三开关单元360闭合之前，对电力电子变换单元310进行预充电，减小储能单元340与电力电子变换单元310之间的电压差。

在本申请的一些实施例中，软启动单元350并联在第三开关单元360上，在储能系统300工作时，可以给变流单元3101的滤波电容预先充电，减小储能单元340与电力电子变换单元310之间的电压差，预充电结束之后，再闭合第三开关单元360，这样在闭合第三开关单元360的过程中，流过第三开关单元360的冲击电流就比较小，对设备起到保护作用，如果没有软启动单元350的预充电，冲击电流会比较大，容易对设备造成损伤。

在本申请的一个实施例中，上述储能系统300还包括第二滤波单元。

第二滤波单元的一端与第一开关单元320和第二开关单元330分别连接，另一端连接负载，用于进一步滤除电流中的融波，使电流更加平滑。

在本申请的一些实施例中，第二滤波单元可以采用电容，也可以采用其他的滤波装置。

需要说明的是，本申请上述实施例中的开关可以是断路器、多级保护开关、多功能保护开关，或者熔断加隔离开关等任何种类的开关器件，可以采用上述任意一种开关器件，也可以采用多种开关器件的组合。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，在本申请的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本申请的目的，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。