[实用新型]一种用于新能源和储能系统的热插拔式变流系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种热插拔式电池阵列变流系统，可用于储能系统中电池阵列的并联和热插拔，也可用于其它DC/AC逆变系统（例如太阳能或风能逆变系统）中电池阵列的并联和热插拔。

背景技术

由于一个多世纪的开采和使用，储量有限的世界化石燃料资源日益减少，并会在不久的将来消耗殆尽。另一方面，化石燃料的大量使用，也使全球气候变暖，环境受到严重污染。因此积极开发和利用新能源，改善能源结构，完善环境保护，才能在新一轮工业革命中技术发展中占得先机，并且抢占经济增长的战略制高点。

在新能源的诸多形式中，特别引人注目的是太阳能与风能，因为它们资源丰富，取之不尽，用之不竭，而且在使用过程中对环境影响小。但是，太阳能和风能也有着不利于使用的显著特征，那就是间歇性、波动性和不可控性。为保证供电的连续性和均衡性，并减少太阳能和风能接入电网时对电网的冲击和影响，必须大力发展储能技术，来实现平衡、调节、蓄电、削峰填谷等功能。

在储能技术中，储能电池是一个极其关键的部分，其主要作用是为储能逆变器提供电能或接受储能逆变器传送的电能，从而快速有效的平抑分布式电源随机电能的波动，提高电网对大规模太阳能、风能的吸纳能力。而且可以接受调度指令来削峰填谷及提供无功功率，以提高电网的电能质量和经济效益。在电网故障和停电时，还具备独立组网供电的能力，以提高负载的供电安全性。

但在储能技术的诸多应用场合中，各种重要用电设备的出现对储能电池提出了更高的要求，如可靠性、稳定性和冗余性等方面的要求。这些场合包括当电网故障和停电需要依靠储能系统独立组网时、储能电池需要维护或故障检修时等等，都要求储能电池仍能对重要用电设备供电。另外在某些大功率和高可靠性场合，单靠增加电池阵列串并联的数量不仅带来了均流、均压的问题，而且难以保证故障情况下的安全性。为此，将热插拔技术和电力电源并联技术运用到电池阵列变流系统，就能获得上述问题的最佳解决方案。

现有关于热插拔技术或电力电源并联技术的研究成果中，文献“电力线通信在逆变器无互联线并联中的应用，段善旭，电力电子技术，2004年第1期”设计了一种电力线通讯的逆变器无互联线并联运行控制方案，即各并联逆变器通过公共低压交流输出母线，以电力线载波通信的方式交换彼此的信息，从而实现负载的有功和无功的有效均分。但该方案适用于逆变器并联，不能实现电池阵列的热插拔。现有相关专利仅解决DC/DC模块并联均流问题，未给出实现电池阵列热插拔的方案。

综上所述，传统的电池阵列串并联方式存在均流、均压的问题，而且串并联方式难以应用到不同形式的储能单元之中，如蓄电池组、超级电容器组、飞轮电池等难以串并联到同一储能逆变器中工作。现有技术中的DC/DC并联方案虽然能进行均流控制，但未能实现电池阵列的热插拔。当电池阵列中任一单元发生故障的情况下，DC/DC变流器乃至整个逆变系统的安全性都难以保证。

实用新型内容

本实用新型目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种热插拔式电池阵列变流系统，能够适配多种形式电池阵列，并使多个电池阵列并联互为热备用，在DC侧电池阵列中某一单元故障或维护情况下整个逆变系统能够带电运行。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于新能源和储能系统的热插拔式变流系统，其特征是，包括直流电源、双向DC/DC变流器、直流母线、双向DC/AC功率变流器、并网开关；

其中双向DC/DC变流器的两端分别与直流电源、直流母线相连，双向DC/AC功率变流器的一端与直流母线连接，另一端通过并网开关连接在电网上；

直流电源将储存的能量通过双向DC/DC变流器变换为与直流母线相同电压的直流电能，输送到直流母线上；直流母线上的电能再通过双向DC/AC功率变流器逆变为交流电能，输送到电网上；或电网上的电能通过双向DC/AC功率变流器整流变为直流电能输送到直流母线，再通过双向DC/DC变流器给直流电源充电，将能量储存在直流电源中。

所述双向DC/DC变流器为一个或多个，所有的双向DC/DC变流器通过并联的形式连接到直流母线上。

双向DC/DC变流器之间，以及双向DC/DC变流器和双向DC/AC功率变流器之间通过无互连线的直流载波的方式通信，实现双向DC/DC变流器的均流和整个系统的协调控制。

双向DC/AC功率变流器逆变为交流电能的输出为单相或三相电。