阅读说明：本技术 一种通用接口、控制方法及储能系统 (Universal interface, control method and energy storage system ) 是由 彭文鑫 郑可 侯兴哲 李松浓 于 2020-05-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种通用接口、控制方法及储能系统,所述通用接口包括,双向DC/DC变换器连接于储能单元和所述滤波器之间；DC/AC逆变器包括连接至所述滤波器的DC端,以及作为交流或直流电源接入口的AC端；控制信号单元用于改变双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器的工作状态以适配于对应的交流或直流电压类型及工作模式。本发明方案通过双向DC/DC变换器、滤波器和DC/AC逆变器组成通用接口,通过控制信号单元对接口进行控制,实现了储能系统接口对于交流直流的兼容,扩展了储能的应用范围。(The invention discloses a general interface, a control method and an energy storage system, wherein the general interface comprises a bidirectional DC/DC converter connected between an energy storage unit and a filter; the DC/AC inverter comprises a DC end connected to the filter and an AC end used as an alternating current or direct current power supply inlet; the control signal unit is used for changing the working states of the bidirectional DC/DC converter and the DC/AC inverter to be adapted to the corresponding alternating current or direct current voltage type and working mode. According to the scheme of the invention, the bidirectional DC/DC converter, the filter and the DC/AC inverter form a universal interface, and the interface is controlled by the control signal unit, so that the compatibility of the interface of the energy storage system for alternating current and direct current is realized, and the application range of energy storage is expanded.)

一种通用接口、控制方法及储能系统

技术领域

本发明涉及储能技术领域，特别是一种通用接口、控制方法及储能系统。

背景技术

现有储能系统的应用场景主要包括：

1.分布式电源的辅助供电，如光伏，风电等不稳定电源。

2.电网调度运行的备用能量源，可用于应急电力供应，电力需求侧的移峰填谷等。

3.直流微电网储能与供电

4.电动汽车。

上述不同的应用场景，对于储能系统使用不同的并网，换流和控制技术，对储能系统的应用范围均有所限制。分布式电源的储能主要连接直流侧，需要具备由分布式电源充电储能，由电网充电储能，对本地负载供能，和对电网功能等功能；交流测的储能主要需要具备与大电网并网的能力；而直流微电网只需要具备对直流侧储能和供电的功能。

现代电网开始向智能化数字化发展，新能源的接入量增加使得传统电网的运营管理技术面临挑战，同时对基础设施和硬件设备提出了新的技术要求。基于“源”“网”“荷”“储”协同互动的动态调控技术，要求接入电网的各个单元具有感知敏捷，调控灵活的特点。目前同一个储能设备通常只能工作于直流网或交流网，因此储能设备使用场景也因此受到了一些限制。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的就是提供一种通用接口、控制方法及储能系统，用于解决现有技术存在的储能系统接口不通用，无法灵活配置的技术问题。

本发明的目的之一是通过这样的技术方案实现的，一种通用接口，用于交直流储能，包括双向DC/DC变换器、滤波器、DC/AC逆变器和控制信号单元；

所述双向DC/DC变换器连接于所述储能单元和所述滤波器之间；

所述DC/AC逆变器包括连接至所述滤波器的DC端，以及作为交流或直流电源接入口的AC端；

所述控制信号单元用于改变双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器的工作状态以适配于对应的交流或直流电压类型及工作模式。

可选的，所述双向DC/DC变换器包括两个反向并联的Buck-Boost直流变换器。

可选的，所述DC/AC逆变器为全桥逆变器。

可选的，所述双向DC/DC变换器与所述储能单元之间，以及，所述DC/AC逆变器与交流或直流电源之间均设置有滤波电路。

可选的，所述储能单元的工作模式包括充电模式，确定到所述储能单元进入充电模式后，所述控制信号单元具体用于：

将所述双向DC/DC变换器切换到充电回路，并将所述DC/AC逆变器调整至整流模式；

通过控制所述双向DC/DC变换器充电回路的开关信号的占空比以调节充电电流的大小。

可选的，所述通用接口接入的电源为直流电源，所述储能单元的工作模式包括放电模式，确定到所述储能单元进入放电模式后，所述控制信号单元具体用于：

将所述双向DC/DC变换器切换到放电回路，并将所述DC/AC逆变器调整至直流输出模式；

通过控制所述双向DC/DC变换器充电回路的开关信号的占空比以调节放电电流的大小。

可选的，所述通用接口接入的电源为交流电源，所述储能单元的工作模式包括放电模式，确定到所述储能单元进入放电模式后，所述控制信号单元具体用于：

将双向DC/DC变换器切换到放电回路，并将DC/AC逆变器调整至逆变模式；

通过控制所述双向DC/DC变换器充电回路的开关信号的占空比以调节放电电流的大小。

可选的，所述控制信号单元还用于：

通过PWM信号控制DC/AC逆变器工作在逆变模式，且所述PWM控制信号采用参考电流滞回控制。

本发明的目的之二是通过这样的技术方案实现的，一种通用接口的控制方法，用于交直流储能，包括如下步骤：

确定通用接口接入电源的电压类型和储能单元的工作模式；

通过控制信号改变双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器的工作状态以适配于对应的电压类型及工作模式。

可选的，所述储能单元的工作模式包括充电模式，所述通过控制信号改变双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器的工作状态及工作模式，包括：

确定到所述储能单元进入充电模式后，将所述双向DC/DC变换器切换到充电回路，并将所述DC/AC逆变器调整至整流模式；

通过控制所述双向DC/DC变换器充电回路的开关信号的占空比以调节充电电流的大小。

可选的，所述通用接口接入的电源为直流电源，所述储能单元的工作模式包括放电模式，所述通过控制信号改变双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器的工作状态，包括：

确定到所述储能单元进入放电模式后，将所述双向DC/DC变换器切换到放电回路，并将所述DC/AC逆变器调整至直流输出模式；

通过控制所述双向DC/DC变换器充电回路的开关信号的占空比以调节放电电流的大小。

可选的，所述通用接口接入的电源为交流电源，所述储能单元的工作模式包括放电模式，通过控制信号改变双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器的工作状态，包括：

确定到所述储能单元进入放电模式后，将双向DC/DC变换器切换到放电回路，并将DC/AC逆变器调整至逆变模式；

通过控制所述双向DC/DC变换器充电回路的开关信号的占空比以调节放电电流的大小。

可选的，所述将DC/AC逆变器调整至逆变模式，包括：

通过PWM信号控制DC/AC逆变器工作在逆变模式，且所述PWM控制信号采用参考电流滞回控制。

本发明的目的之三是通过这样的技术方案实现的，一种储能系统，所述系统包括分布设置的储能单元和如前述的通用接口。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：本发明方案通过双向DC/DC变换器，滤波器和DC/AC逆变器组成通用接口，通过控制信号单元对接口进行控制，实现了储能系统接口对于交流直流的兼容，扩展了储能的应用范围，有利于储能器件的统一化生产，取得了积极的技术效果。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明通用接口结构示意图；

图2为本发明通用接口电路图；

图3为本发明通用接口控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

本发明第一实施例提出一种通用接口，用于交直流储能，如图1所示，所述通用接口包括，包括双向DC/DC变换器、滤波器、DC/AC逆变器和控制信号单元；

所述双向DC/DC变换器连接于所述储能单元和所述滤波器之间；

所述DC/AC逆变器包括连接至所述滤波器的DC端，以及作为交流或直流电源接入口的AC端；

所述控制信号单元用于改变双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器的工作状态以适配于对应的交流或直流电压类型及工作模式。

具体的说，如图1所示，本实施例通过双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器组成通用接口，在双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器之间设置有滤波器，滤波器用于滤除高阶谐波，主要在与交流电网连接时生效，进一步通过控制信号单元对双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器进行控制，从而实现对交直流电源以及充放电工作模式的兼容。

本发明方案通过双向DC/DC变换器，滤波器和DC/AC逆变器组成通用接口，通过控制信号单元对接口进行控制，实现了储能系统接口对于交流直流的兼容，扩展了储能的应用范围，有利于储能器件的统一化生产。

可选的，所述双向DC/DC变换器包括两个反向并联的Buck-Boost直流变换器。

具体的说，在本发明一种可选的实施方式中，如图2所示，选用两个Buck-Boost直流变换器通过反向并联组成双向DC/DC变换器。

进一步，本实施例中选用的Buck-Boost直流变换器包括开关管S1、S2，电感L1、L2，二极管D1和电容C1，其中开关管S1、S2可以选用IGBT，如图2所示，开关管S1、S2的一端分别连接至储能单元的正负极，另一端分别连接在电感L1上，开关管S2的另一端连接至二极管D1的负极，开关管S1的另一端还连接至电容C1和电感L2的一端，二极管D1的正极和电感L2的另一端作为Buck-Boost直流变换器的输出，进一步图2中，包含两路反向并联设置的Buck-Boost直流变换器作为本实施例中的双向DC/DC变换器，由此本实施例中的双向DC/DC变换器包括4个开关S1-S4用于接收控制信号单元的控制信号，调节两端电压最终实现充放电电流的控制。

可选的，所述DC/AC逆变器为全桥逆变器。

具体的说，在本申请另一种可选的实施方式中，DC/AC逆变器为全桥逆变器，参加图2所示，DC/AC逆变器包括开关管T1-T4，其中，开关管T1与T2串联以及开关管T3与T4串联后并联，同时二极管D5、D6串联后并联在开关管T1与T2上，二极管D3、D4串联后并联在开关管T3与T4上，在二极管D5、D6和开关管T1、T2中间引出线作为通用接口的第一接入端，在二极管D3、D4和开关管T3、T4中间引出线作为通用接口的第二接入端，前述并联电路的两端还连接至滤波器。

可选的，双向DC/DC变换器与储能单元之间，以及，DC/AC逆变器与交流或直流电源之间均设置有滤波电路。

具体的说，在本实施例中，在双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器之间设置有滤波器，参见图2包括两个电感Lf，电容Cf和电阻R2，两个电感Lf以及电阻R2串联，电容Cf的一端接入两个电感Lf中间，滤波器用于滤除高阶谐波，同时本实施方式中双向DC/DC变换器与储能单元之间，以及，DC/AC逆变器与交流或直流电源之间均设置有滤波电路(图中未画出)，用于进一步对储能系统的谐波进行过滤。

可选的，所述储能单元的工作模式包括充电模式，确定到所述储能单元进入充电模式后，所述控制信号单元具体用于：

将所述双向DC/DC变换器切换到充电回路，并将所述DC/AC逆变器调整至整流模式；

通过控制所述双向DC/DC变换器充电回路的开关信号的占空比以调节充电电流的大小。

可选的，所述通用接口接入的电源为直流电源，所述储能单元的工作模式包括放电模式，确定到所述储能单元进入放电模式后，所述控制信号单元具体用于：

将所述双向DC/DC变换器切换到放电回路，并将所述DC/AC逆变器调整至直流输出模式；

通过控制所述双向DC/DC变换器充电回路的开关信号的占空比以调节放电电流的大小。

可选的，所述通用接口接入的电源为交流电源，所述储能单元的工作模式包括放电模式，确定到所述储能单元进入放电模式后，所述控制信号单元具体用于：

将双向DC/DC变换器切换到放电回路，并将DC/AC逆变器调整至逆变模式；

通过控制所述双向DC/DC变换器充电回路的开关信号的占空比以调节放电电流的大小。

可选的，所述控制信号单元还用于：

通过PWM信号控制DC/AC逆变器工作在逆变模式，且所述PWM控制信号采用参考电流滞回控制。

具体的说，本发明通过控制信号单元实现对接口的不同模式进行控制，由此实现接口通用与交直流充放电。

本发明方案通过双向DC/DC变换器，滤波器和DC/AC逆变器组成通用接口，通过控制信号单元对接口进行控制，本发明方案能够使储能的应用场景更加广泛，有利于储能系统及相关产品的统一化生产。本发明的交直流接口可以使储能在交流电网和直流电网之间灵活切换，可增加储能系统的利用率，优化对电网的调控管理。

实施例二

本发明第二实施例提出一种通用接口的控制方法，用于交直流储能，所述控制方法包括：

确定通用接口接入电源的电压类型和储能单元的工作模式；

通过控制信号改变双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器的工作状态以适配于对应的电压类型及工作模式。

在储能单元的工作模式包括充电模式，所述通过控制信号改变双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器的工作状态及工作模式，包括：

确定到所述储能单元进入充电模式后，将所述双向DC/DC变换器切换到充电回路，并将所述DC/AC逆变器调整至整流模式；

通过控制所述双向DC/DC变换器充电回路的开关信号的占空比以调节充电电流的大小。

具体的说在本实施例中，确定通用接口接入电源的电压类型和储能单元的工作模式的方式可以有多种方式，例如，可以通过设置前端检测装置进行电源类型以及工作模式检测，并智能控制模式切换，也可以是出厂后人为设定，对于具体地点具体电网下的电压类型是可以直接确定的，因此可以设置模式开关进行工作模式选择，在此不做具体限定。

对应于充电模式，也即通用接口连接交流或直流电网向储能单元进行充电，本实施例中将充电模式分为两种情况，分别为通用接口连接交流电网以及通用接口连接直流电网，下面分别对两种情况进行说明。

通用接口连接直流电网的充电模式，该模式下电流由直流电网流向储能。

具体的，本实施例中以两个Buck-Boost直流变换器通过反向并联组成双向DC/DC变换器进行举例说明，在直流充电模式下：

通过控制信号单元将开关管S1，S2断开，S4闭合，S3通过DC/DC占空比信号控制，频率可以是10kHz，此时双向DC/DC变换器为充电回路，当然也可以根据实际需要开启另一条充电回路，在此不做限定。

在DC/AC逆变器中，通过控制信号单元将开关管T1-T4开关均断开，此时DC/AC逆变器可以视为由二极管组成整流器通路，也即DC/AC逆变器处于整流模式，直流电网的充电电流经过整流通路流通。

参见图2，直流充电模式下，右侧直流电压V₂等于电网电压V_g，电网侧充电电流I_g的大小受DC/DC占空比D控制，其关系式满足：

其中，V_S为储能电压，V_g为电网电压，电流同理。

通用接口连接交流电网的充电模式，该模式下电流由交流电网流向储能。

具体的，本实施例中以两个Buck-Boost直流变换器通过反向并联组成双向DC/DC变换器进行举例说明，在交流充电模式下：

通过控制信号单元将开关管S1，S2断开，S4闭合，S3通过DC/DC占空比信号控制，频率可以是10kHz，此时双向DC/DC变换器为充电回路，当然也可以根据实际需要开启另一条充电回路，在此不做限定。

在DC/AC逆变器中，通过控制信号单元将开关管T1-T4开关均断开，此时DC/AC逆变器可以视为由二极管组成整流器通路，也即DC/AC逆变器处于整流模式，交流电网的充电电流经过整流通路流通。

经过整流的电压通过滤波器稳压后形成谐波较小的直流电压V₂。在交流充电模式下，右侧直流电压V₂与电网电压均方根值V_g-RMS的关系满足V₂＝αV_g-RMS,其中α由滤波器的参数与实际电路阻抗决定，电网侧充电电流均方根值I_g-rms受DC/DC占空比D控制，不考虑交流测串联阻抗的情况下，其关系式满足：

其中，V_S为储能电压，V_g为电网电压，电流同理。

综上，通过本发明方法，能够实现对通用接口工作在相匹配的电压类型以及工作模式下，从而使储能在交流电网和直流电网之间灵活切换，增加储能系统的利用率，优化对电网的调控管理。

实施例三

本发明第三实施例提出一种通用接口的控制方法，用于交直流储能，所述控制方法包括如下步骤：

确定通用接口接入电源的电压类型和储能单元的工作模式；

通过控制信号改变双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器的工作状态以适配于对应的电压类型及工作模式。

可选的，所述通用接口接入的电源为直流电源，所述储能单元的工作模式包括放电模式，所述通过控制信号改变双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器的工作状态，包括：

确定到所述储能单元进入放电模式后，将所述双向DC/DC变换器切换到放电回路，并将所述DC/AC逆变器调整至直流输出模式；

通过控制所述双向DC/DC变换器充电回路的开关信号的占空比以调节放电电流的大小。

具体的说在本实施例中，确定通用接口接入电源的电压类型和储能单元的工作模式的方式可以有多种方式，例如，可以通过设置前端检测装置进行电源类型以及工作模式检测，并智能控制模式切换，也可以是出厂后人为设定，对于具体地点具体电网下的电压类型是可以直接确定的，因此可以设置模式开关进行工作模式选择，在此不做具体限定。

本实施例对应于通用接口接入电源为直流，储能单元的工作模式为放电模式的情况。

具体的，本实施例中以两个Buck-Boost直流变换器通过反向并联组成双向DC/DC变换器进行举例说明，在直流放电模式下：

通过控制信号单元将开关管S1闭合，S2受DC/DC占空比信号控制，频率10kHz，S3和S4断开，此时双向DC/DC变换器为放电回路，当然也可以根据实际需要开启另一条放电回路，在此不做限定。

在DC/AC逆变器中，通过控制信号单元将开关管T1、T4开关闭合形成通路，T2和T3断开，此时DC/AC逆变器可以视为由开关管T1、T4组成直流输出通路，或者带负载模式。

该模式下，右侧直流电压V₂等于电网电压V_g，电网侧放电电流I_g的大小受DC/DC占空比D控制，其关系式如下：

其中，V_S为储能电压，V_g为电网电压，电流同理。

综上，通过本发明控制方法，能够实现对通用接口工作在相匹配的电压类型以及工作模式下，从而使储能在交流电网和直流电网之间灵活切换，增加储能系统的利用率，优化对电网的调控管理。

实施例四

本发明第四实施例提出一种通用接口的控制方法，用于交直流储能，所述控制方法包括：

确定通用接口接入电源的电压类型和储能单元的工作模式；

通过控制信号改变双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器的工作状态以适配于对应的电压类型及工作模式。

可选的，所述通用接口接入的电源为交流电源，所述储能单元的工作模式包括放电模式，通过控制信号改变双向DC/DC变换器和DC/AC逆变器的工作状态，包括：

确定到所述储能单元进入放电模式后，将双向DC/DC变换器切换到放电回路，并将DC/AC逆变器调整至逆变模式；

通过控制所述双向DC/DC变换器充电回路的开关信号的占空比以调节放电电流的大小。

可选的，将DC/AC逆变器调整至逆变模式，包括：

通过PWM信号控制DC/AC逆变器工作在逆变模式，且所述PWM控制信号采用参考电流滞回控制。

具体的说在本实施例中，确定通用接口接入电源的电压类型和储能单元的工作模式的方式可以有多种方式，例如，可以通过设置前端检测装置进行电源类型以及工作模式检测，并智能控制模式切换，也可以是出厂后人为设定，对于具体地点具体电网下的电压类型是可以直接确定的，因此可以设置模式开关进行工作模式选择，在此不做具体限定。

本实施例对应于通用接口接入电源为交流，储能单元的工作模式为放电模式的情况。

具体的，本实施例中以两个Buck-Boost直流变换器通过反向并联组成双向DC/DC变换器进行举例说明，在直流放电模式下：

通过控制信号单元将开关管S1闭合，S2受DC/DC占空比信号控制，频率10kHz，S3和S4断开，此时双向DC/DC变换器为放电回路，当然也可以根据实际需要开启另一条放电回路，在此不做限定。

在DC/AC逆变器中，T1-T4开关受控制信号单元产生的PWM信号控制，也即DC/AC逆变器工作在逆变模式，从而将储能单元侧的直流逆变为交流。

在本发明控制方法的一种实施方式中，PWM信号可以采用参考电流滞回控制，从而使输出电流Ig-RMS幅值可调，例如以电网的相位为参考相位，滞回带宽为0.2A，交流放电模式下，储能接口交流端电流由用户直接设定控制，输出电流I_g-RMS的大小与DC/DC占空比D需同时调节以保证输出谐波分量处于最小值。

综上，本发明通用接口的控制方法包括4种模式的控制方法，具体见表1：

表1不同模式的控制方式

通过本发明控制方法能够使储能的应用场景更加广泛，有利于储能系统及相关产品的统一化生产。本发明的交直流接口可以使储能在交流电网和直流电网之间灵活切换，可增加储能系统的利用率，优化对电网的调控管理。

实施例五

本发明第四第五实施例提出一种储能系统，所述系统包括分布设置的多组的储能单元和多组的前述的通用接口。

在本实施例中，可以将储能单元和通用接口进行分布设置，从而构成分布式的储能系统，对应于不同的应用场景，例如分布式电源的辅助供电、电网调度运行的备用能量源、直流微电网储能与供电、电动汽车等。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的保护范围之内。