一种可预充的直流母线共享式储能系统架构的制作方法

1.本实用新型涉及电力技术领域，特别涉及一种可预充的直流母线共享式储能系统架构。


背景技术：

2.直流母线共享式的储能系统是一种新型的储能架构。单个储能系统由电柜、双向直流变换器dcdc、储能变流器pcs等器件组成。将多个储能系统的直流母线并联在同一条母线上，因此称为直流母线共享式储能系统。直流母线共享式储能系统的架构示例可参见图3。
3.储能系统的运行流程为电柜先上高压，为dcdc提供输入电压；dcdc开机后将电柜电压升压到750vdc，建立母线电压。电柜的上高压需要一个预充的过程，可参考图4，先闭合主负继电器、再闭合预充继电器，随后直流回路导通，电柜给直流母线电容充电到与电柜电压压差低于5v后(|u
电柜-u
电容
|《5v)，闭合主正继电器，最后断开预充继电器，上高压完成。而预充的时间是由预充电阻耐热能力决定的，施加在预充电阻两端的大电压会让电阻发热，如果预充的时间太长，就会导致预充电阻过热损坏。而预充时间与电容的容值有关，电容值越大，预充时间越长。因此，电柜需要在一定的时间内完成预充动作，否则电柜就会报预充超时故障，电柜上高压失败。
4.在现有如图3所示的这种直流母线共享式储能系统架构里，直流母线电容为dcdc电容。电柜上高压的过程中，需要为dcdc电容充电。在单个储能子系统中，电柜的预充电阻是足够支撑到给dcdc电容充电到电柜电压压差低于5v的，能够顺利的上高压。但是在图3所示的直流母线共享式储能系统架构下，在单个电柜需要上高压时，其存在4个或多个dcdc电容需要进行预充，可参考图5。此时，电柜的预充电阻无法支撑给4个dcdc电容充电，因此，电柜无法上高压，导致dcdc无法启动，进行升压，就无法建立直流母线电压，进而导致整个直流母线共享式储能系统就无法正常启动。
5.也即是说，只有并联在直流母线上的多个储能子系统同时对dcdc电容进行预充时，才能保证电柜的正常上高压，进而保证整个直流母线共享式储能系统的正常启动，对储能子系统的控制同步要求较高，容错率较低。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种可预充的直流母线共享式储能系统架构，解决现有直流母线共享式储能系统存在对储能子系统的控制同步要求较高，容错率较低的问题，能够保证直流母线共享式储能系统的正常启动。
7.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
8.一种可预充的直流母线共享式储能系统架构，包括共享直流母线以及并联于所述共享直流母线的一个以上的储能子系统；
9.所述储能子系统包括电柜端、dcdc和高压继电器，所述电柜端和dcdc连接，且所述
dcdc通过所述高压继电器并联于所述共享直流母线。
10.进一步地，所述电柜端包括电柜电源、主正继电器、主负继电器、预充继电器和预充电阻；
11.所述电柜电源的正极一端通过所述主正继电器与所述dcdc的一端连接，所述电柜电源的负极一端通过所述主负继电器与所述dcdc的另一端连接；
12.所述预充电阻和所述预充继电器串联，且均并联于所述主正继电器。
13.进一步地，还包括负载和电网端，所述储能子系统还包括pcs；
14.所述pcs并联于所述共享直流母线，所述pcs连接于负载且通过变压器与电网端连接。
15.进一步地，还包括ats开关和ups；
16.所述ats开关与ups连接，且设于所述pcs与电网端之间，用于将所述pcs切换为与电网端连接的状态或与ups的连接的状态。
17.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的另一种技术方案为：
18.一种可预充的直流母线共享式储能系统架构，包括共享直流母线、预充模块以及并联于所述共享直流母线的一个以上的储能子系统；
19.所述储能子系统包括电柜端和dcdc，所述电柜端和dcdc连接，且所述dcdc并联于所述共享直流母线；
20.所述预充模块连接于所述dcdc和所述共享直流母线之间。
21.进一步地，所述预充模块的数量与所述dcdc相同，每个所述预充模块分别与一所述dcdc连接。
22.进一步地，所述电柜端包括电柜电源、主正继电器、主负继电器、预充继电器和预充电阻；
23.所述电柜电源的正极一端通过所述主正继电器与所述dcdc的一端连接，所述电柜电源的负极一端通过所述主负继电器与所述dcdc的另一端连接；
24.所述预充电阻和所述预充继电器串联，且均并联于所述主正继电器。
25.进一步地，还包括负载和电网端，所述储能子系统还包括pcs；
26.所述pcs并联于所述共享直流母线，所述pcs连接于负载且通过变压器与电网端连接。
27.进一步地，还包括ats开关和ups；
28.所述ats开关与ups连接，且设于所述pcs与电网端之间，用于将所述pcs切换为与电网端连接的状态或与ups的连接的状态。
29.本实用新型的有益效果在于：本实用新型通过在dcdc与直流母线之间设置高压继电器，或通过一预充模块与dcdc连接，从而在单个电柜需要上高压时，可以通过高压继电器的断开，使得电柜仅需对一个dcdc的电容进行预充，并仅在预充完成后闭合高压继电器，从而保证电柜能够正常上高压，或者在电柜上高压前，先通过预充模块对dcdc的电容完成充电，从而保证电柜能够正常上高压，解决现有直流母线共享式储能系统存在对储能子系统的控制同步要求较高，容错率较低的问题，进而保证直流母线共享式储能系统的正常使用。
附图说明
30.图1为本新型实施例一的一种可预充的直流母线共享式储能系统架构的整体示意图；
31.图2为本新型实施例二的一种可预充的直流母线共享式储能系统架构的整体示意图；
32.图3为本新型背景技术所描述的一种直流母线共享式储能系统架构的整体示意图；
33.图4为本新型实施例的一种可预充的直流母线共享式储能系统架构的部分电路示例的示意图；
34.图5为本新型背景技术所描述的一种直流母线共享式储能系统架构的部分原理辅助示意图；
35.图6为本新型实施例三的一种可预充的直流母线共享式储能系统架构的整体示意图。
具体实施方式
36.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
37.请参照图1和图4，一种可预充的直流母线共享式储能系统架构，包括共享直流母线以及并联于所述共享直流母线的一个以上的储能子系统；
38.所述储能子系统包括电柜端、dcdc和高压继电器，所述电柜端和dcdc连接，且所述dcdc通过所述高压继电器并联于所述共享直流母线。
39.从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：本实用新型通过在dcdc与直流母线之间设置高压继电器，从而在单个电柜需要上高压时，可以通过高压继电器的断开，使得电柜仅需对一个dcdc的电容进行预充，并仅在预充完成后闭合高压继电器，从而保证电柜能够正常上高压，解决现有直流母线共享式储能系统存在对储能子系统的控制同步要求较高，容错率较低的问题，进而保证直流母线共享式储能系统的正常使用。
40.进一步地，所述电柜端包括电柜电源、主正继电器、主负继电器、预充继电器和预充电阻；
41.所述电柜电源的正极一端通过所述主正继电器与所述dcdc的一端连接，所述电柜电源的负极一端通过所述主负继电器与所述dcdc的另一端连接；
42.所述预充电阻和所述预充继电器串联，且均并联于所述主正继电器。
43.由上述描述可知，以上电柜端的线路连接结构作为本新型的一种具体实施例。
44.进一步地，还包括负载和电网端，所述储能子系统还包括pcs；
45.所述pcs并联于所述共享直流母线，所述pcs连接于负载且通过变压器与电网端连接。
46.由上述描述可知，还包括与负载和电网端连接的pcs作为本新型的一种具体实施例。
47.还包括ats开关和ups；
48.所述ats开关与ups连接，且设于所述pcs与电网端之间，用于将所述pcs切换为与
电网端连接的状态或与ups的连接的状态。
49.由上述描述可知，由于直流母线共享式储能系统中储能子系统的pcs也存在电容，所以，pcs电容也是需要进行预充电的。在并网的情况下，pcs电源是由电网供电的，pcs电容也是电网进行充电，因此电柜预充的时候不需要考虑pcs电容。而在系统离网的情况下，pcs电容得不到电网充电，电柜的预充就增加了pcs电容这一项。本新型通过增加ats开关与ups，从而在离网模式下可以通过ats开关使pcs的电容通过ups进行充电，来解决这一问题。
50.请参照图2和图4，一种可预充的直流母线共享式储能系统架构，包括共享直流母线、预充模块以及并联于所述共享直流母线的一个以上的储能子系统；
51.所述储能子系统包括电柜端和dcdc，所述电柜端和dcdc连接，且所述dcdc并联于所述共享直流母线；
52.所述预充模块连接于所述dcdc连接和所述共享直流母线之间。
53.从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：本实用新型通过一预充模块与dcdc连接，从而在一个电柜需要上高压前，先通过预充模块对dcdc的电容完成充电，从而保证电柜能够正常上高压，解决现有直流母线共享式储能系统存在对储能子系统的控制同步要求较高，容错率较低的问题，进而保证直流母线共享式储能系统的正常使用。
54.进一步地，所述预充模块的数量与所述dcdc相同，每个所述预充模块分别与一所述dcdc连接。
55.由上述描述可知，直流母线共享储能系统的多个储能子系统不追求同时启动的情况下，只需配置一个预充模块即可同时给4个储能子系统的dcdc的电容充电，反之，我们也可以通过给每个储能子系统的dcdc分别配置一个预充模块，来保证多个储能子系统的同时启动。
56.进一步地，所述电柜端包括电柜电源、主正继电器、主负继电器、预充继电器和预充电阻；
57.所述电柜电源的正极一端通过所述主正继电器与所述dcdc的一端连接，所述电柜电源的负极一端通过所述主负继电器与所述dcdc的另一端连接；
58.所述预充电阻和所述预充继电器串联，且均并联于所述主正继电器。
59.由上述描述可知，以上电柜端的线路连接结构作为本新型的一种具体实施例。
60.进一步地，还包括负载和电网端，所述储能子系统还包括pcs；
61.所述pcs并联于所述共享直流母线，所述pcs连接于负载且通过变压器与电网端连接。
62.由上述描述可知，还包括与负载和电网端连接的pcs作为本新型的一种具体实施例。
63.进一步地，还包括ats开关和ups；
64.所述ats开关与ups连接，且设于所述pcs与电网端之间，用于将所述pcs切换为与电网端连接的状态或与ups的连接的状态。
65.由上述描述可知，由于直流母线共享式储能系统中储能子系统的pcs也存在电容，所以，pcs电容也是需要进行预充电的。在并网的情况下，pcs电源是由电网供电的，pcs电容也是电网进行充电，因此电柜预充的时候不需要考虑pcs电容。而在系统离网的情况下，pcs电容得不到电网充电，电柜的预充就增加了pcs电容这一项。本新型通过增加ats开关与
ups，从而在离网模式下可以通过ats开关使pcs的电容通过ups进行充电，来解决这一问题。
66.本实用新型的一种可预充的直流母线共享式储能系统架构，适用于需要将多个储能系统的直流母线并联在同一条母线上，形成直流母线共享式储能系统，且对于各个储能系统的同步上高压可能存在困难的场景。
67.请参照图1和图4，本实用新型的实施例一为：
68.一种可预充的直流母线共享式储能系统架构，包括共享直流母线、负载、电网端以及并联于共享直流母线的一个以上的储能子系统。
69.本实施例中，所述并联于所述共享直流母线的储能子系统数量为4个，在其他等同实施例中，储能子系统的数量可以根据需求调整。
70.如图1所示，储能子系统包括电柜端、dcdc、pcs(即图中的acdc)和高压继电器，电柜端和dcdc连接，且电柜端和dcdc通过高压继电器并联于共享直流母线；
71.pcs并联于共享直流母线，pcs连接于负载且通过变压器与电网端连接。
72.本实施例中，所述变压器具体为双绕组变压器。
73.本实施例中，如图1所示，在dcdc与共享直流母线之间增加一个高压继电器(具体为高压直流继电器)，用于隔断储能子系统a与其他储能子系统的直流母线连接，这样就避免了电柜a需要同时给4个储能子系统的dcdc的电容充电情况，实现各个电柜只给各自的dcdc的电容进行预充，就不会出现预充超时的情况。
74.在各个储能子系统预充完成后，电池上高压，dcdc启动，将电柜电压升压到750vdc，建立了母线电压。在各个储能子系统均建立母线电压后，可以由ems控制高压继电器a、b、c、d常开点闭合，从而实现了储能子系统直流母线共享的架构，且避免了由于直流母线的共享造成的直流母线电容过大，导致预充失败，储能系统启动失败的情况。
75.本实施例中，如图4所示，电柜端包括电柜电源、主正继电器、主负继电器、预充继电器和预充电阻；电柜电源的正极一端通过主正继电器与dcdc的一端连接，电柜电源的负极一端通过主负继电器与dcdc的另一端连接；预充电阻和预充继电器串联，且均并联于主正继电器。在其他等同实施例中，电柜端的具体设置可能有所不同。
76.请参照图2和图4，本实用新型的实施例二为：
77.一种可预充的直流母线共享式储能系统架构，包括共享直流母线、预充模块、负载、电网端以及并联于共享直流母线的一个以上的储能子系统。
78.本实施例中，所述并联于所述共享直流母线的储能子系统数量为4个，在其他等同实施例中，储能子系统的数量可以根据需求调整。
79.如图2所示，储能子系统包括电柜端、pcs和dcdc，电柜端和dcdc连接，且电柜端和dcdc均并联于共享直流母线；
80.pcs并联于共享直流母线，pcs连接于负载且通过变压器与电网端连接。
81.本实施例中，所述变压器具体为双绕组变压器。
82.预充模块与一dcdc连接。
83.本实施例中，储能子系统在dcdc与母线之间增加了一个预充模块。预充模块的输入为交流电，将交流电整流成直流输出给dcdc电容进行预充。因此，直流母线共享式储能系统中的储能子系统启动流程为，先启动预充模块，给dcdc的电容进行充电。dcdc的电容充电完成后，电柜上高压，由于dcdc的电容已经充电完成，电容电压已经抬升，|u
电柜-u
电容
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此电柜是可以正常上高压的，不存在预充超时的问题。电柜上高压之后，dcdc已具备启动的条件，就可以正常的建立直流母线电压，从而，整个直流母线共享式储能系统就可以正常的开机运转了。
84.本实施例中，如图2所示，预充模块的数量为一个，且与系统中的一个dcdc连接，在其他等同实施例中，预充模块的数量也可以与dcdc的数量等同，且每个预充模块分别与一个dcdc连接。
85.需要注意的是，预充模块可以同时给4个储能子系统的dcdc的电容充电，也就是说，如果直流母线共享储能系统不追求同时启动，只需要配置一个预充即可。反之，则一个储能子系统配置一个预充模块。
86.本实施例中，如图4所示，电柜端包括电柜电源、主正继电器、主负继电器、预充继电器和预充电阻；电柜电源的正极一端通过主正继电器与dcdc的一端连接，电柜电源的负极一端通过主负继电器与dcdc的另一端连接；预充电阻和预充继电器串联，且均并联于主正继电器。在其他等同实施例中，电柜端的具体设置可能有所不同。
87.请参照图6，本实用新型的实施例三为：
88.一种可预充的直流母线共享式储能系统架构，在实施例一或二的基础上，于pcs和电网端之间增设了一个ats开关(即atse，automatic transfer switching equipment，自动转换开关电器，或称双电源转换开关)，且ats开关与ups(uninterruptible power supply，不间断电源)连接。
89.由于储能子系统的pcs也存在电容，所以，pcs电容也是需要进行预充电的。在并网的情况下，pcs电源是由电网供电的，pcs电容也是电网进行充电，因此电柜预充的时候不需要考虑pcs电容。而在系统离网的情况下，pcs电容得不到电网充电，电柜的预充就增加了pcs电容这一项。电容的容值增大了，电柜就无法在制定的时间预充成功。
90.为了解决可能存在系统离网的情况下出现的上述问题，我们于储能子系统中，电网端与pcs之间增加一个ats开关，且ats开关与一ups连接。当储能系统离网启动时，pcs的交流供电由电网转换成ups。pcs电容由ups进行预充。pcs的电容预充完成后，储能子系统的电柜就可以正常上高压了。
91.因此，离网状态下储能子系统的开机流程为：
92.1.ups开机，给pcs电容进行预充。
93.2.启动预充模块，给dcdc电容进行充电。
94.3.电柜上高压。
95.4.dcdc开机，建立母线电压。
96.5.ups关机，系统开机完成。
97.即，本实施例中，为了解决系统离网启动，pcs的电容也需要进行预充，导致可能出现电柜需要预充的电容的容值增大，电柜无法在制定时间内预充成功的情况，在电网端与pcs之间增加一个ats开关，且ats开关与一ups连接，使得离网状态下可以由ups提供电源为pcs的电容进行预充，保证储能子系统的正常启动。
98.综上所述，本实用新型提供的一种可预充的直流母线共享式储能系统架构，通过在dcdc与直流母线之间设置高压继电器，或通过一预充模块与dcdc连接，从而在单个电柜需要上高压时，可以通过高压继电器的断开，使得电柜仅需对一个dcdc的电容进行预充，并
仅在预充完成后闭合高压继电器，从而保证电柜能够正常上高压，或者在电柜上高压前，先通过预充模块对dcdc的电容完成充电，从而保证电柜能够正常上高压，解决现有直流母线共享式储能系统存在对储能子系统的控制同步要求较高，容错率较低的问题，进而保证直流母线共享式储能系统的正常使用，此外，通过在电网端与pcs之间增加一个ats开关，且ats开关与一ups连接，能够进一步保证在离网状态下，储能子系统的正常启动。
99.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。