能量雙向變換器的運用

能量雙向變換器系統(tǒng)的運用

深圳市高斯寶電氣技術有限公司

2012-08-25高效節(jié)能技術目錄■公司概況■項目概況■典型運用一■典型運用二公司概況__簡介深圳市高斯寶電氣技術有限公司

成立于2006年,位于深圳市寶安區(qū)。公司致力于電子電力領域電源、磁控管驅動電源、節(jié)能環(huán)保電源、通訊設備電源等的技術研發(fā)、產(chǎn)品制造和設備集成?！龉靖艣r■項目概況■典型運用一■典型運用二■前言項目概況__前言在能源日趨緊張的今天，節(jié)能技術的運用尤為重要，高斯寶電氣技術公司憑借多年的技術積累和創(chuàng)新，在實現(xiàn)能量轉換領域取得突破性成果，主要專利包括：201120002782.4：《一種能量雙向流動的電池充放電系統(tǒng)》201220003012.6：《一種三相交流和直流的雙向變換器》201220003011.1：《一種單相交流和直流的雙向變換器》201210002151.1：《一種隔直流雙向變換器》201220129691.1：《一種能實現(xiàn)輸出恒流控制的開關電源電路》為電池生產(chǎn)企業(yè)實現(xiàn)新型節(jié)能的化成與分容系統(tǒng)，革新了電池生產(chǎn)工藝和成本控制；同時也為儲能行業(yè)和新能源接入電網(wǎng)提供了高效的解決方案。典型運用：1.基于級聯(lián)雙向變換器和公共母線的節(jié)能型電池化成分容系統(tǒng)2.新型儲能及新能源接入一體化方案■公司概況■項目概況■典型運用一■典型運用二典型運用一：基于級聯(lián)雙向變換器和公共母線的節(jié)能型電池化成分容系統(tǒng)■項目簡介

本項目是為新型電池生產(chǎn)中的化成分容過程提供一種全新的高效節(jié)能的方案，實現(xiàn)單相/三相隔離雙向變換器及數(shù)字控制，高精度不隔離雙向變換器及其數(shù)字控制，采用DSP對隔離和不隔離的雙向變換器進行數(shù)字控制，實現(xiàn)能量雙向流動的共公直流母線，并通過上位機的智能控制，實現(xiàn)電池化成分容時在盡量在公共直流母線級進行能量雙向流動和共享。對于多余和不足的能量，則通過雙向變換器在交流母線級進行共享。項目的預期目標是進行關鍵技術突破，最終實現(xiàn)高效節(jié)能的電池化成分容系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化，能夠最大限度的實現(xiàn)化成分容過程中的能量重復利用或回收，降低電池化成分容過程中的能源能耗，實現(xiàn)綠色節(jié)能，支持電池行業(yè)的發(fā)展。 項目概況__化成分容系統(tǒng)

■項目的先進性本項目的先進性一方面體現(xiàn)在系統(tǒng)結構的先進性，采用多級能量雙向流動的公共母線和分時批處理模式實現(xiàn)各個層次的能量回收共享，另一方面體現(xiàn)在技術先進性上，采用數(shù)字控制的隔離和不隔離的雙向變換器是項目實現(xiàn)的主要技術。項目的先進性表現(xiàn)在以下幾個方面：

1、在多級直流母線范疇內進行能量的復用，提高節(jié)能的效率；

2、采用分時充放電模式實現(xiàn)高層次的共享；

3、全部環(huán)節(jié)采用雙向變換器，實現(xiàn)最大效率的節(jié)能；

4、全數(shù)字控制的隔離雙向變換器和非隔離雙向變換器；

5、充放電是進行同步整流的Buck和Boost控制，或全橋控制；

6、前級的雙向變換器可實現(xiàn)并聯(lián)，提高系統(tǒng)可靠性，方便擴容；

7、后級的雙向變換器采用全數(shù)字控制，方便設置和集散控制；

8、采用模塊化結構，可根據(jù)客戶需要，迅速配置出客戶需求的產(chǎn)品。項目概況__化成分容系統(tǒng)項目概況__化成分容系統(tǒng)最小系統(tǒng)構成項目概況__化成分容系統(tǒng)例：采用每顆3.8V2AH電池進行三充兩放工藝評估，1A充放電電流傳統(tǒng)方案：采用6V線性充電和放電模式；消耗的功率為(6V*1A*3)/0.7=25.7w；最小系統(tǒng)方案：1A充電和放電消耗的功率為：3V*1A/(0.85*0.9)*3-3V*1A*(0.85*0.9)*2=7.2w所需功率為原先的28%■最小系統(tǒng)的節(jié)能效果項目概況__化成分容系統(tǒng)復雜系統(tǒng)構成■復雜系統(tǒng)的節(jié)能效果例：采用每顆3.8V2AH電池進行三充兩放工藝評估，1A充放電電流

傳統(tǒng)方案：采用6V線性充電和放電模式，消耗的功率為：

(6V*1A*3)/0.7=25.7w；最優(yōu)系統(tǒng)方案：如果完全最優(yōu)，電池放電完全給其它電池充電。所需要的能量不需要再從直流變換為交流，和再從交流變換為直流的過程，因此效率可以提升，可以近似為：

7.2*0.85*0.85=5.2w所需功率為原先的20%項目概況__化成分容系統(tǒng)

■項目所解決的關鍵技術

1、單相輸入到直流母線的隔離雙向變換技術高頻隔離的雙向變換器，采用數(shù)字控制，簡化系統(tǒng)，降低系統(tǒng)造價。2、三相輸入到直流母線的隔離雙向變換技術

大功率場合情況下，需采用三相功率電源。因此需研究三相輸入的高頻隔離雙向變換器，其相關控制和算法是解決問題的關鍵。

3、雙向變換器數(shù)字控制及輸出并聯(lián)技術

本方案中采用DSP進行數(shù)字控制，輸出并聯(lián)采用CANbus通信進行均流，避免雙向變換器形成環(huán)流。

4、不隔離的雙向變換器的數(shù)字控制技術

針對產(chǎn)業(yè)化的需要，有兩種不隔離的雙向變換器，一種不需要放電到零，一種需要放電到零，因此需對其拓撲和控制進行研究，特別是為簡化系統(tǒng)設置和上位機通信，可采用數(shù)字控制實現(xiàn)。項目概況__化成分容系統(tǒng)■項目所解決的關鍵技術

5、基于公共直流母線的分時電池充放電控制技術

采用公共直流母線和分時控制模式，可以實現(xiàn)能量在直流母線級的共享，對系統(tǒng)管理和分時控制，需結合產(chǎn)業(yè)需要精心設計。6、電池電壓放電到零的拓撲及數(shù)字控制方法

在動力電池，液流電池（大功率儲能用）等應用場合，將電池電壓放電到零，進行清空是必要工藝過程，研究合理的拓撲和控制方法是必要的。7、開關型高精度電流電壓控制及采樣系統(tǒng)

采用數(shù)字控制能夠簡化系統(tǒng)設計，提高系統(tǒng)控制的靈活性，但由于其自帶的精度為12位AD，如何提高系統(tǒng)精度，滿足實際使用的需要，是需要研究的關鍵問題之一。項目概況__化成分容系統(tǒng)

■項目在執(zhí)行期內可考核的技術指標

高頻單相/三相隔離變換器基本指標如下表：

項目概況__化成分容系統(tǒng)

■項目在執(zhí)行期內可考核的技術指標

數(shù)字控制非隔離變換器基本指標如下表：項目概況__化成分容系統(tǒng)■本項目在行業(yè)發(fā)展中的地位和作用

1、能夠給電池生產(chǎn)過程提供高效節(jié)能的方案；2、形成多級直流母線進行能量在各級直流母線進行共享，大部分能量不需要回饋到電網(wǎng)就能夠實現(xiàn)復用；3、支撐中小容量，大容量電池等混合生產(chǎn)的化成分容，將革新大規(guī)模電池生產(chǎn)過程中化成和分容的節(jié)能模式；4、引領行業(yè)的發(fā)展，實現(xiàn)綠色、高效節(jié)能，支撐電池工業(yè)的大規(guī)模發(fā)展。項目概況__化成分容系統(tǒng)■項目預計實現(xiàn)的社會效益1、節(jié)能減排；2、本項目技術先進，將帶動電池化成分容技術進步；3、大幅降低系統(tǒng)成本造價，系統(tǒng)提升工廠分容化成時的節(jié)能水平；4、增強國產(chǎn)產(chǎn)品的競爭力；5、可創(chuàng)造新的就業(yè)崗位；6、帶動相關聯(lián)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。項目概況__化成分容系統(tǒng)■公司概況■項目概況■典型運用一■典型運用二典型運用二：新型儲能及新能源接入一體化方案■項目簡介

本項目是為儲能系統(tǒng)提供一套高效節(jié)能的方案，從實現(xiàn)簡單的電池儲能的高效整流、逆變，到集合多種新型能源（如太陽能、風能、生物質能等）的接入電網(wǎng)方案，以至建立完整的萬能一體化企業(yè)內部微網(wǎng)系統(tǒng)，使錯峰用電，以及各種新能源的補充供電有系統(tǒng)的解決方案，同時通過諧波治理，減少無功損耗；通過內部微網(wǎng)系統(tǒng)，將多種新型能源及后備能源優(yōu)先在本地使用，最大限度減少對公共電網(wǎng)的沖擊。項目在關鍵技術取得突破，配合智能控制系統(tǒng)，將大幅度降低儲能過程的損耗和整體成本，促使儲能及新能源的廣泛實際運用。 項目概況__儲能及新能源項目概況__儲能及新能源基本系統(tǒng)：電池儲能系統(tǒng)整流/逆變電池充放電管理功能及特點：1.可實現(xiàn)對電池儲能的高效管理；2.可實現(xiàn)對電網(wǎng)的諧波補償；3.適合運用在錯峰用電及后備電源領域。電池組項目概況__儲能及新能源新型儲能及諧波治理：新能源接入一體化方案整流/逆變工廠負載電流檢測電流檢測電池接入模塊太陽能接入模塊風能接入模塊生物質能發(fā)電接入模塊控制系統(tǒng)直流母線功能及特點：1.可實現(xiàn)對電池儲能的高效管理；2.可通過新能源給電池充電，多余能量通過電網(wǎng)平滑后接入電網(wǎng)；3.太陽能、風能、生物質能等多種新能源互補運用；4.減少對電網(wǎng)的沖擊影響；5.同時進行諧波治理，減少無功損耗。項目概況__儲能及新能源最優(yōu)系統(tǒng)：一體化接入微網(wǎng)系統(tǒng)整流工廠負載電池接入模塊太陽能接入模塊風能接入模塊生物質能發(fā)電接入模塊控制系統(tǒng)逆變直流母線功能及特點：1.萬能一體化系統(tǒng)，從電網(wǎng)只吸收有功，諧波保持良好；2.工廠組成微網(wǎng)系統(tǒng)，電網(wǎng)停電情況下，可利用自身系統(tǒng)的新能源、電池等保障運行；3.新能源優(yōu)先自身微網(wǎng)使用，不沖擊電網(wǎng)，對電網(wǎng)無影響；4.電池儲能平滑應用，優(yōu)先選擇新能源對電池充電；5.多種新能源互補應用。

公司堅持以電力電子及其控制技術作為公司的核心競爭