(12)实用新型专利
(10)授权公告号 CN 207134805 U(45)授权公告日 2018.03.23
(21)申请号 201720904453.6(22)申请日 2017.07.24
(73)专利权人 日月元科技(深圳)有限公司
地址 518126 广东省深圳市宝安区西乡街
道107国道西乡段467号（固戍路口边）愉盛工业区第5栋1楼A,2至4楼专利权人 旭隼科技股份有限公司(72)发明人 王伟旭 周邦华 戴日增 谢卓明 (74)专利代理机构 北京康信知识产权代理有限
责任公司 11240
代理人 梁丽超 刘丹(51)Int.Cl.
H02J 3/38(2006.01)H02J 3/32(2006.01)
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利(54)实用新型名称
离网并网无缝切换的储能系统(57)摘要
本实用新型公开一种离网并网无缝切换的储能系统，包括有一双向直流-交流转换器、一直流母线、一直流-交流转换器、一双向直流-直流变换器及一最大功率追踪电路，是应用在太阳能光电板与市电相耦接并且驱动一负载。于并网工作时，经过最大功率追踪之后得到的光电能量可以经由双向直流-直流变换器存储到电池中，也可以通过双向直流-交流转换器回馈给市电，同时可经过直流-交流转换器的逆变作用输出给负载。于离网工作时，负载的能量来源能够是来源于自市电电网经过双向直流-交流转换器中的单独整流作用，也可来源于经过最大功率追踪电路后得到的光电能量，也可来源于电池经由双向直流-直流变换器的放电，使负载获得能量。
权利要求书4页 说明书9页 附图6页
CN 207134805 UCN 207134805 U
权 利 要 求 书
1/4页
1.一种离网并网无缝切换的储能系统，是应用于太阳能光电板与市电相耦接并且驱动一负载，其特征在于，该离网并网无缝切换的储能系统包括有：
一双向直流-交流转换器，耦接于该市电，且与该市电之间的电能为双向传输；一直流母线，耦接于该双向直流-交流转换器，使该直流母线与该市电之间的电能为双向传输；
一直流-交流转换器，该直流-交流转换器有一输入端耦接于该直流母线，该直流-交流转换器有一输出端耦接于该负载；
一双向直流-直流变换器，一端耦接于该直流母线，另一端耦接于一电池，使该直流母线与该双向直流-直流变换器之间的电能为双向传输；并使该双向直流-直流变换器与该电池的电能为双向传输；该双向直流-直流变换器包括有一第一级电路及一第二级电路，该第一级电路与该第二级电路相耦接；以及
一最大功率追踪电路，输入端耦接于该太阳能光电板，输出端耦接于该直流母线；其中，当并网工作时，该双向直流-交流转换器的工作是作为逆变转换之用；当离网工作时，该双向直流-交流转换器的工作仅作为整流之用或者是不作用。
2.如权利要求1所述的离网并网无缝切换的储能系统，其特征在于，其中所述直流母线为一直流电源总线。
3.如权利要求1所述的离网并网无缝切换的储能系统，其特征在于，其中当所述并网工作时，该太阳能光电板经过该最大功率追踪电路传输之后所得到的光电能量，经由该直流母线再经由该双向直流-直流变换器存储到该电池中，且能通过该双向直流-交流转换器回馈给该市电，同时能经过该直流-交流转换器的逆变作用输出给该负载。
4.如权利要求1所述的离网并网无缝切换的储能系统，其特征在于，其中当所述离网工作时，该负载的能量来源是能够来自该市电的电网经过该双向直流-交流转换器中的整流作用，并且能来源自经过该最大功率追踪电路后所得到的太阳的光电能量，以及能来源自该电池经由该双向直流-直流变换器的放电，经由该直流母线与该直流-交流转换器的逆变作用，使该负载获得电能量。
5.如权利要求1所述的离网并网无缝切换的储能系统，其特征在于，其中所述双向直流-交流转换器是包括有一正母线端B+、一负母线端B-、一中心线N以及一电压输出端X，该正母线端B+以及该负母线端B-是耦接于该直流母线，于该双向直流-交流转换器中包括：
一C11电容，一端耦接于该正母线端B+，另一端耦接于该中心线N；一S1开关，该S1开关的第一端耦接于该正母线端B+；一D11二极管，该D11二极管的第一端耦接于该中心线N，该D11二极管的第二端耦接于该S1开关的第二端；
一S2开关，该S2开关的第一端耦接于该S1开关的第二端，该S2开关的第二端耦接于该电压输出端X；
一C12电容，一端耦接于该负母线端B-，另一端耦接于该中心线N；一S4开关，该S4开关的第二端耦接于该负母线端B-；一D12二极管，该D12二极管的第一端耦接于该S4开关的第一端，该D11二极管的第二端耦接于该中心线N；以及
一S3开关，该S3开关的第二端耦接于该S4开关的第一端，该S3开关的第一端耦接于该
2
CN 207134805 U
权 利 要 求 书
2/4页
电压输出端X；
其中，于该中心线N及该电压输出端X之间，设置有一第一二极管电路及一第二二极管电路。
6.如权利要求5所述的离网并网无缝切换的储能系统，其特征在于，其中所述第一二极管电路包括：
一D1二极管，该D1二极管的第二端耦接于该电压输出端X；一C1电容，该C1电容的一端耦接于该中心线N，另一端耦接于该D1二极管的第一端；以及
一R1电阻，一端耦接于该D1二极管的第一端，另一端耦接于该负母线端B-；其中所述第二二极管电路包括：一D2二极管，该D2二极管的第一端耦接于该电压输出端X；一C2电容，该C2电容的一端耦接于该中心线N，另一端耦接于该D2二极管的第二端；以及
一R2电阻，一端耦接于该D2二极管的第二端，另一端耦接于该正母线端B+。7.如权利要求1所述的离网并网无缝切换的储能系统，其特征在于，其中当所述直流-交流转换器于运用于单相的负载时，该直流-交流转换器包括：一C41电容，并联连接于该直流母线；一S41开关，有第一端耦接于该直流母线；一S42开关，有第一端耦接于该S41开关的第二端并且接地，该S42开关有第二端耦接于该直流母线；
一S43开关，有第一端耦接于该直流母线；一S44开关，有第一端耦接于该S43开关的第二端，该S44开关有第二端耦接于该直流母线；
一L40电感，有第一端耦接于该S43开关的第二端；以及一C42电容，有第一端耦接于该L40电感的第二端，该C42电容有第二端为接地。8.如权利要求1所述的离网并网无缝切换的储能系统，其特征在于，其中当所述直流-交流转换器于运用于三相的负载时，该直流-交流转换器包括：一C41电容，并联连接于该直流母线；一S41开关，有第一端耦接于该直流母线；一S42开关，有第一端耦接于该S41开关的第二端，该S42开关有第二端耦接于该直流母线；
一S43开关，有第一端耦接于该直流母线；一S44开关，有第一端耦接于该S43开关的第二端，该S44开关有第二端耦接于该直流母线；
一S45开关，有第一端耦接于该直流母线；一S46开关，有第一端耦接于该S45开关的第二端，该S46开关有第二端耦接于该直流母线；
一L41电感，有第一端耦接于该S45开关的第二端；一C43电容，有第一端耦接于该L41电感的第二端，该C43电容有第二端为接地；
3
CN 207134805 U
权 利 要 求 书
3/4页
一L42电感，有第一端耦接于该S43开关的第二端；一C44电容，有第一端耦接于该L42电感的第二端，该C44电容有第二端为接地；一L43电感，有第一端耦接于该S41开关的第二端；以及一C45电容，有第一端耦接于该L43电感的第二端，该C45电容有第二端为接地。9.如权利要求1所述的离网并网无缝切换的储能系统，其特征在于，其中所述双向直流-直流变换器中的该第一级电路包括：
一L61电感，有第一端耦接于该电池的正极端；一C61电容，有第一端耦接于该L61电感的第二端，该C61电容有第二端耦接于该电池的负极端；
一S61开关，有第一端耦接于该L61电感的第二端；一S62开关，有第一端耦接于该S61开关的第二端，该S62开关有第二端耦接于该电池的负极端；
一S63开关，有第一端耦接于该L61电感的第二端；一S64开关，有第一端耦接于该S63开关的第二端，该S64开关有第二端耦接于该电池的负极端；
一L62电感，有第一端耦接于该S61开关的第二端，一Tr变压器，一次侧的第一端耦接于该L62电感的第二端，一次侧的第二端耦接于该S64开关的第一端；
一S65开关，有第一端耦接于该第二级电路的第一端，该S65开关有第二端耦接于该Tr变压器的二次侧的第一端；
一S66开关，有第一端耦接于该S65开关的第二端，该S66开关有第二端耦接于该第二级电路的第二端；
一S67开关，有第一端耦接于该第二级电路的第一端，该S67开关有第二端耦接于该Tr变压器的二次侧的第二端；以及
一S68开关，有第一端耦接于该S67开关的第二端，该S68开关有第二端耦接于该第二级电路的第二端。
10.如权利要求1所述的离网并网无缝切换的储能系统，其特征在于，其中所述双向直流-直流变换器中，有一第二级电路第一端及一第二级电路第二端，该第二级电路包括：
一C62电容，有一端耦接于该第二级电路第一端，有另一端耦接于该第二级电路第二端；
一L63电感，有第一端耦接于该第二级电路第一端；一S71开关，有第二端耦接于该L63电感的第二端，该S71开关有第一端耦接于该第二级电路的正极端；
一S73开关，有第一端耦接于该L63电感的第二端，该S73开关有第二端为接地；一C63电容，有一端耦接于该第二级电路的正极端，有另一端为接地；一S72开关，有第二端耦接于该第二级电路的负极端，该S72开关有第一端耦接于该第二级电路第二端；
一S74开关，有第一端耦接于该S73开关的第二端，该S74开关有第二端耦接于该第二级电路第二端；以及
4
CN 207134805 U
权 利 要 求 书
4/4页
一C64电容，有一端耦接于该第二级电路的负极端，有另一端为接地。
5
CN 207134805 U
说 明 书
离网并网无缝切换的储能系统
1/9页
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种离网并网无缝切换的储能系统，特别是一种当市电丢失时，负载仍由太阳能及电池供给电能的离网并网无缝切换的储能系统。
背景技术
[0002]现有的离网型态的储能系统中，主要是市电连接一个第一开关再连接至负载，太阳光电能的输出连接到电池且同时连接一个整流逆变转换器之后，整流逆变转换器再由一个第二开关的连接后而连接到负载。如此，现有的电路架构的运作方式说明如下：当市电存在时，太阳光电能和电池的能量可以经过逆变后，再经过第二开关，供给电能传送给负载，同时也可以经过第一开关，回馈到市电的电网上；当太阳供电能的能量不足时，市电也可以经过第一开关，供给负载，同时经过第二开关执行整流进而对电池充电。此乃目前离并网一体型态的逆变器中最常见的一种工作方式。另外，当市电丢失时，即指市电停电或断电之时，整个系统会断开该第一开关，在整个系统中所运作的机器会由并网模式切换到离网模式工作，继续由电池和太阳光电能供应电能给负载；另当市电恢复时，该机器会先断开第二开关，然后接合上第一开关，且当该机器中的主要控制器完成了离网到并网的切换动作后，再接合上第二开关。[0003]然而，在这个并网切换为离网和离网切换为并网的过程中，由于第一开关和第二开关会存在有切换动作的作业时间，即负载端会存在有数毫秒的断电时间。如果是采用继电器作为开关组件，则一般会有5毫秒至10 毫秒的切换时间，如果是采用的可控硅的相关半导体组件，则需视市电供应的情况而定，也可能会存在有1毫秒至10毫秒不等的切换时间。如此，对于断电时间要求很高的精密负载，若存在有数毫秒的切换时间，系统还是会引起负载被断电，这也是现有的离并网储能一体逆变器的一个不足的地方与必须改进的缺失，另从某种程度上而言，离并网储能一体逆变器是无法为对电网断电时间要求很高的地区提供储能的解决方案，有待且必要加以改善。实用新型内容
[0004]本实用新型涉及一种离网并网无缝切换的储能系统，当市电存在时，市电与直流母线之间的能量流动是双向的，存在有市电带载而能充电，市电馈网的两种情况；太阳能光电板通过最大功率追踪电路后，将能量提供到直流母线中；电池与直流母线之间的能量流动也是双向的，存在着电池能被充电以及电池能够放电的两种情况，以及直流母线经过直流-交流转换器的逆变进而提供能量到负载。当市电停电或断电之时，仅市电与直流母线之间的能量交换被停止，负载依然由该直流母线来供给，直流母线能量的来源乃是源自于太阳能光电板与电池，整个储能系统会自动地切换到离网模式，实现了并网离网的无缝切换，即在执行切换的时候，该负载并没有断电的时间发生。
[0005]本实用新型所述的离网并网无缝切换的储能系统乃应用于太阳能光电板与市电相耦接并且驱动一负载的连接关系中，该储能系统包括有：一双向直流-交流转换器，耦接
6
CN 207134805 U
说 明 书
2/9页
于该市电，且与该市电之间的电能为双向传输；一直流母线，耦接于该双向直流-交流转换器，使该直流母线与该市电之间的电能为双向传输；一直流-交流转换器，该直流-交流转换器有一输入端耦接于该直流母线，该直流-交流转换器有一输出端耦接于该负载；一双向直流-直流变换器，一端耦接于该直流母线，另一端耦接于一电池，使该直流母线与该双向直流-直流变换器之间的电能为双向传输；并使该双向直流-直流变换器与该电池的电能为双向传输；该双向直流-直流变换器包括有一第一级电路及一第二级电路，该第一级电路与该第二级电路相耦接；一最大功率追踪电路，输入端耦接于该太阳能光电板，输出端耦接于该直流母线；其中，当并网工作时，该双向直流-交流转换器的工作是作为逆变转换之用；当离网工作时，该双向直流-交流转换器的工作仅作为整流之用或者是不作用。[0006]在本实用新型的一个实施例中，所述的直流母线为一直流电源总线。[0007]在本实用新型的一个实施例中，所述的并网工作时，该太阳光电能板经过该最大功率追踪电路传输之后所得到的光电能量，经由该直流母线再经由该双向直流-直流变换器存储到该电池中，且能通过该双向直流-交流转换器回馈给该市电，同时能经过该直流-交流转换器的逆变作用输出给该负载。[0008]在本实用新型的一个实施例中，所述的离网工作时，该负载的能量来源是能够来自该市电的电网经过该双向直流-交流转换器中的整流作用，并且能来源自经过该最大功率追踪电路后所得到的太阳的光电能量，以及能来源自该电池经由该双向直流-直流变换器的放电，经由该直流母线与该直流-交流转换器的逆变作用，使该负载获得电能量。[0009]在本实用新型的一个实施例中，所述的双向直流-交流转换器是包括有一正母线端B+、一负母线端B-、一中心线N及一电压输出端X，该正母线端B+及该负母线端B-是耦接于该直流母线，于该双向直流-交流转换器中包括：一C11电容，一端耦接于该正母线端B+，另一端耦接于该中心线N；一S1开关，该S1开关的第一端耦接于该正母线端B+；一D11 二极管，该D11二极管的第一端耦接与该中心线N，该D11二极管的第二端耦接与该S1开关的第二端；一S2开关，该S2开关的第一端耦接于该S1开关的第二端，该S2开关的第二端耦接于该电压输出端X；一C12 电容，一端耦接于该负母线端B-，另一端耦接于该中心线N；一S4开关，该S4开关的第二端耦接于该负母线端B-；一D12二极管，该D12二极管的第一端耦接与该S4开关的第一端，该D11二极管的第二端耦接与该中心线N；及一S3开关，该S3开关的第二端耦接于该S4开关的第一端，该S3开关的第一端耦接于该电压输出端X；其中，于该中心线N及该电压输出端X之间，并且设置有一第一二极管电路及一第二二极管电路。[0010]在本实用新型的一个实施例中，所述的第一二极管电路包括：一D1 二极管，该D1二极管的第二端耦接于该电压输出端X；一C1电容，该 C1电容的一端耦接于该中心线N，另一端耦接于该D1二极管的第一端；及一R1电阻，一端耦接于该D1二极管的第一端，另一端耦接于该负母线端B-；其中所述的第二二极管电路包括：一D2二极管，该D2二极管的第一端耦接于该电压输出端X；一C2电容，该C1电容的一端耦接于该中心线N，另一端耦接于该D2二极管的第二端；及一R2电阻，一端耦接于该D2二极管的第二端，另一端耦接于该正母线端B+。[0011]在本实用新型的一个实施例中，当所述的直流-交流转换器于运用于单相的负载时，该直流-交流转换器包括：一C41电容，并联连接于该直流母线；一S41开关，有第一端耦接于该直流母线；一S42开关，有第一端耦接于该S41开关的第二端并且接地，该S42开关有第二端耦接于该直流母线；一S43开关，有第一端耦接于该直流母线；一S44开关，有第一端
7
CN 207134805 U
说 明 书
3/9页
耦接于该S43开关的第二端，该S44开关有第二端耦接于该直流母线；一L40电感，有第一端耦接于该S43开关的第二端；及一C42电容，有第一端耦接于该L40电感的第二端，该C42电容有第二端为接地。
[0012]在本实用新型的一个实施例中，当所述的直流-交流转换器于运用于三相的负载时，该直流-交流转换器包括：一C41电容，并联连接于该直流母线；一S41开关，有第一端耦接于该直流母线；一S42开关，有第一端耦接于该S41开关的第二端，该S42开关有第二端耦接于该直流母线；一S43开关，有第一端耦接于该直流母线；一S44开关，有第一端耦接于该S43开关的第二端，该S44开关有第二端耦接于该直流母线；一S45 开关，有第一端耦接于该直流母线；一S46开关，有第一端耦接于该S45 开关的第二端，该S46开关有第二端耦接于该直流母线；一L41电感，有第一端耦接于该S45开关的第二端；一C43电容，有第一端耦接于该L41 电感的第二端，该C43电容有第二端为接地；一L42电感，有第一端耦接于该S43开关的第二端；一C44电容，有第一端耦接于该L42电感的第二端，该C44电容有第二端为接地；一L43电感，有第一端耦接于该S41 开关的第二端；及一C45电容，有第一端耦接于该L43电感的第二端，该 C45电容有第二端为接地。[0013]在本实用新型的一个实施例中，所述的双向直流-直流变换器中的该第一级电路包括：一L61电感，有第一端耦接于该电池的正极端；一C61 电容，有第一端耦接于该L61电感的第二端，该C61电容有第二端耦接于该电池的负极端；一S61开关，有第一端耦接于该L61电感的第二端；一 S62开关，有第一端耦接于该S61开关的第二端，该S62开关有第二端耦接于该电池的负极端；一S63开关，有第一端耦接于该L61电感的第二端；一S64开关，有第一端耦接于该S63开关的第二端，该S64开关有第二端耦接于该电池的负极端；一L62电感，有第一端耦接于该S61开关的第二端，一Tr变压器，一次侧的第一端耦接于该L62电感的第二端，一次侧的第二端耦接于该S64开关的第一端；一S65开关，有第一端耦接于该第二级电路的第一端，该S65开关有第二端耦接于该Tr变压器的二次侧的第一端；一S66开关，有第一端耦接于该S65开关的第二端，该S66开关有第二端耦接于该第二级电路的第二端；一S67开关，有第一端耦接于该第二级电路的第一端，该S67开关有第二端耦接于该Tr变压器的二次侧的第二端；及一S68开关，有第一端耦接于该S67开关的第二端，该S68 开关有第二端耦接于该第二级电路的第二端。
[0014]在本实用新型的一个实施例中，所述的双向直流-直流变换器中，有一第二级电路第一端及一第二级电路第二端，该第二级电路包括：一C62 电容，有一端耦接于该第二级电路第一端，有另一端耦接于该第二级电路第二端；一L63电感，有第一端耦接于该第二级电路第一端；一S71开关，有第二端耦接于该L63电感的第二端，该S71开关有第一端耦接于该第二级电路的正极端；一S73开关，有第一端耦接于该L63电感的第二端，该 S73开关有第二端为接地；一C63电容，有一端耦接于该第二级电路的正极端，有另一端为接地；一S72开关，有第二端耦接于该第二级电路的负极端，该S72开关有第一端耦接于该第二级电路第二端；一S74开关，有第一端耦接于该S73开关的第二端，该S74开关有第二端耦接于该第二级电路第二端；及一C64电容，有一端耦接于该第二级电路的负极端，有另一端为接地。附图说明
[0015]图1为本实用新型实施例的电路模块连接示意图；
8
CN 207134805 U[0016]
说 明 书
4/9页
图2为本实用新型实施例中双向直流-交流转换器与直流-交流转换器的电路连接
示意图；
[0017]图3为本实用新型实施例的直流-交流转换器的另一实施例示意图；[0018]图4为本实用新型实施例的双向直流-直流变换器的电路示意图；[0019]图5为本实用新型实施例的双向直流-交流转换器双向作用示意图；[0020]图6为本实用新型实施例的双向直流-交流转换器单向作用示意图。
具体实施方式
[0021]在下文中将参阅随附图式，借此更充分地描述各种例示性实施例，并在随附图式中展示一些例示性实施例。然而，本实用新型的概念可能以许多不同形式来加以体现，且不应解释为仅限于本文中所阐述的例示性实施例。确切而言，提供此等例示性实施例使得本实用新型将为详尽且完整，且将向熟习此项技术者充分传达本实用新型概念的范畴。在各图式中，能为了清楚而夸示电路模块与组件及各个装置的大小以及相对的位置，其中对于类似数字始终指示类似组件。[0022]应理解，虽然在本文中可能使用术语开关组件是包括有开关组件，是指一种切换组件的表达术语，但并不限定是采用IGBT、BJT、MOS、CMOS、 JFET或是MOSFET，即此等组件不应受此等电子组件实际产品术语的限制。以及本文所出现的第一、第二、第三…；或是S1开关、S41开关、 S44开关、C1电容、C11电容、C2电容、D1二极管、D11二极管、D2 二极管…，此等术语乃用以清楚地区分一组件与另一组件，并非具有一定的组件顺序关系，即有可能会有第一开关、第三开关而无第二开关的组件实施态样，乃非一定具有连续的序号作为组件符号的标示。
[0023]如本文中所使用术语的第一端、第二端、上端或下端、左侧端或右侧端、一次侧或二次侧等等，此等术语乃用以清楚地区分一个组件的一端点与该组件的另一端点，或为区分一组件与另一组件之间，或是一个端点与另一个端点之间为不同，其并非用以限制该文字序号所呈现的顺序关系，且非必然有数字上连续的关系。又，可能使用了术语「及/或」包括相关联的列出项目中的任一者及一或多者的所有组合。再者，本文可能使用术语复数个来描述具有多个组件，但此等复数个组件并不仅限于实施有二个、三个或四个及四个以上的组件数目表示所实施的技术。
[0024]本实用新型公开一种离网并网无缝切换的储能系统，借此本实用新型所设置的直流母线的耦接关系能使得市电经过一级双向直流-交流转换器的耦接，而将市电传送至直流母线，再由一级直流-交流转换器的耦接而将电能传送至负载。且能够针对市电停电或是丢失时，仅仅控制市电与直流母线之间的能量交换设定为停止交换，此时由该直流母线供应电能给负载，其来源为太阳能光电板与电池，系统自然切换至离网模式，实现了并网离网的无缝切换作业，意即为本实用新型的离网并网无缝切换的储能系统所承载的负载没有断电时间发生。
[0025]图1所示，本实用新型所述的离网并网无缝切换的储能系统，是应用于太阳能光电板80与市电10相耦接并且驱动一负载50，本实用新型案的离网并网无缝切换的储能系统包括有一双向直流-交流转换器20、一直流母线30、一直流-交流转换器40、一双向直流-直流变换器60、一电池70 以及一最大功率追踪电路90。其中，双向直流-交流转换器20耦接于市
9
CN 207134805 U
说 明 书
5/9页
电 10，且与市电10之间的电能为双向传输的运作，意即除了市电10能将电能传送给双向直流-交流转换器20再传送到直流母线30之外，所述的双向直流-交流转换器20也能够将直流母线30的电能传输回馈给市电10。图1的直流母线30耦接于双向直流-交流转换器20，同样能够进一步得使直流母线30与市电10之间的电能为双向传输。所述的直流-交流转换器 40耦接于直流母线30，即直流-交流转换器40的输入端是耦接于直流母线30，关于直流-交流转换器40的输出端则是耦接于负载50。
[0026]图1所示的双向直流-直流变换器60的一端(如图1所示双向直流- 直流变换器60
的上端)是双向耦接于直流母线30，另一端(如图1所示双向直流-直流变换器60的上端)则是双向耦接于电池70，能使得直流母线与双向直流-直流变换器之间的电能为双向式的传输；同时使得双向直流-直流变换器60与电池70之间的电能亦为双向传输。并且在双向直流- 直流变换器60中更包括有一第一级电路60a及一第二级电路60b，第一级电路60a与该第二级电路60b两者为相耦接，于图4中再予以说明。本实用新型案的离网并网无缝切换的储能系统中的最大功率追踪电路90，其输入端耦接于太阳能光电板80，输出端耦接于直流母线30，是将太阳能光电板80所产生的光电能经过最大功率追踪90处理候传输至直流母线30 之中。
[0027]针对图1的离网并网无缝切换的储能系统而言，当并网工作时，该双向直流-交流转换器的工作是作为逆变转换之用，更进一步而言，于并网工作模式时，太阳光电能板80经过最大功率追踪电路90传输之后所得到的光电能量，经由直流母线30再经由双向直流-直流变换器60存储到电池70中，并且能通过双向直流-交流转换器20的回传作用而回馈电能给该市电10，同时能经过直流-交流转换器40的逆变作用输出电能给负载 50。[0028]另一方面，当离网工作模式时，负载50的电能的能量来源是能够来自市电10的电网经过双向直流-交流转换器20中的整流作用，并且能够来源自经过最大功率追踪电路90后所得到的太阳的光电能量，以及能来源自电池70经由双向直流-直流变换器60的放电，再汇集一起经由直流母线30与直流-交流转换器40的逆变作用，使得负载50能够获得电能量。即当离网工作时，双向直流-交流转换器20的工作仅作为整流之用或者是不作用。[0029]需强调的是，本实用新型案中的直流母线30，于实务运用与制作上，是能够单纯为一个直流电源总线。[0030]图2所示，是将双向直流-交流转换器20、直流母线30以及直流-交流转换器40的电路图进一步加以说明。其中双向直流-交流转换器20的电路中是包括有一正母线端B+、一负母线端B-、一中心线N及一电压输出端X。正母线端B+及负母线端B-是直接耦接于直流母线30，进一步而言，于双向直流-交流转换器20中包括：有一C11电容，其一端耦接于正母线端B+，C11电容的另一端耦接于中心线N；有一S1开关，其第一端 (如图2所示S1开关的上端)是耦接于正母线端B+；有一D11二极管，该D11二极管有第一端(如图2所示D11二极管的阳极端)耦接与该中心线N，D11二极管的第二端(如图2所示D11二极管的阴极端)耦接与 S1开关的第二端(如图2所示S1开关的下端)；有一S2开关，S2开关的第一端(如图2所示S2开关的上端)耦接于该S1开关的第二端，该S2 开关的第二端(如图2所示S2开关的下端)耦接于该电压输出端X。
[0031]对应于上述的C11电容、S1开关、D11二极管以及S2开关所设置的位置，于所述双向直流-交流转换器20中亦相对设置有一C12电容，其一端耦接于负母线端B-，另一端耦接于
10
CN 207134805 U
说 明 书
6/9页
中心线N；有一S4开关，该S4开关的第二端(如图2所示是指为S4开关的上端)耦接于负母线端B-；有一D12二极管，该D12二极管的第一端(如图2所示D12二极管的阳极端)耦接与该S4开关的第一端(如图2所示是指为S4开关的下端)，该 D11二极管的第二端(如图2所示D12二极管的阴极端)耦接与该中心线 N；以及有一S3开关，该S3开关的第二端(如图2所示是指为S3开关的上端)耦接于该S4开关的第一端，该S3开关的第一端(如图2所示是指为S3开关的下端)耦接于该电压输出端X。于电压输出端X上并设置有一L1电感，作为双向直流-交流转换器20输出端之一所使用。
[0032]在所述双向直流-交流转换器20中，位于中心线N及电压输出端X之间，并且设置有一第一二极管电路及一第二二极管电路。对于所述第一二极管电路是包括：有一D1二极管，于D1二极管的第二端(如图2中D1 二极管的阴极端)耦接于电压输出端X；有一C1电容，C1电容的一端耦接于中心线N，另一端耦接于该D1二极管的第一端(如图2中D1二极管的阳极端)；及有一R1电阻，其一端耦接于该D1二极管的第一端(如图2中D1二极管的阳极端)，R1电阻的另一端耦接于负母线端B-。[0033]另外述的第二二极管电路中包括：有一D2二极管，D2二极管的第一端(如图2中D2二极管的阳极端)耦接于电压输出端X；有一C2电容， C1电容的一端耦接于中心线N，C1电容的另一端耦接于D2二极管的第二端(如图2中D2二极管的阴极端)；以及有一R2电阻，其一端耦接于该D2二极管的第二端(如图2中D2二极管的阴极端)，R2电阻的另一端耦接于正母线端B+。如此完成本实用新型中双向直流-交流转换器20 的电路实施例。[0034]图2中所示的直流-交流转换器40的电路实施例，于实际上运用于单相的负载时，该直流-交流转换器40中包括有一C41电容，乃是并联连接于直流母线30；有一S41开关，S41开关的第一端(如图2所示的S41 开关的上端)耦接于直流母线30；有一S42开关，其第一端(如图2所示的S42开关的上端)耦接于该S41开关的第二端(指如图2所示的S41 开关的下端)并且接地，S42开关的第二端(指如图2所示的S42开关的下端)耦接于直流母线30；有一S43开关，其第一端(如图2所示的S43 开关的上端)耦接于直流母线30；有一S44开关，其第一端(是指如图2 所示的S44开关的上端)耦接于S43开关的第二端(如图2所示的S43 开关的下端)，该S44开关有第二端(如图2所示的S44开关的下端)是耦接于直流母线30；有一L40电感，第一端(指图2中L40电感的上端) 耦接于该S43开关的第二端；以及有一C42电容，有第一端(指图2中 C42电容的上端)耦接于该L40电感的第二端(指图2中L40电感的下端)， C42电容的第二端(图2中C42电容的下端)则为接地。[0035]图3所示，是当本实用新型的离网并网无缝切换的储能系统运用于三相型态的负载时，所述的直流-交流转换器40a的实施例电路图，其中包括：有一C41电容，并联连接于直流母线30；有一S41开关，有第一端(如图3中S41开关的上端)耦接于直流母线30；有一S42开关，有第一端 (如图3中S42开关的上端)耦接于S41开关的第二端(如图3中S41 开关的下端)，S42开关有第二端(如图3中S42开关的下端)耦接于直流母线30；有一S43开关，有第一端(如图3中S43开关的上端)耦接于直流母线30；有一S44开关，其第一端(如图3中S44开关的上端) 耦接于该S43开关的第二端(如图3中S43开关的下端)，S44开关的第二端(如图3中S44开关的下端)耦接于直流母线30。
[0036]图3的离网并网无缝切换的储能系统中亦包括有一S45开关，其第一端(如图3中S45开关的上端)耦接于直流母线30；亦有一S46开关，其第一端(指图3中S46开关的上端)耦
11
CN 207134805 U
说 明 书
7/9页
接于S45开关的第二端(如图3 中S45开关的下端)，于S46开关中有第二端(指图3中S46开关的下端) 耦接于直流母线30；有一L41电感，有第一端耦接于该S45开关的第二端；有一C43电容，有第一端耦接于该L41电感的第二端，该C43电容有第二端为接地；有一L42电感，有第一端耦接于该S43开关的第二端；有一C44电容，有第一端耦接于该L42电感的第二端，该C44电容有第二端为接地；有一L43电感，有第一端耦接于该S41开关的第二端；及有一C45电容，有第一端耦接于该L43电感的第二端，该C45电容有第二端为接地。如此完成图3中所示运用于三相形式负载中所实施的直流-交流转换器40a。[0037]图4所示，本实用新型所述的双向直流-直流变换器60中包括有第一级电路60a以及第二级电路60b，且两者为相耦接的电路，针对所述的第一级电路60a包括：有一L61电感，其第一端耦接于电池70的电池电压 BA的正极端+；有一C61电容，其第一端耦接于该L61电感的第二端，该C61电容有第二端耦接于该电池电压BA的负极端-；有一S61开关， S61开关的第一端(指图4中S61开关的上端)耦接于L61电感的第二端；有一S62开关，其第一端(图4中S62开关的上端)耦接于S61开关的第二端(图4中S61开关的下端)，该S62开关有第二端(图4中S62开关的下端)耦接于电池电压BA的负极端-；另有一S63开关，第一端(指 S63开关的上端)耦接于该L61电感的第二端；并有一S64开关，第一端 (指S64开关的上端)耦接于S63开关的第二端(指S63开关的下端)，该S64开关有第二端(指S64开关的下端)耦接于电池电压BA的负极端 -；有一L62电感，第一端耦接于S61开关的第二端(指S61开关的下端)， L62电感的第二端则耦接有一Tr变压器。[0038]更进一步而言，Tr变压器的一次侧的第一端(指该一次侧的上端)耦接于L62电感的第二端，一次侧的第二端(指该一次侧的下端)耦接于 S64开关的第一端(指S64开关的上端)。对于Tr变压器的二次侧而言，该Tr变压器的二次侧的第一端(指二次侧的上端)耦接有一S65开关的第二端(指S65开关的下端)，Tr变压器的二次侧的第二端(指二次侧的下端)耦接有一S68开关的第一端(指S68开关的上端)。[0039]图4中，第一级电路60a中包括：有所述的S65开关，S65开关有第一端(指S65开关的上端)是耦接于第二级电路第一端X2a；有一S66开关，有第一端(指S66开关的上端)耦接于该S65开关的第二端(指S65 的下端)，该S66开关有第二端(指S66开关的下端)耦接于该第二级电路第二端X2b；有一S67开关，有第一端(指S67开关的上端)耦接于该第二级电路第一端X2a，该S67开关有第二端(指S67开关的下端)耦接于该Tr变压器的二次侧的第二端；及有所述的S68开关，有第一端(指 S68开关的上端)耦接于该S67开关的第二端(指S67开关的下端)，而 S68开关的第二端(指S68开关的下端)耦接于第二级电路第二端X2b。如此，完成本实用新型中双向直流-直流变换器60中的的第一级电路60a，在实际电路设计制作时，所述的第一级电路60a能够是一个双向直流-直流变换器的电路实施方式。[0040]图4中所述双向直流-直流变换器60中的的第二级电路60b，则包括：有一C62电容，有一端耦接于该第二级电路第一端X2a，有另一端耦接于该第二级电路第二端X2b；有一L63电感，第一端(指L63电感的左侧端) 耦接于该第二级电路第一端X2a；有一S71开关，第二端(指S71开关的左侧端)耦接于L63电感的第二端(指L63电感的右侧端)，该S71开关有第一端(指S71开关的右侧端)耦接于该第二级电路60b的正极端+；有一S73开关，第一端耦接于该L63电感的第二端，该S73开关的第二端 (指S73开关的下端)为接地；有一C63电容，其中一端耦接于该第二级电路60b的正极端+，有另一端为接地；有一S72开关，第二端(指S72 开关
12
CN 207134805 U
说 明 书
8/9页
的右侧端)耦接于该第二级电路60b的负极端-，另外该S72开关的第一端(指S72开关的左侧端)耦接于该第二级电路第二端X2b；有一 S74开关，第一端(指S74开关的上端)耦接于S73开关的第二端(指S73 开关的下端)，该S74开关的第二端(指S74开关的下端)耦接于该第二级电路第二端X2b；有一C64电容，其中一端耦接于该第二级电路60b的负极端-，C64电容有另一端是为接地。如此，完成本实用新型中双向直流 -直流变换器60中的的第二级电路60b，在实际电路设计制作时，所述的第二级电路60b能够是一个双向直流-直流电压变换器的电路实施方式。
[0041]针对图1说明的更进一步而言，本实用新型案的离网并网无缝切换的储能系统，其具体的工作原理如下所示：[0042]首先，参阅图5所示，本实用新型所述的离网并网无缝切换的储能系统相对于现有习用技术所设计的，是将市电直接经由一个第一开关而旁路到负载的技术而言，则不同的是，在本实用新型的设计中是将市电直接经过一级的双向直流-交流转换器20的设置，再连接到直流母线30之中，并再增加了一级单向的直流-交流转换器40将直流母线30的直流电能经过逆变转换之后，再将电能输出到负载之中。[0043]本实用新型的技术内容而言，当市电存在时，市电与直流母线30之间的能量流动是双向的，存在着市电能够带载回馈而充电，另外，市电被馈网的两种情况：一、太阳能光电板通过最大功率追踪电路(MPPT)90 执行之后，将电能量提供到直流母线30中；二、电池与直流母线30之间的能量流动也是双向的，存在着电池能被充电以及电池能够放电的两种情况。另一方面，直流母线30经过直流-交流转换器40的逆变进而提供电能量到负载。如图5所示。
[0044]当市电丢失时，即市电停电或断电时，仅市电与直流母线30之间的能量交换被停止，负载依然由该直流母线30来供给，直流母线30能量的来源乃是源自于太阳能光电板与电池，整个储能系统会自动地切换到离网模式，实现了并离网的无缝切换，意即为在执行切换的时候，该负载并没有断电的时间发生。
[0045]本实用新型的架构除了能够实现离网并网的无缝切换外，另有许多优点如下所述：
[0046]1.有效地提高了负载的电能质量，因负载始终接受的是由储能系统中直流母线30所耦接的直流-交流转换器40的逆变转换而来的纯净的正弦波的电能，至于一些市电相关的谐波与干扰等等，都不会反映到负载上；[0047]2.当并网到市电不被允许时，本实用新型的架构可以实现真正的零功率回馈。在现有习用技术的架构中，电池或太阳光电能的能量通过逆变而回馈到负载和市电中，只有当负载功率小于或等于逆变输出功率时，才会没有任何能量回馈到电网中。但是，当负载突然减小时，由于系统控制存在着延时的特性，则所转换逆变的输出功率无法及时的匹配于负载的减小情形，于是超出负载的功率则会直接回馈到电网上。一般如此的调节时间会在100毫秒的数量等级，实际上现有技术是无法实现零功率回馈的技术功效。[0048]本实用新型的离网并网无缝切换的储能系统的架构，能够将市电与直流母线30之间的双向直流-交流转换器20的逆变功能加以停止掉，仅使用单向的整流功能，如图6所示，当负载无论发生怎样的变化时，多余的能量都可以通过直流母线30的缓冲而加以吸收掉，并不会有能量回馈到市电的电网上。
13
CN 207134805 U[0049]
说 明 书
9/9页
本实用新型于并网工作时，经过最大功率追踪(MPPT)90之后得到的光电能量可以
经由双向直流-直流变换器60存储到电池中，也可以通过双向直流-交流转换器20回馈给市电，同时可经过直流-交流转换器40的逆变作用输出给负载。本实用新型于离网工作时，负载的能量来源能够是来源于自市电电网经过双向直流-交流转换器20中的单独整流作用，也可来源于经过最大功率追踪电路(MPPT)90后得到的光电能量，也可来源于电池经由双向直流-直流变换器60的放电，使负载获得能量。
[0050]上述的离网与并网的工作方式取决于双向直流-交流转换器20的工作方式，当其作为逆变时，则是并网模式，当其作为单向整流或不工作时，则是离网模式。负载的工作状态仅取决于直流-交流转换器40的逆变作用，不受并网与离网模式切换的影响，从而实现并网与离网模式的无缝切换。并且当系统作为离网模式工作时，可以实现真正零功率回馈的技术功效。
[0051]综上所述，本实用新型公开一种离网并网无缝切换的储能系统，能针对现有的储能系统于切换离网或并网时负载会产生断电现象的缺失加以改善；以及本实用新型能够有效地提升负载的电能质量；且相关市电所产生的一些谐波与信号干扰等等，都不会被反映到负载上，有效达到提供干净电能且不受噪声干扰的目的。另外也可以进一步实现真正的零功率回馈的技术效果，有效改善现有技术的缺失，显见本实用新型案具备申请专利的要件。
[0052]然，本实用新型说明内容所述，仅为较佳实施例的举例说明，当不能限定本实用新型所保护的范围，任何局部变动、修正或增加的技术，仍不脱离本实用新型所保护的范围中。
14
CN 207134805 U
说 明 书 附 图
1/6页
图1
15
CN 207134805 U
说 明 书 附 图
2/6页
图2
16
CN 207134805 U
说 明 书 附 图
3/6页
图3
17
CN 207134805 U
说 明 书 附 图
4/6页
图4
18
CN 207134805 U
说 明 书 附 图
5/6页
图5
19
CN 207134805 U
说 明 书 附 图
6/6页
图6
20
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容