本技术涉及电力电子，特别涉及一种功率变换设备、储能系统及其控制方法。
背景技术：
1、在储能系统中，由于不同电池簇的电池组成和使用条件不同，也就是说不同电池簇之间的荷电状态(state of charge，soc)存在差异，为了确保它们的运行状态和性能能够协调一致，提高储能系统的运行能力，通常会在每个电池簇的功率传输支路中设置一个直流(direct current，dc)/直流变换器，通过dc/dc变换器来均衡不同电池簇之间的soc，这样，可以解决不同电池簇之间并联失配的问题。
2、然而，由于dc/dc变换器设置于电池簇功率传输支路中，需要传输能量交换的全部功率，因此会导致效率损失以及严重的散热问题。
技术实现思路
1、本技术提供一种功率变换设备、储能系统及其控制方法，可以在一些场景中提升工作效率。
2、第一方面，本技术提供了一种功率变换设备。该功率变换设备包括直流dc/dc变换电路和dc/交流ac变换电路，dc/dc变换电路的第一端用于与储能单元连接，dc/dc变换电路的第二端与dc/ac变换电路的第一端连接，dc/ac变换电路的第一端包括正母线、负母线和中性线，dc/ac变换电路的第二端用于连接交流电网和/或负载。dc/dc变换电路的输入电压为正母线和储能单元的正极端之间的电压，或者储能单元的正极端和中性线之间的电压，或者中性线与储能单元的负极端之间的电压，或者储能单元的负极端与负母线之间的电压。dc/dc变换电路的输出电压为直流母线电压的一半。
3、以储能单元放电为例，通过dc/dc变换电路的输入电压和输出电压不完全承担储能单元的输出电压和母线电压的设计，可以让dc/dc变换电路不仅可以起到升高或者降低从储能单元到直流母线的电压的作用，还可以降低正常工作过程中的功率损耗。该dc/dc变换电路可以为双向dc/dc变换电路，该设计在储能单元充电时也可以起到同样的效果。
4、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，dc/dc变换电路包括第一dc/dc变换电路，第一dc/dc变换电路的第一端的负极端用于与储能单元的正极端连接，第一dc/dc变换电路的第一端的正极端和第一dc/dc变换电路的第二端的正极端与正母线连接，第一dc/dc变换电路的第二端的负极端与中性线连接。或者，第一dc/dc变换电路的第一端的正极端用于与储能单元的正极端连接，第一dc/dc变换电路的第二端的正极端与dc/ac变换电路的正母线连接，第一dc/dc变换电路的第一端的负极端和第一dc/dc变换电路的第二端的负极端与中性线连接。或者，dc/dc变换电路包括第二dc/dc变换电路，第二dc/dc变换电路的第一端的负极端用于与储能单元的负极端连接，第二dc/dc变换电路的第二端的负极端与负母线连接，第二dc/dc变换电路的第一端的正极端和第二dc/dc变换电路的第二端的正极端与中性线连接。或者，第二dc/dc变换电路的第一端的正极端用于与储能单元的负极端连接，第二dc/dc变换电路的第二端的正极端与dc/ac变换电路的中性线连接，第二dc/dc变换电路的第一端的负极端和第二dc/dc变换电路的第二端的负极端与负母线连接。
5、应理解，本技术实施例提供的功率变换设备可以应用于储能系统。在现有的储能系统的架构中，通过在每个储能单元的功率传输支路中设置其对应的dc/dc变换器来解决电压失配的问题，其中，储能单元连接dc/dc变换器的输入端，dc/dc变换器的输出端连接正、负直流母线，这导致dc/dc变换器需要传输全部功率，降低了储能系统的工作效率。
6、本技术实施例提供的功率变换设备，通过将dc/dc变换电路的一端连接在储能单元的一极端和dc/ac变换电路的正半母线或负半母线之间，并将负母线用来连接储能单元的另一极端，也就是说，本技术的dc/dc变换电路只需要承受正母线或负母线的电压，即只需补偿母线电压(即正母线与负母线之间的电压)与dc/dc变换电路的输入端电压之间的压差即可，且只需要传输部分功率，从而使得dc/dc变换电路的输入侧电压较小，也就是dc/dc变换电路的传输功率较小，降低了功率变换设备的传输功率，这样可以选择耐压较低的开关管，并可以降低dc/dc变换电路中的能量损耗，进而避免全功率的dc/dc变换器损耗大、效率低的问题，提升储能系统的工作效率，并减少散热。
7、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，本技术提供的功率变换设备包括多个dc/dc变换电路，多个dc/dc变换电路包括，至少一个第一dc/dc变换电路，和至少一个第二dc/dc变换电路。
8、本技术实施例提供的功率变换设备，通过在功率变换设备中同时设置以正半母线连接dc/ac变换电路的第一dc/dc变换电路，以及以负半母线连接dc/ac变换电路的第二dc/dc变换电路，可以平衡正母线和负母线之间的电压差，从而可以在一定程度上减少甚至不再进行母线均压，进而可以提高储能系统的效率。
9、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，至少一个第一dc/dc变换电路，和至少一个第二dc/dc变换电路用于共同控制正母线到负母线的电压满足dc/ac变换电路的目标输入电压的同时减小正母线到中性线之间的电压与中性线与负母线之间的电压的差值。
10、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，本技术提供的功率变换设备包括第一开关，第一开关并联连接在第一dc/dc变换电路的第一端的正极端和第一dc/dc变换电路的第二端的正极端之间。或者，第一开关并联连接在第一dc/dc变换电路的第一端的负极端和第一dc/dc变换电路的第二端的正极端之间。或者，第一开关并联连接在第二dc/dc变换电路的第一端的负极端和第二dc/dc变换电路的第二端的负极端之间。或者，第一开关并联连接在第二dc/dc变换电路的第一端的正极端和第二dc/dc变换电路的第二端的负极端之间。储能单元的正极端和负极端之间的电压大于或等于第一电压阈值时，第一开关闭合，第一dc/dc变换电路不工作。储能单元的正极端和负极端之间的电压小于第一电压阈值时，第一开关断开，第一dc/dc变换电路工作，以使正母线到负母线的电压满足dc/ac变换电路的目标输入电压。
11、本技术实施例提供的功率变换设备，通过在储能单元与dc/dc变换电路连接的一极端以及dc/dc变换电路中与dc/ac变换电路连接的一端并联开关，可以在储能单元的正极端和负极端之间的电压大于或等于一定阈值时，使得该开关导通，从而避免dc/dc变换电路工作带来的能量损耗，进而可以提高功率变换设备的效率。
12、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，本技术提供的功率变换设备包括第二开关，第二开关用于串联连接在储能单元的正极端和第一dc/dc变换电路的第一端之间。或者，第二开关用于串联连接在储能单元的负极端和负母线之间。或者，第二开关用于串联连接在储能单元的负极端和第二dc/dc变换电路的第一端之间。或者，第二开关用于串联连接在储能单元的正极端和正母线之间。储能单元的正极端和负极端之间的电压小于或等于第二电压阈值时，第二开关断开。
13、本技术实施例提供的功率变换设备，通过在储能单元的正极端或负极端上串联连接开关，可以实现储能单元的正极端和负极端之间的电压小于或等于一定阈值时，也就是储能单元发生短路时对dc/dc变换电路的保护。
14、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，本技术提供的功率变换设备包括缓起电路，缓起电路包括第一支路和第二支路，第一支路用于串联连接在储能单元的正极端和第一dc/dc变换电路的第一端之间，或者第一支路用于串联连接在储能单元的负极端和负母线之间，或者第一支路用于串联连接在储能单元的负极端和第二dc/dc变换电路的第一端之间，或者第一支路用于串联连接在储能单元的正极端和正母线之间。第二支路并联连接在第一支路的两端，其中，第二支路串联连接有第一电阻。功率变换设备启动并开始接收储能单元提供的电能时，第一支路断开，第二支路导通。功率变换设备接收储能单元提供的电能后并且第一支路两端的电压小于第三电压阈值时，第一支路导通。
15、本技术实施例提供的功率变换设备，通过在连接储能单元正极端或负极端的电路上设置两条不同的支路，也就是缓启电路，可以在功率变换设备启动并开始接收储能单元提供的电能时，连通串联连接有电阻的支路，使得缓起电路两侧的设备不会产生过大的电流冲击，这样可以通过缓启动提高系统的安全性。此外，在功率变换设备接收储能单元提供的电能后并且该支路两端的电压小于一定阈值时再导通未串联电阻的支路，从而可以提供储能系统的工作效率。
16、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，功率变换设备包括平衡电路，平衡电路用于正母线和负母线之间电压的差值的绝对值大于或等于第四电压阈值时工作，以减小正母线到中性线之间的电压与中性线与负母线之间的电压的差值，并且平衡电路在正母线和负母线之间电压的差值的绝对值小于第四电压阈值时不工作。
17、本技术实施例提供的功率变换设备，通过使用平衡电路对正负母线与中性线之间的电压差进行平衡，可以提升功率变换设备的稳定性。
18、在一些实施例中，平衡电路包括第一端、第二端和第三端。其中，平衡电路的第一端连接正母线，平衡电路的第二端连接负母线，平衡电路的第三端连接中性线。
19、结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，dc/ac变换电路为两电平变换电路、三电平变换电路或者多电平变换电路。
20、可选的，第一dc/dc变换电路或第二dc/dc变换电路为升压变换电路、降压变换电路或者升降压变换电路。
21、可选的，第一dc/dc变换电路或第二dc/dc变换电路为隔离型变换电路或者非隔离型变换电路。
22、可选的，第一dc/dc变换电路、第二dc/dc变换电路、平衡电路和dc/ac变换电路为双向变换电路，用于实现储能单元的充电或者放电。
23、第二方面，本技术提供了一种储能系统。该储能系统包括储能单元、dc/dc变换电路和dc/ac变换电路。dc/dc变换电路的第一端与储能单元连接，dc/dc变换电路的第二端与dc/ac变换电路的第一端连接，dc/ac变换电路的第一端包括正母线、负母线和中性线，dc/ac变换电路的第二端用于连接交流电网和/或负载。dc/dc变换电路的输入电压为正母线和储能单元的正极端之间的电压，或者储能单元的正极端和中性线之间的电压，或者中性线与储能单元的负极端之间的电压，或者储能单元的负极端与负母线之间的电压。dc/dc变换电路的输出电压为直流母线电压的一半。
24、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，dc/dc变换电路包括第一dc/dc变换电路，第一dc/dc变换电路的第一端的负极端与储能单元的正极端连接，第一dc/dc变换电路的第一端的正极端和第一dc/dc变换电路的第二端的正极端与正母线连接，第一dc/dc变换电路的第二端的负极端与中性线连接。或者，第一dc/dc变换电路的第一端的正极端与储能单元的正极端连接，第一dc/dc变换电路的第二端的正极端与dc/ac变换电路的正母线连接，第一dc/dc变换电路的第一端的负极端和第一dc/dc变换电路的第二端的负极端与中性线连接。或者，dc/dc变换电路包括第二dc/dc变换电路，第二dc/dc变换电路的第一端的负极端与储能单元的负极端连接，第二dc/dc变换电路的第二端的负极端与负母线连接，第二dc/dc变换电路的第一端的正极端和第二dc/dc变换电路的第二端的正极端与中性线连接。或者，第二dc/dc变换电路的第一端的正极端与储能单元的负极端连接，第二dc/dc变换电路的第二端的正极端与dc/ac变换电路的中性线连接，第二dc/dc变换电路的第一端的负极端和第二dc/dc变换电路的第二端的负极端与负母线连接。
25、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，储能系统包括多个dc/dc变换电路，多个dc/dc变换电路包括，至少一个第一dc/dc变换电路，和至少一个第二dc/dc变换电路。
26、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，至少一个第一dc/dc变换电路，和至少一个第二dc/dc变换电路用于共同控制正母线到负母线的电压满足dc/ac变换电路的目标输入电压的同时减小正母线到中性线之间的电压与中性线与负母线之间的电压的差值。
27、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，储能系统包括第一开关，第一开关并联连接在第一dc/dc变换电路的第一端的正极端和第一dc/dc变换电路的第二端的正极端之间。或者，第一开关并联连接在第一dc/dc变换电路的第一端的负极端和第一dc/dc变换电路的第二端的正极端之间。或者，第一开关并联连接在第二dc/dc变换电路的第一端的负极端和第二dc/dc变换电路的第二端的负极端之间。或者，第一开关并联连接在第二dc/dc变换电路的第一端的正极端和第二dc/dc变换电路的第二端的负极端之间。储能单元的正极端和负极端之间的电压大于或等于第一电压阈值时，第一开关闭合，第一dc/dc变换电路不工作。储能单元的的正极端和负极端之间的电压小于第一电压阈值时，第一开关断开，第一dc/dc变换电路工作，以使正母线到负母线的电压满足dc/ac变换电路的目标输入电压。
28、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，储能系统包括第二开关，第二开关串联连接在储能单元的正极端和第一dc/dc变换电路的第一端之间。或者，第二开关串联连接在储能单元的负极端和负母线之间。或者，第二开关串联连接在储能单元的负极端和第二dc/dc变换电路的第一端之间。或者，第二开关串联连接在储能单元的正极端和正母线之间。储能单元的正极端和负极端之间的电压小于或等于第二电压阈值时，第二开关断开。
29、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，储能系统包括缓起电路，缓起电路包括第一支路和第二支路，第一支路串联连接在储能单元的正极端和第一dc/dc变换电路的第一端之间，或者第一支路串联连接在储能单元的负极端和负母线之间，或者第一支路串联连接在储能单元的负极端和第二dc/dc变换电路的第一端之间，或者第一支路串联连接在储能单元的正极端和正母线之间。第二支路并联连接在第一支路的两端，其中，第二支路串联连接有第一电阻。储能系统启动并且储能单元开始提供电能时，第一支路断开，第二支路导通。储能单元提供电能后并且第一支路两端的电压小于第三电压阈值时，第一支路导通。
30、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，储能系统包括平衡电路，平衡电路用于正母线和负母线之间电压的差值的绝对值大于或等于第四电压阈值时工作，以减小正母线到中性线之间的电压与中性线与负母线之间的电压的差值，并且平衡电路在正母线和负母线之间电压的差值的绝对值小于第四电压阈值时不工作。
31、结合第二方面，在第二方面的某些实现方式中，dc/ac变换电路为两电平变换电路、三电平变换电路或者多电平变换电路。
32、可选的，第一dc/dc变换电路、第二dc/dc变换电路、平衡电路和dc/ac变换电路为双向变换电路，用于实现储能单元的充电或者放电。
33、第三方面，本技术提供了一种储能系统的控制方法，本技术提供的控制方法可以由控制器执行。储能系统包括储能单元、直流dc/dc变换电路、dc/交流ac变换电路和平衡电路。其中，dc/ac变换电路的第一端包括正母线、负母线和中性线，dc/ac变换电路的第二端用于连接交流电网和/或负载。dc/dc变换电路包括第一dc/dc变换电路，第一dc/dc变换电路的第一端的负极端与储能单元的正极端连接，第一dc/dc变换电路的第一端的正极端和第一dc/dc变换电路的第二端的正极端与正母线连接，第一dc/dc变换电路的第二端的负极端与中性线连接。或者，第一dc/dc变换电路的第一端的正极端与储能单元的正极端连接，第一dc/dc变换电路的第二端的正极端与dc/ac变换电路的正母线连接，第一dc/dc变换电路的第一端的负极端和第一dc/dc变换电路的第二端的负极端与中性线连接。或者，dc/dc变换电路包括第二dc/dc变换电路，第二dc/dc变换电路的第一端的负极端与储能单元的负极端连接，第二dc/dc变换电路的第二端的负极端与负母线连接，第二dc/dc变换电路的第一端的正极端和第二dc/dc变换电路的第二端的正极端与中性线连接。或者，第二dc/dc变换电路的第一端的正极端与储能单元的负极端连接，第二dc/dc变换电路的第二端的正极端与dc/ac变换电路的中性线连接，第二dc/dc变换电路的第一端的负极端和第二dc/dc变换电路的第二端的负极端与负母线连接。本技术提供的控制方法包括，获取正母线和负母线的电压。当正母线和负母线之间电压的差值的绝对值大于或等于第四电压阈值时，控制平衡电路工作，以减小正母线到中性线之间的电压与中性线与负母线之间的电压的差值，维持正母线和负母线电压平衡。当正母线和负母线之间电压的差值的绝对值小于第四电压阈值时，控制平衡电路不工作。
34、应理解，本技术提供的控制方法可以应用于上述第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式中的功率变换设备，或上述第二方面或第二方面的任一种可能的实现方式中的储能系统。
35、结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，储能系统包括第一开关。本技术提供的方法包括，获取储能单元的正极端和负极端之间的电压。当储能单元的正极端和负极端之间的电压大于或等于第一电压阈值时，控制第一开关闭合，并控制dc/dc变换电路不工作。当储能单元的正极端和负极端之间的电压小于第一电压阈值时，控制第一开关断开，并控制dc/dc变换电路工作，以使正母线到负母线的电压满足dc/ac变换电路的目标输入电压，补偿储能单元和母线电压之间的压差，母线电压为正母线与负母线之间的电压。
36、结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，储能系统包括第二开关。本技术提供的方法包括，获取储能单元的正极端和负极端之间的电压。当储能单元的正极端和负极端之间的电压小于或等于第二电压阈值时，控制第二开关断开，以保护dc/dc变换电路不过应力。
37、结合第三方面，在第三方面的某些实现方式中，储能系统包括缓起电路，缓起电路包括第一支路和第二支路。本技术提供的方法包括，储能系统启动并且储能单元开始提供电能时，控制第一支路断开，并控制第二支路导通。获取第一支路两端的电压，当第一支路两端的电压小于第三电压阈值时，控制第一支路导通。
38、上述第二、三方面可以达到的技术效果，可以参照上述第一方面中的技术效果描述，此处不再赘述。
1.一种功率变换设备，其特征在于，包括直流dc/dc变换电路和dc/交流ac变换电路，所述dc/dc变换电路的第一端用于与储能单元连接，所述dc/dc变换电路的第二端与所述dc/ac变换电路的第一端连接，所述dc/ac变换电路的第一端包括正母线、负母线和中性线，所述dc/ac变换电路的第二端用于连接交流电网和/或负载；
2.根据权利要求1所述的功率变换设备，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率变换设备包括多个所述dc/dc变换电路，所述多个所述dc/dc变换电路包括：
4.根据权利要求3所述的功率变换设备，其特征在于，至少一个所述第一dc/dc变换电路，和至少一个所述第二dc/dc变换电路用于共同控制所述正母线到所述负母线的电压满足所述dc/ac变换电路的目标输入电压的同时减小所述正母线到所述中性线之间的电压与所述中性线与所述负母线之间的电压的差值。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率变换设备包括第一开关，所述第一开关并联连接在所述第一dc/dc变换电路的第一端的正极端和所述第一dc/dc变换电路的第二端的正极端之间；或者
6.根据权利要求2-5中任一项所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率变换设备包括第二开关，所述第二开关用于串联连接在所述储能单元的正极端和所述第一dc/dc变换电路的第一端之间；或者
7.根据权利要求2-6中任一项所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率变换设备包括缓起电路，所述缓起电路包括第一支路和第二支路，所述第一支路用于串联连接在所述储能单元的正极端和所述第一dc/dc变换电路的第一端之间，或者所述第一支路用于串联连接在所述储能单元的负极端和所述负母线之间，或者所述第一支路用于串联连接在所述储能单元的负极端和所述第二dc/dc变换电路的第一端之间，或者所述第一支路用于串联连接在所述储能单元的正极端和所述正母线之间；
8.根据权利要求2-7中任一项所述的功率变换设备，其特征在于，所述功率变换设备包括平衡电路，所述平衡电路用于所述正母线和所述负母线之间电压的差值的绝对值大于或等于第四电压阈值时工作，以减小所述正母线到所述中性线之间的电压与所述中性线与所述负母线之间的电压的差值，并且所述平衡电路在所述正母线和所述负母线之间电压的差值的绝对值小于所述第四电压阈值时不工作。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的功率变换设备，其特征在于，所述dc/ac变换电路为两电平变换电路、三电平变换电路或者多电平变换电路。
10.一种储能系统，其特征在于，包括储能单元、dc/dc变换电路和dc/ac变换电路，所述dc/dc变换电路的第一端与所述储能单元连接，所述dc/dc变换电路的第二端与所述dc/ac变换电路的第一端连接，所述dc/ac变换电路的第一端包括正母线、负母线和中性线，所述dc/ac变换电路的第二端用于连接交流电网和/或负载；
11.根据权利要求10所述的储能系统，其特征在于，
12.根据权利要求11所述的储能系统，其特征在于，所述储能系统包括多个所述dc/dc变换电路，所述多个所述dc/dc变换电路包括：
13.根据权利要求12所述的储能系统，其特征在于，至少一个所述第一dc/dc变换电路，和至少一个所述第二dc/dc变换电路用于共同控制所述正母线到所述负母线的电压满足所述dc/ac变换电路的目标输入电压的同时减小所述正母线到所述中性线之间的电压与所述中性线与所述负母线之间的电压的差值。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的储能系统，其特征在于，所述储能系统包括第一开关，所述第一开关并联连接在所述第一dc/dc变换电路的第一端的正极端和所述第一dc/dc变换电路的第二端的正极端之间；或者
15.根据权利要求11-14中任一项所述的储能系统，其特征在于，所述储能系统包括第二开关，所述第二开关串联连接在所述储能单元的正极端和所述第一dc/dc变换电路的第一端之间；或者
16.根据权利要求11-15中任一项所述的储能系统，其特征在于，所述储能系统包括缓起电路，所述缓起电路包括第一支路和第二支路，所述第一支路串联连接在所述储能单元的正极端和所述第一dc/dc变换电路的第一端之间，或者所述第一支路串联连接在所述储能单元的负极端和所述负母线之间，或者所述第一支路串联连接在所述储能单元的负极端和所述第二dc/dc变换电路的第一端之间，或者所述第一支路串联连接在所述储能单元的正极端和所述正母线之间；
17.根据权利要求11-16中任一项所述的储能系统，其特征在于，所述储能系统包括平衡电路，所述平衡电路用于所述正母线和所述负母线之间电压的差值的绝对值大于或等于第四电压阈值时工作，以减小所述正母线到所述中性线之间的电压与所述中性线与所述负母线之间的电压的差值，并且所述平衡电路在所述正母线和所述负母线之间电压的差值的绝对值小于所述第四电压阈值时不工作。
18.根据权利要求10-17中任一项所述的储能系统，其特征在于，所述dc/ac变换电路为两电平变换电路、三电平变换电路或者多电平变换电路。
