[發明專利]一種大容量中壓電池儲能系統

無效

• 申請號: 201310080687.X
• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號: CN103199630A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 郭海峰;凌志斌;李永興;張百華;李勇琦;陳滿
• 申請（專利權）人: 中國南方電網有限責任公司調峰調頻發電公司;上海交通大學
• 主分類號: H02J15/00
• 分類號: H02J15/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及的是一種大容量的中壓儲能系統，具體是一種采用模塊化的交流級聯結構儲能系統，用于大容量電池儲能的場合。屬于電儲能領域。

背景技術

采用電池儲能系統平滑風電和光伏發電功率是是解決新能源并網難和風電“棄風”問題的有效途徑。大容量電儲能在電網中的應用改變了電能只能傳輸不能存儲的歷史，給電網生產和運行帶來革命性的影響，極大地促進我國智能電網的發展。

電池儲能系統采用DC/AC雙向功率變換器，實現電池和電網之間的功率雙向流動，功率變換器是儲能系統能量控制的核心。大多數儲能應用中，功率變換器采用低壓方案，交流側電壓一般≤AC690V，單機功率容量一般在數百kW，更大的容量則需通過多臺功率變換器在交流側并聯實現。ABB公司的個別型號功率變換器采用IGCT功率器件，直流側電壓可達3-5kV，交流側電壓可達2kV。

低壓方案的功率變換器單臺容量受限，在大容量場合應用時需通過多臺并聯的方式擴容并采用升壓變壓器升壓。目前電池儲能中應用的功率變換器主要有DC/AC單級結構和DC/DC+DC/AC雙級式結構兩種結構形式?？紤]單級式功率變換器效率<98％，雙級式功率變換器效率<96％，變壓器損耗2％，儲能系統總效率分別為<96％和<94％，系統效率低。

ABB的儲能系統的功率變換器直流側電壓過高，需要極其大量電池串聯使用，電池的短板效應顯著，現有的電池均衡技術無法保證其長期穩定運行。

在公開的中國發明專利《一種模塊化中壓儲能系統》(公開號：CN102355065)中，其一次側采用星形連接，通過對三個相電壓的控制實現充放電與均衡等功能。其不足之處在于，儲能系統進行相間均衡和故障冗余控制時需對三相電壓的幅值和相位進行適當控制，但三個相電壓的控制上相互耦合，控制難度較高，不利于其穩定運行。

在類似鏈式結構的裝置中，一次側并網均采用集中式的連接電抗，由于結構布置的原因，考慮到可能存在的電抗下端直接對地/相間短路，連接電抗需要按照承受直接短路的電動力設計，成本高、體積大、抗飽和要求高。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提出一種大容量的中壓儲能系統，三相采用模塊化儲能單元級聯的結構，儲能單元內部自帶連接電抗器，儲能單元級聯后采用三角形連接，三角形的三個頂點連接中壓電網三線。三個支路電流控制相互解耦，控制簡單，可靠性高，可實現對電池的均衡功能。

為實現上述的目的，本發明提供一種大容量中壓電池儲能系統，包括儲能電池單元、預充電電路、單相H橋雙向變流器及連接電抗，其中：儲能電池單元的輸出端與預充電電路的輸入端相連傳輸直流電壓，預充電電路的輸出端與單相H橋變換器的直流端相連以傳輸直流電壓，單相H橋變換器的輸出端與連接電抗串聯，如此構成儲能單元，多個儲能單元交流側串聯后組成一個支路，三個支路首尾相連形成三角形連接，三角形的三個端點再與中壓電網三相連接，所述系統采取三相三角形的H橋級聯結構，每一線支路由多個儲能單元串聯構成，儲能單元采用單相H橋變換器實現電能的AC/DC雙向變換。

所述的儲能電池單元是由可充電電池的串并聯組成。

所述的預充電電路包括：1個電阻和1個接觸器，其中：電阻和接觸器并聯。

所述的單相H橋變換器包括4個電力電子開關器件和直流電容，4個開關器件連接為單相H橋結構，直流電容并聯在直流側，單相H橋變換器的輸出與連接電感串聯。

所述的連接電抗既可以是空心電抗器，也可以是帶鐵芯的電抗器。

本發明中可以利用控制各個儲能單元輸出電壓幅值的相互比例來實現同一線電壓支路上的不同儲能單元的能量均衡。

本發明中可以利用控制三個線電壓支路的電流比例來實現不同線支路上的儲能單元的總能量均衡。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：同等功率下，高電壓、小電流、電流諧波小，對電池單體容量要求低；通過旁路可實現冗余；具有對電池的均衡功能。MW級大容量時成本較低壓儲能方案低。較一次側星形連接的中壓儲能系統控制簡單，可靠性更高。儲能單元內部自帶連接電抗器，單個連接電抗器只需按照H橋變流器的電壓等級進行設計，耐壓要求低。由于無需另外串聯集中式連接電抗器，整體更加適合模塊化布置，可維護性更好，同時減小了占地面積和成本。同等功率下，較三相星形連接方式電流小，對電池單體容量要求更低。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：

圖1為本發明一實施例的儲能單元示意圖。