[發明專利]儲能模塊以及儲能裝置

有效

• 申請號: 201310409995.2
• 申請日: 2013-09-10
• 公開（公告）號: CN104426157B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 吳洪洋;李霄;占文濤
• 申請（專利權）人: 臺達電子企業管理（上海）有限公司
• 主分類號: H02J3/28
• 分類號: H02J3/28
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司11006
• 代理人: 徐金國,田景宜

技術領域

本發明是有關于一種儲能模塊，且特別是有關于一種具有能量管理的儲能模塊以及儲能裝置。

背景技術

隨著科技的進步，對于電力品質的要求也跟著提高。為了讓電力系統提供具有電壓穩定、頻率穩定、無浪涌(electrical surge)、無尖峰干擾、無諧波的交流正弦波，通過設置電力儲存裝置的方式，除了對電網電壓波動、頻率偏移、諧波、三相不平衡等問題進行抑制外，還對斷電、浪涌等突發事故提供應急保護措施。另外，在可再生能源的發展中，由于大部分可再生能源發電裝置所產生的電能存在不可預測的非周期性的變化，例如太陽能、風能、或潮汐發電等等，其產生的電能如果直接輸入電網(grid)將對電網的穩定運行產生嚴重的影響，進而限制了可再生能源的利用以及發展。而透過在可再生能源發電裝置與電網之間設置電力儲存裝置，可以達到能量緩沖與調節的作用，提高可再生能源的利用率。

傳統的大容量儲能裝置的類型依據儲能技術可分成五種。圖1a所示，圖1a繪示了傳統的一種隔離單級型儲能裝置100a。儲能裝置100a包含多個儲能模塊110a，每一個儲能模塊110a包含蓄電池111以及直流轉交流變換器(DC/AC)112，其中蓄電池111連接于直流轉交流變換器112的直流側。另外，每一個直流轉交流變換器112的交流側則是并聯于變壓器120其中一側，以達到隔離的效果。變壓器120的另一側則是連接到交流母線(AC bus)130。儲能裝置100a經由變壓器120將能量匯集到交流母線130上，并且通過交流母線130獨立連接交流負載140運作，或者是通過開關S與交流電網(grid)150并網運作。

另外，圖1b繪示了傳統的一種非隔離單級型儲能裝置100b。類似于儲能裝置100a，儲能裝置100b中的每一個儲能模塊110b包含蓄電池111以及直流轉交流變換器(DC/AC)112，只是每一個儲能模塊110b直接并聯于交流母線130。請參照圖1c，圖1c繪示了傳統的一種隔離雙級型儲能裝置100c。儲能裝置100c中的每一個儲能模塊110c包含蓄電池111、直流轉交流變換器(DC/AC)112，以及直流轉直流變換器(DC/DC)113，其中蓄電池111通過直流轉直流變換器113連接于直流轉交流變換器112的直流側。類似地，每一個直流轉交流變換器112的交流側并聯于變壓器120其中一側，變壓器120的另一側連接到交流母線130。儲能裝置100c經由變壓器120將能量匯集到交流母線130上，并且通過交流母線130獨立連接交流負載140運作，或者是通過開關S與交流電網150并網運作。

另外，如圖1d所示，圖1d繪示了傳統的一種非隔離雙級型儲能裝置100d。類似于儲能裝置100c，儲能裝置100d中的每一個儲能模塊110d中的蓄電池111通過直流轉直流變換器(DC/DC)113連接于直流轉交流變換器(DC/AC）112的直流側。而每一個儲能模塊110d則是直接并聯于交流母線130。

另外，傳統還有一種具有較復雜的控制方式的儲能技術。請參照圖1e，圖1e繪示了傳統的串聯雙級型儲能裝置100e。如圖1e所示，儲能裝置100e中的每一個直流轉直流變換器(DC/DC)113輸出彼此串聯在一起，而每一個直流轉交流變換器(DC/AC)112的直流側則是并聯在一起，每一個蓄電池111分別通過串聯的直流轉直流變換器113以及并聯的直流轉交流變換器112將能量匯集到交流母線130上，并且透過交流母線130獨立連接交流負載140運作，或者是通過開關S與交流電網150并網運作。

上述的儲能裝置均使用蓄電池作為儲能元件使用。然而，目前蓄電池的特性，其功率密度較低，充電時間較長，也就是補償動態負載時的響應較慢。進一步來說，若直流轉交流變換器為三相變換器，當三相交流負載不平衡時，連接于直流轉交流變換器的直流側的直流母線其低頻紋波電流較大。另外，低頻紋波電流分配于蓄電池和直流母線電容之間，其分配電流的大小取決于它們各自的輸出阻抗。這種低頻紋波電流除了增加蓄電池的發熱損耗，影響蓄電池的使用壽命之外，還導致直流母線中的電壓大幅波動，影響輸出電流波形的品質，進而降低整個電力系統的穩定性。再者，深度放電對蓄電池的影響非常大，一般蓄電池的充放電次數很難超過1000次，因此也增加使用蓄電池的儲能裝置的維護成本。

因此，如何有效地配置儲能模塊，使得儲能裝置的使用效能增加以及改善電力系統的穩定性實為欲解決的問題。

發明內容