[發(fā)明專利]一種混合型儲(chǔ)能系統(tǒng)及使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410143749.1
• 申請日: 2014-04-11
• 公開（公告）號: CN104242474A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 司紅磊;李青海;邱慶豐;段志剛;王平
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇峰谷源儲(chǔ)能技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號: H02J15/00
• 分類號: H02J15/00;H02J3/28;H02J3/32
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種儲(chǔ)能系統(tǒng)，特指混合型儲(chǔ)能系統(tǒng)。

背景技術(shù)

奧巴馬提出“電網(wǎng)2.0”概念，美國開始升級舊式電網(wǎng)并申請相關(guān)專利上百項(xiàng)；日本自核電危機(jī)以后，全面啟動(dòng)分布式發(fā)電及儲(chǔ)能，相關(guān)部門已經(jīng)投入上百億資金扶持；國內(nèi)十二五規(guī)劃把智能電網(wǎng)和新能源發(fā)電做為國家戰(zhàn)略發(fā)展目標(biāo)。

微電網(wǎng)是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量變換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤立運(yùn)行，并能通過固態(tài)開關(guān)在兩種運(yùn)行模式之間進(jìn)行切換。

保持有功、無功功率平衡時(shí)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定的基本要求，對微網(wǎng)也是如此，但是由于分布式電源具有的間歇性和波動(dòng)性特點(diǎn)，并且負(fù)荷的變化也具有隨機(jī)性，給微電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)。通過有效的儲(chǔ)能技術(shù)可以很好地解決這一問題，儲(chǔ)能管理系統(tǒng)監(jiān)測分布式電源的狀態(tài)，了解并預(yù)測分布式電源的出力，調(diào)節(jié)儲(chǔ)能系統(tǒng)工作狀態(tài)以維持功率平衡，減少分布式電源對電網(wǎng)產(chǎn)生的一系列不良影響。在微網(wǎng)孤島運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以平抑功率波動(dòng)，保持供電頻率穩(wěn)定，以及在微網(wǎng)內(nèi)部電壓波動(dòng)時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可以提供無功補(bǔ)償，保持電壓穩(wěn)定，提高微網(wǎng)內(nèi)的電能質(zhì)量。此外，微網(wǎng)在并網(wǎng)與孤島兩種工作模式轉(zhuǎn)換時(shí)，往往會(huì)有一定的功率缺額，此時(shí)安裝在微網(wǎng)中的儲(chǔ)能裝置就能保證系統(tǒng)在這兩種模式下的平穩(wěn)過渡，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。因此，儲(chǔ)能技術(shù)對于實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高可再生能源利用效率起著重要的作用，儲(chǔ)能技術(shù)成為微網(wǎng)核心技術(shù)之一。

微電網(wǎng)對儲(chǔ)能裝置的要求包括：（1）保證供電質(zhì)量，如電壓補(bǔ)償、微網(wǎng)切換瞬間的快速功率補(bǔ)償；（2）保障供電可靠性，如在微網(wǎng)孤島運(yùn)行期間提供穩(wěn)定電源；（3）提高新能源發(fā)電并網(wǎng)性能，如平抑風(fēng)力、光伏出力的間歇性；（4）提高能源利用效率的能量優(yōu)化管理，如在夜間存儲(chǔ)多余的電能。現(xiàn)階段微電網(wǎng)中可利用的儲(chǔ)能裝置主要包括鉛酸蓄電池、釩電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、鐵鋰電池儲(chǔ)能、飛輪儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能、超級電容儲(chǔ)能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：以往單一儲(chǔ)能模式要么是功率型儲(chǔ)能系統(tǒng)具有充放電時(shí)間快，但是儲(chǔ)存能量低的缺點(diǎn)；要么能量型儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)存能量高，但是不能及時(shí)放電滿足關(guān)鍵負(fù)載的供電。混合型儲(chǔ)能系統(tǒng)綜合了能量型與功率型儲(chǔ)能的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，對微網(wǎng)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)過程進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，雙向逆變系統(tǒng)包括雙向逆變器和中央控制單元，中央控制單元中的數(shù)據(jù)采集卡采集到電壓、電流數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)運(yùn)算處理集成卡進(jìn)行運(yùn)算邏輯判斷，工業(yè)IO模塊控制繼電器閉合和斷開，調(diào)配不同類型的儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行充放電，如圖1工作原理圖；為充分發(fā)揮兩種儲(chǔ)能設(shè)備的優(yōu)勢特性，主要為超級電容作為一級能量存儲(chǔ)設(shè)備，對應(yīng)于直流母線電壓的瞬時(shí)波動(dòng)；鐵鋰電池對應(yīng)于長時(shí)間內(nèi)發(fā)電與負(fù)荷之間的功率平衡，作為二級能量存儲(chǔ)設(shè)備；采用濾波器分離直流母線電壓，其中的高頻分量用于超級電容控制，而低頻分量用于鐵鋰電池的控制；針對直流母線電壓劇烈波動(dòng)時(shí)啟用超級電容進(jìn)行補(bǔ)償，一般能量補(bǔ)償采用鐵鋰電池進(jìn)行補(bǔ)償。?

一種包含功率型儲(chǔ)能和能量型儲(chǔ)能的混合儲(chǔ)能系統(tǒng)，這種儲(chǔ)能系統(tǒng)包括雙向逆變系統(tǒng)，雙向DC/DC系統(tǒng)和混合電源，混合電源包括功率型儲(chǔ)能系統(tǒng)和能量型儲(chǔ)能系統(tǒng)。

雙向逆變系統(tǒng)包括雙向逆變器（PCS）和中央控制單元，中央控制單元由數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)運(yùn)算處理集成卡、工業(yè)IO模塊和通訊芯片組成；數(shù)據(jù)采集卡，能夠采集數(shù)據(jù)；工業(yè)IO模塊可以控制繼電器；數(shù)據(jù)運(yùn)算處理集成卡能夠進(jìn)行運(yùn)算、判斷；通訊芯片的外部通信接口為MCP2510，通訊芯片的內(nèi)部通信接口為RS485接口，通訊芯片通過MCP2510通信方式連接外部電網(wǎng)的通訊設(shè)備，通過RS485通信方式控制雙向DC/DC系統(tǒng)和混合電源即功率型儲(chǔ)能系統(tǒng)和能量型儲(chǔ)能系統(tǒng)各自的電池管理系統(tǒng)。

雙向逆變系統(tǒng)采用16mm²銅線與外部電網(wǎng)連接，內(nèi)部也是采用16mm²銅線與雙向DC/DC連接；雙向DC/DC也是通過16mm²銅線和繼電器分別與功率型儲(chǔ)能系統(tǒng)和能量型儲(chǔ)能系統(tǒng)連接。

雙向DC/DC系統(tǒng)既可以把外部雙向逆變器的電壓較高直流電變換成電壓較低直流電儲(chǔ)存到儲(chǔ)能系統(tǒng)，又可以把儲(chǔ)能系統(tǒng)的低壓的直流電變換成高壓直流電輸出到雙向逆變器的電壓裝置，雙向DC/DC系統(tǒng)和儲(chǔ)能裝置連接電路采用16mm²銅線連接，使用RS485通信方式受中央控制單元控制