[發明專利]高壓體系百兆瓦級電池儲能系統

在審

• 申請號: 201911149061.3
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN111092449A
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 蔡旭;劉暢;李睿;曹云峰;蔡小龍;劉濤
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H02J3/32
• 分類號: H02J3/32;H02J3/38
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種高壓體系百兆瓦級電池儲能系統及優化、控制方法，包括多相式結構，所述多相式結構的每一相自上而下分為多層空間；每層空間內設置有電池模塊；電池模塊連接H橋變換器的直流端；每一相上的H橋變換器級聯而成。本發明單相儲能設備容量大，多相并聯可構成百兆瓦級電池儲能電站，電站結構簡單，協調控制容易，控制環路模型與耦合低、不易引發系統穩定性問題。控制系統分層少，信息傳遞延時小，響應速度快。儲能系統可無變壓器直掛10～35kV電網，系統整體效率高。通過鏈式變換器可對電池堆進行分割管控，安全性好，電池堆小，堆內環流小。

技術領域

本發明涉及電氣自動化設備技術領域，具體地，涉及一種高壓體系百兆瓦級電池儲能系統。

背景技術

目前，日趨嚴峻的能源危機和環境污染問題備受關注，世界各國都在大力發展大規模可再生能源發電，以求構建高效、清潔的未來智慧能源網。高比例大規模風光電源接入電網促使電網側電池儲能電站已進入百MW級時代并向GW級邁進，對其安全性、運行效率和動態特性均提出了更高的要求。

儲能功率變換系統(Power Conversion System,PCS)是電池堆與電網的接口。PCS的常規拓撲結構是低壓三相兩電平變換電路，單個容量在500kW左右。百MW級儲能電站由數量眾多的PCS經多級變壓器升壓后并入高壓電網。在這樣的儲能電站中，一方面，對于500kW電池堆來講，由于其由近萬個電池芯串并聯組成，電池芯的不一致性導致并聯環流，引發電池堆發熱、燃燒，使得電池堆的安全性低下。另一方面，電池堆中環流損耗、常規PCS開關頻率高及變壓器的大量使用，降低了并網系統的效率。此外，PCS單臺容量太小，組成百兆瓦級大容量儲能電站時需要數百臺儲能設備并聯，電站結構復雜，設備間協調控制困難，控制指令需經多級信息系統傳遞，嚴重影響了系統的響應速度。亟需一種新型的高壓大功率變換系統應對百兆瓦級電池儲能系統挑戰。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種高壓體系百兆瓦級電池儲能系統。

根據本發明提供的一種高壓體系百兆瓦級電池儲能系統，包括多相式結構，所述多相式結構的每一相自上而下分為多層空間；每層空間內設置有電池模塊；電池模塊連接H橋變換器的直流端；每一相由H橋變換器級聯而成。

優選地，所述多層空間為相互隔離的空間，每層內的電池模塊相互隔離。

優選地，還包括升壓變壓器和輸電桿塔，級聯的H橋變換器通過高壓電纜接入升壓變壓器，升壓變壓器接入輸電桿塔。

優選地，還包括緩沖單元，H橋變換器的直流側通過緩沖單元與電池模塊相連，緩沖單元將電池模塊和H橋變換器隔離。

優選地，升壓變壓器的二次側為星型連接并將中性點接地，H橋變換器的中性點也接地。

優選地，所述升壓變壓器包括三組存在相位差的三相電壓。

根據本發明提供的一種基于上述系統的高壓體系百兆瓦級電池儲能優化方法，包括如下步驟：

通過計算在不同模塊數設計下系統的效率與可靠性，并繪制出效率、可靠性與模塊數的關系曲線，根據系統的設計指標要求并結合效率、可靠性曲線，得到最優的模塊數設計。

根據本發明提供的一種上述系統的高壓體系百兆瓦級電池儲能控制方法，包括如下步驟：

上層控制步驟：對各臺鏈式電池儲能系統進行協調控制，通過各臺設備的SOC值計算其所承擔有功功率；

下層控制步驟：對單臺鏈式電池儲能系統進行控制，且各臺并聯鏈式電池儲能系統的控制策略均相同。

優選地，所述下層控制包括SOC均衡控制、模塊故障控制、電網不對稱或故障下的控制和功率解耦控制。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：