[實用新型]一種儲能子模塊及其構(gòu)成的高壓大容量直掛式儲能系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202121488640.3
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN215990290U
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 查鯤鵬;燕翚;楊岳峰;詹雄;朱寧輝;季建輝;張加林
• 申請（專利權(quán)）人: 中電普瑞電力工程有限公司
• 主分類號: H02J7/06
• 分類號: H02J7/06;H02J7/00;H02J3/32;H02J3/38;H02J3/36;H02M3/158;H02M3/335;H02M1/088;H02M1/12
• 代理公司: 北京安博達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本實用新型提供了一種儲能子模塊及其構(gòu)成的高壓大容量直掛式儲能系統(tǒng)，儲能子模塊包括：MMC變流單元和多個可調(diào)直流儲能單元；可調(diào)直流儲能單元包括直流開關(guān)、儲能介質(zhì)單元和雙向DC/DC變流單元；雙向DC/DC變流單元的一端接入直流開關(guān)和儲能介質(zhì)單元的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，另一端接入MMC變流單元；儲能介質(zhì)單元由多個同樣的儲能介質(zhì)串聯(lián)而成。高壓大容量直掛式儲能系統(tǒng)包括由電感和眾多儲能子模塊構(gòu)成的各相支路。本實用新型儲能子模塊在直流側(cè)采用DC/DC多重化技術(shù)擴容，解決了儲能介質(zhì)單元電流等級低的問題，各雙向DC/DC變流單元可獨立調(diào)節(jié)流經(jīng)其對應(yīng)的儲能介質(zhì)單元的電流，避免了儲能介質(zhì)單元之間充放電電流不均的現(xiàn)象，在細化電池管理的同時，極大地降低了SOC均衡的壓力。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種儲能子模塊及其構(gòu)成的高壓大容量直掛式儲能系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展和分布式發(fā)電技術(shù)的日趨成熟，太陽能、風(fēng)能、潮汐能等可再生能源在傳統(tǒng)電網(wǎng)中的所占比例逐漸增大。

可再生能源本身具有波動性和隨機性的特點，會對電網(wǎng)調(diào)峰和系統(tǒng)的安全可靠的運行產(chǎn)生影響，而儲能技術(shù)作為電網(wǎng)中的重要環(huán)節(jié)，具有快速響應(yīng)特性和靈活充放電能力，可有效平抑系統(tǒng)功率波動，提高可再生能源發(fā)電的穩(wěn)定性與可預(yù)測性。但是高比例可再生能源的接入會帶來并網(wǎng)消納及電力供應(yīng)峰谷差加劇問題，該問題推動電網(wǎng)側(cè)儲能向更高電壓等級(如220kV甚至更高)，以及更大容量(如吉瓦級)發(fā)展。

儲能系統(tǒng)一般由儲能單元和功率變換系統(tǒng)(Power Conversion System，PCS)組成。儲能單元可由物理或化學(xué)介質(zhì)，如飛輪、壓縮空氣、各種電池等儲能介質(zhì)組成。目前，電化學(xué)儲能是技術(shù)最成熟、成本最低廉的儲能方式。

申請?zhí)枮?02010818900.2的發(fā)明專利《高壓體系百兆瓦級電池儲能系統(tǒng)》中提出了一種級聯(lián)H橋子模塊實現(xiàn)的高壓百兆瓦級的電池儲能系統(tǒng)。但該儲能系統(tǒng)不能無變壓器直掛10～35kV電網(wǎng)，需通過一個雙繞組變壓器或一個四繞組移相變壓器接入220kV電網(wǎng)。該發(fā)明中升壓變壓器的引入降低了并網(wǎng)系統(tǒng)的效率。

劉暢等人在《高電壓技術(shù)》發(fā)表的文章“超大容量鏈?zhǔn)诫姵貎δ芟到y(tǒng)容量邊界與優(yōu)化設(shè)計”一文中指出：現(xiàn)有技術(shù)條件下，電力電子器件技術(shù)水平可以滿足鏈?zhǔn)诫姵貎δ芟到y(tǒng)(battery energy storage system，BESS))的需求，而目前限制鏈?zhǔn)紹ESS高壓大容量化的主要因素為電池系統(tǒng)技術(shù)及儲能系統(tǒng)安全性設(shè)計要求。若想要鏈?zhǔn)诫姵貎δ芟到y(tǒng)達到高壓水平，則需保證鏈?zhǔn)诫姵貎δ芟到y(tǒng)子模塊中電池組達到一個很高的電壓等級，但是現(xiàn)有技術(shù)下鋰電池單體電壓很低(基本在3V左右)，因此為使電池組達到一個很高的電壓等級，需要將眾多的電池單體進行串聯(lián)，而電池參數(shù)的不一致性和串聯(lián)后系統(tǒng)的可靠性問題導(dǎo)致現(xiàn)在常用的儲能電池組電壓等級僅為600～800V，最高也僅達到1kV左右。同時，若想要鏈?zhǔn)诫姵貎δ芟到y(tǒng)達到高容量，則需保證鏈?zhǔn)诫姵貎δ芟到y(tǒng)子模塊達到較高的電流等級，但是目前技術(shù)下常用電池單體的容量較小，高充放電倍率電池單體容量最高可做到100Ah左右，0.5C(C為表示電池充放電倍率的單位，1C即表示額定電流充放電)低倍率電池的容量最高可做到300Ah。為使鏈?zhǔn)诫姵貎δ芟到y(tǒng)子模塊達到較高的電流等級，則需要大量儲能電池組并聯(lián)，而大規(guī)模并聯(lián)后的電池環(huán)流問題也同樣會限制儲能電池組的并聯(lián)規(guī)模。因此，受上述限制現(xiàn)有的鏈?zhǔn)诫姵貎δ芟到y(tǒng)的性能不能滿足高壓和高容量的需求。

實用新型內(nèi)容

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提出一種儲能子模塊，包括：MMC變流單元和多個可調(diào)直流儲能單元；

所述可調(diào)直流儲能單元包括直流開關(guān)、儲能介質(zhì)單元和雙向DC/DC變流單元；

所述雙向DC/DC變流單元的一端接入直流開關(guān)和儲能介質(zhì)單元的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，另一端接入MMC變流單元的直流端；

所述儲能介質(zhì)單元由多個同樣的儲能介質(zhì)串聯(lián)而成。

優(yōu)選的，所述MMC變流單元采用半橋子模塊或全橋子模塊；