[发明专利]一种大容量蓄电池储能双向换流器

说明书

技术领域

本发明属于智能电网领域的蓄电池储能技术领域，适用于大容量储能双向换流器的设计。

背景技术

随着智能控制技术的发展，发达工业国家已将智能电网建设作为抢占未来低碳经济制高点的重要战略措施。储能技术作为智能电网的关键环节，其所具有的削峰填谷及平稳接入新能源的功能使其在电力系统有着宽阔的应用前景。蓄电池储能系统主要由蓄电池、能量转换系统、蓄电池管理系统和监控系统四部分组成，能量转换系统(Power Conversion System，PCS)是储能电站的核心设备。目前大容量蓄电池储能电站在世界范围内尚处于示范运行试验阶段，国内电力电子变流器企业主要集中在风力发电、光伏发电等新能源领域，专门针对储能换流器生产厂家较少，产品成熟度不高。

由于大容量储能系统运行所需电池数目庞大，为了达到一定的电压、功率和能量等级，需要电池串并联成组使用。电池串联使用可以达到所需的直流输入电压，但是极易出现电池不均衡的问题，同时均衡电路设计及日常维护也比较困难；电池并联使用可以倍增单体电池的容量，同时给电池组带来的环流与均流问题。

PCS主回路拓扑结构主要采用DC/AC单级式结构和DC/DC+DC/AC双级式结构。单级式结构的优点是结构简单，体积较小，系统效率和可靠性较高；缺点是单一电池组输入，缺少针对大容量储能电站的电池成组技术要求的优化设计。双级式结构的优点宽直流电压范围输入，无升压变压器，其缺点是前级DC/DC环节的开关损耗和设计复杂度提高，且仍为单一输入，缺乏对电池组可靠性、寿命、维护等方面的优化设计。

目前大容量蓄电池成组方案多采用大功率集中接入方式，在直流侧需要数量很多的电池组进行并联，这种大容量直接并联方式不仅产生了环流问题，且一个单体损坏将造成整个系统退出，使得系统可靠性大大降低。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种大容量蓄电池储能双向换流器，该换流器兼顾电池组大规模串并联时存在的问题和电池组端电压宽范围变化的特点，采用两级式(DC/DC+DC/AC)多组接入结构，降低了单组蓄电池支路的容量，减少了电池串并联的数目，解决了电池组串并联的环流与均流问题，结构简单，系统可靠，扩容方便。同时，本发明支持并网和独立运行方式，采用了“分时轮换、动态休眠”的功率分配方案，实现了各蓄电池支路控制策略与保护功能完全独立。

本发明的具体实现方案如下：

一种大容量蓄电池储能双向换流器，所述换流器支持多分支DC/DC模块单元接入，各蓄电池支路将直流能量汇集到直流母线，然后通过后级的DC/AC换流器与交流电网并网或独立带载运行；其特征在于，

所述各蓄电池支路分别通过相应的DC/DC模块单元连接到分段直流母线，分段直流母线分别连接相应的DC/AC换流器后与交流电网相连或独立带载运行；

交流侧采用“分时轮换、动态休眠”的有级分配方案，即将功率控制指令调整为不同量级，对于同量级换流器中DC/AC换流器分时轮换出力、平滑切换；

直流侧采用多目标非线性优化方案进行功率分配，DC/DC模块单元确定各电池组参与功率分配的先后顺序，采用可充电/放电电量正比分配法和/或平均分配法进行功率分配，使各支路蓄电池的使用情况趋于一致；

所述各蓄电池支路采用最大化配置的预充、快充、均充和浮充四段式控制策略，各DC/DC模块单元支路之间彼此独立运行，实现各电池组间的独立充放电优化控制；

所述储能双向换流器在接收到蓄电池过充、过放及过温等告警信息时，降低电池充放电电流或停止充放电，保护电池组的安全，各蓄电池支路控制、保护功能独立配置，保证了系统的利用率。

本发明具有以下技术效果：

本发明实现的大容量蓄电池储能双向换流器，针对电池组大规模串并联时存在的问题和电池组端电压宽范围变化的特点做了优化研究和设计，能够满足用户不同容量的需求，尤其适用于大容量储能电站。本发明软硬件均模块化，扩容维护方便，为产品系列化、标准化提供了技术前提。

附图说明

图1储能双向换流器主回路示意图；

图2DC/DC模块单元结构示意图；

图3DC/AC模块单元结构示意图。

具体实施方式

下面根据说明书附图并结合具体实施案例对本发明的技术方案进一步详细表述。