[发明专利]基于能量有序控制的混合储能系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统储能系统及方法，尤其涉及一种基于能量有序控制的混合储能系统。

背景技术

随着国家对智能电网、微网、再生新能源以及电动汽车发展等不断推动，作为其关键技术支撑的储能技术也取得了快速发展。目前常见储能形式可分为四类：电化学储能、物理储能、电磁储能和相变储能。其中，物理储能、电磁储能及相变储能等储能方式因受技术水平、地理环境、运行条件、前期投资费用等方面的限制暂无法实现大规模开发应用。然而，随着电化学技术不断突破，拥有着高效能量储存能力、良好耐环境运行能力、优异运行维护便捷性及前期投资成本相对较低的电化学储能，得到了突飞猛进的发展及广泛的示范应用。

在现有的电化学储能示范应用中，通常以铅酸电池储能系统、锂离子电池储能系统及超级电容电池储能系统等最为广泛。其中，以铅酸电池作为储能载体的储能系统，具有技术成熟、储能容量高、耐环境好、低成本、回收再利用率高等优点，但其重量能量比、体积能量比较低，循环次数较少，并且在大量制造或回收再利用过程中易造成一定污染。以锂离子电池作为储能载体的储能系统，具有高效率、高比能量、放电电压稳定、自放电效率低、无记忆效应及无污染等优点，但由于锂离子电池原材料成本较高，制作工艺复杂，致使其价格昂贵，另外，锂离子电池对充放电控制及运行环境等方面要求严格，尚不能实现大规模应用。以超级电容电池作为储能载体的储能系统，具有可达上万次超长循环寿命、大电流充放电能力强、能量转换效率高、超低温运行特性好等特点，在电力系统中多用于短时间、大功率的负载平滑和电能质量分支功率场合，但其放电时间较短、比能量较低，无法满足对电网进行持续供电的要求。

随着能源的枯竭及低碳生活的提出，可再生新能源得到了快速发展及大规模应用，因光伏、风力等发电系统具有较强的随机性、波动性，从而较大程度上影响了电网电能质量；另外，为了满足国民经济的快速稳定发展，高功率、大容量的负荷也到了大量应用，在一定程度上对电网电能质量也造成了一定影响，这就需要配置储能系统提供高脉充功率以平滑光伏发电、风力发电输出功率及高功率负载应用所造成的电网波动尖峰，有效调节新能源发电及高功率设备用电引起的电网电压、频率计相位变化，同样也需要储能系统具有高容量电能存储与释放能力，从而能够持续为电网供电以保证关键负荷的正常运行。然而，从目前现有储能技术实际应用来看，铅酸电池、锂离子电池或超级电容作为单一的储能系统应用，如图1所示。铅酸电池储能系统质量能量比、体积能量比较低且循环次数较少，并且在大量制造或回收再利用过程中易造成一定污染；锂离子电池储能系统因采用原材料成本较高，制作工艺复杂，致使其价格昂贵，另外，锂离子电池对充放电控制及运行环境等方面要求严格，并且在过充、过放或过温情况下已发生爆炸，存在安全隐患；超级电容电池储能系统其放电时间较短、比能量较低，无法满足对电网进行持续供电的要求。因此，若要更好满足电网对储能系统高容量、长寿命、高能量存储于释放、脉充峰值平滑及较低前期投资成本等的要求，需要储能系统既具备高比功率、高循环寿命等特点，同时又能够有效降低储能系统投资成本、占地面积、自身重量等，而应用单一储能载体的储能系统均不能满足上述要求。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种基于能量有序控制的混合储能系统，它通过综合利用铅酸电池耐环境好、成本低及可回收利用等，锂离子电池高效率、高比能量、放电电压稳定、循环使用寿命较高等以及超级电容高比功率、高循环寿命等优点实现优势互补，扬长避短。通过后台监控系统采用选择性控制法，实现当电网出现尖峰功率偏差值或其他异常情况时，结合不同储能载体使用寿命超级电容电池组＞锂离子电池组＞铅酸电池组的特性，按超级电容电池组→锂离子电池组→铅酸电池组能量有序控制利用，从而有效地减少可再生能源对电力系统的充击，实现对电网削峰填谷调节，减少电网峰值，提高电网质量，充分保证整个电网系统运行的安全性、稳定性及可靠性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于能量有序控制的混合储能系统，它包括三个储能子系统：

第一储能子系统包括铅酸电池组、第一从控模块BMU、第一主控模块BMS及第一双向变流控制器ACDC，铅酸电池组分别与第一双向变流控制器ACDC和第一从控模块BMU连接，第一从控模块BMU与第一主控模块BMS连接，第一主控模块BMS与后台监控系统连接；