一种用于低压配网的分布式储能系统技术方案

本实用新型专利技术提出了一种用于低压配网的分布式储能系统，在传统三电平逆变器的基础上增加了三个双向功率开关S1、S2和S3，在所增加的元器件的基础上根据系统设计目标对新增的三个双向开关进行控制。本实用新型专利技术一种用于低压配网的分布式储能系统能够同时实现：谐波抑制、无功补偿、三相电压不平衡治理、中线电流治理、充电控制、放电控制等控制功能，以及现直流电池的冗余备用。

【技术实现步骤摘要】
一种用于低压配网的分布式储能系统
本技术涉及智能配网
，特别是一种用于低压配网的分布式储能系统。
技术介绍
电能是现代社会中不可或缺的重要能源，在不同的领域中都得到了非常广泛的应用，这也使现代电网的承载非常严酷。随着现代工业技术的发展，电力系统中非线性负荷大量增加。各种非线性和时变性电子装置如逆变器、整流器以及各种开关电源等大规模的应用，导致的负面效应也日益明显。同时，随着分布式能源的快速发展，大量的分布式新能源接入配网。这些大量的分布式新能源以风、光等为代表，具有极强的波动性和不确定性。在新能源的实际应用中，大量的波动电源接入系统，对电网的稳定运行提出了较大的挑战，对电力调度等也提出了较高要求。并且由于配网无法实现全部的分布式发电的就地消纳，也造成大量的弃风弃光现象。提高分布式能源的利用效率、提高抵压配网的自动化水平、增强配网电能质量调控能力等，是现代化配网需要重点解决的问题。特别对于配网终端，由于供电半径较大，配网特别是农村配网的末端的电压波动、谐波、三相不平衡等问题较为严重。同时，随着我国人民生活水平的提高，末端用电设备也出现了较大的变化，特别是电动汽车的发展，对配网承受大功率负荷的能力也提出了较高的要求。传统的储能系统采用包括PCS、电池及BMS系统。储能变流器(PCS)可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。PCS由DC/AC双向变流器、控制单元等构成。PCS控制器通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。PCS控制器通过CAN接口与BMS通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。储能变流器(PCS)可控制蓄电池的充电和放电过程，进行交直流的变换，在无电网情况下可以直接为交流负荷供电。PCS由DC/AC双向变流器、控制单元等构成。PCS控制器通过通讯接收后台控制指令，根据功率指令的符号及大小控制变流器对电池进行充电或放电，实现对电网有功功率及无功功率的调节。PCS控制器通过CAN接口与BMS通讯，获取电池组状态信息，可实现对电池的保护性充放电，确保电池运行安全。储能PCS主要用于电池的充电和放电控制，可以对电池的充电、放电电流、功率和电压控制，充电和放电工作模式也有恒压、恒流和恒功率工作模式。目前主流的储能技术包括物理类储能和电化学储能两类。物理类储能有：抽水蓄能、压缩空气、飞轮储能及超导储能、开放式循环气体涡轮等。电化学储能有：钠硫电池、钒电池、锂电池、铅酸电池等。其中，电化学储能技术由于具有建设周期短、运营成本低、对环境无影响等特点已经成为电网应用储能技术解决新能源接入的首选方案。新能源产业发展需求储能电池，发展新能源产业必须大力发展高安全、长寿命、高能量密度的储能电池。针对电网应用的储能电池要求大容量，市场上较多见的是锂离子电池、钠硫电池和液流电池技术。对电网储能应用，尤其是风力发电储能应用来说，全钒电池和钠硫电池是两种主要的已经被市场认可的商用技术。钒电池通过不同价态的钒离子相互转化实现电能的储存与释放。充电时，通过对电池的充电，将电能转化为化学能储存在不同价态的钒离子中；当发电装置不能满足额定输出功率时，电池开始放电，把储存的化学能转化为电能。钒电池的容量取决于电解液的存量，理论上来说，它的储液装置可以做得很大，而且只要不受污染，它的寿命会很长。钒电池的充、放电性能好，能够进行大功率的充电和放电，选址自由度大、占地少，可以很好地把太阳能和风能融入到住宅或者工业场所中。钒电池作为一种新型清洁能源存储装置，经过美国、日本、澳大利亚等国家的应用验证，凭借其大功率、长寿命、支持频繁大电流充放电、绿色无污染等明显技术优势，主要应用于再生能源并网发电、城市电网储能、远程供电、UPS系统、海岛应用等领域。在全球便携式储能电池市场，锂离子电池由于其在能量密度方面具有绝对优势而占据绝大部分份额。锂离子电池是最常见的电化学储能电池，手机、笔记本电脑的电池多为锂离子电池。高能效和电力容量上的优越性也让锂离子电池的市场扩大到交通领域。小型锂电池的研发和推广已经非常成功，但是，锂电池的大型化却是困难重重，面临造价高、运行温度高和易短路等问题。虽然在锂离子电池的研发方面已经取得了实质性进展，但是还需要很多工作来延长电池的使用寿命，还要提高电池使用时的安全性并降低材料成本。从锂电池的使用量来说，电动汽车产业应该远远高于风、光电产业，而且这一趋势会保持相当长的一段时间。虽然锂电池规模过大时，在能量控制上非常复杂，但是，国家电网在风光储输一体化项目招标中仍倾向于锂离子电池。在风能、太阳能系统所使用的储能蓄电池中，铅酸蓄电池仍占据较多的份额，这主要是铅酸蓄电池充放电效率高、耐温性能好、容量大、安全性好、成本低。风能、太阳能发电装机容量将会以很快的速度发展，铅酸蓄电池是发电系统中的重要部件，也是离网系统不可替代的部件，因此蓄电池的需求量将会迅速增加。但是，由于众所周知的环保问题，铅酸电池正面临重整河山待后生的局面。铅碳电池是从传统的铅酸电池演进出来的技术，研究人员发现，增加一点碳，能够显著提高铅酸电池的寿命。作为太阳能和风能储能的后备选项，铅酸电池能量密度高，是个不错的选择。但是，铅碳电池的推广也面临着成本问题。电池管理系统(BMS)的主要功能为：1)准确估测SOC。准确估测动力电池组的荷电状态(StateofCharge，即SOC)，即电池剩余电量，保证SOC维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池造成损伤，并随时显示混合动力汽车储能电池的剩余能量，即储能电池的荷电状态。(2)动态监测。在电池充放电过程中，实时采集电动汽车蓄电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，防止电池发生过充电或过放电现象。同时能够及时给出电池状况，挑选出有问题的电池，保持整组电池运行的可靠性和高效性，使剩余电量估计模型的实现成为可能。除此以外，还要建立每块电池的使用历史档案，为进一步优化和开发新型电、充电器、电动机等提供资料，为离线分析系统故障提供依据。电池充放电的过程通常会采用精度更高、稳定性更好的电流传感器来进行实时检测，一般电流根据BMS的前端电流大小不同，来选择相应的传感器量程进行接近，以400A为例，通常采用开环原理，国内外的厂家均采用可以耐低温、高温、强震的JCE400-ASS电流传感器，选择传感器时需要满足精度高，响应时间快的特点。(3)电池间的均衡。即为单体电池均衡充电，使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。均衡技术是目前世界正在致力研究与开发的一项电池能量管理系统的关键技术。然而，现有的储能系统都具有无法参与电能质量控制的缺点。
技术实现思路
本技术提出了一种用于低压配网的分布式储能系统。实现本技术的技术解决方案为：一种用于低压配网的分布式储能系统，其特征在于，包括三电平变流器、第一直流电容C1、第二直流电容C2、第一电池组B1、第二电池组B2、正电压侧功率开关S1、负电压侧功率开关S2、中性点侧功率开关SN、第一电池管理系统BMS1、第二电池管理系统BMS2、交流器控制系统以及充电切换控制系统，其中，所述三电平变流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于低压配网的分布式储能系统，其特征在于，包括三电平变流器、第一直流电容C1、第二直流电容C2、第一电池组B1、第二电池组B2、正电压侧功率开关S1、负电压侧功率开关S2、中性点侧功率开关SN、第一电池管理系统BMS1、第二电池管理系统BMS2、交流器控制系统以及充电切换控制系统，其中：所述三电平变流器的正电压端口P+分别与正电压侧功率开关S1的一端以及第一直流电容C1的一端连接，所述三电平变流器的负电压端口P‑分别与负电压侧功率开关S2的一端以及第二直流电容C2的一端连接，所述第二直流电容C2的另一端与第一直流电容C1的另一端连接，所述三电平变流器的中性点端口N与第二直流电容C2的另一端连接，所述三电平变流器的中性点端口N同时与中性点侧功率开关SN的一端连接，所述正电压侧功率开关S1的另一端与第一电池组B1的正极连接，第一电池组B1的负极分别与中性点侧功率开关SN的另一端以及第二电池组B2的正极连接，所述第二电池组B2的负极与负电压侧功率开关S2的另一端连接；所述第一电池管理系统BMS1、第二电池管理系统BMS2分别采集第一电池组B1和第二电池组B2的电池状态传递给充电切换控制系统，所述充电切换控制系统将第一直流电容C1和第二直流电容C2两端的电压以及第一电池组B1和第二电池组B2的电池状态传递给变流器控制系统，所述变流器控制系统用于给出开关控制模式。...

【技术特征摘要】
1.一种用于低压配网的分布式储能系统，其特征在于，包括三电平变流器、第一直流电容C1、第二直流电容C2、第一电池组B1、第二电池组B2、正电压侧功率开关S1、负电压侧功率开关S2、中性点侧功率开关SN、第一电池管理系统BMS1、第二电池管理系统BMS2、交流器控制系统以及充电切换控制系统，其中：所述三电平变流器的正电压端口P+分别与正电压侧功率开关S1的一端以及第一直流电容C1的一端连接，所述三电平变流器的负电压端口P-分别与负电压侧功率开关S2的一端以及第二直流电容C2的一端连接，所述第二直流电容C2的另一端与第一直流电容C1的另一端连接，所述三电平变流器的中性点端口N与第二直流电容C2的另一端连接，所述三电平变流器的中性点端口N同时与中性点侧功率开关SN的一端连接，所述正电压侧功率开关S1的另一端与第一电池组B1的正极连接，第一电池组B1的负极分别与中性点侧功率开关SN的另一端以及第二电池组B2的正极连接，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳付昌，李红，伏祥运，朱立位，何玲，宋涛，卜品，高翔，杨龙威，赵海春，高扬，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司，国家电网公司，锐芯电气技术大连有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32