基于组串式PCS的电化学储能系统一次拓扑结构技术方案

本实用新型专利技术提供一种基于组串式PCS的电化学储能系统一次拓扑结构，所述储能系统N个电池簇、N个组串式PCS、N个L型滤波回路、交流汇流设备、变压器、并网设备柜，每个所述电池簇一一对应地接入每个组串式PCS的直流侧，每个所述组串式PCS的交流侧一一对应地接入每个所述L型滤波回路，所有所述L型滤波回路接入交流汇流设备进行汇流，所述交流汇流设备接入所述变压器、通过所述并网设备柜接入大电网。本实用新型专利技术基于组串式PCS的电化学储能系统一次拓扑结能实现单元电池簇的独立管理，提高储能系统的可利用率、维护性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于组串式PCS的电化学储能系统一次拓扑结构
本技术涉及一种储能系统，尤其是涉及一种电化学储能系统一次拓扑结构。
技术介绍
储能系统(简称系统)已被视为电力生产过程中“发-输-变-配-用-储”六大环节中的一个重要组成部分，同时储能系统也可应用于“发-输-变-配-用”五大电力环节。从储能的应用领域可看出，储能方法对智能电网的建设具有重大的战略意义，也是推动主题能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术。储能方法分类可分为机械储能、热储能、电气储能、化学储能、电化学储能等。由于电化学储能不受地域限制、安装建设便捷、效率较高、价格合适等优点，在全球储能项目装机规模中占比逐年提升。电化学储能系统的一次设备主要由电池、能量转换装置、汇流设备、变压器、并网设备等组成，但不同的拓扑形式对成套储能系统的性能如效率、电池一致性、安全性等影响不一，需要进行具体的研究。现阶段，储能系统的建设仍处于初级阶段，主流的拓扑方案仍以集中式拓扑为主，即电池串联并联成簇之后形成电池簇，多个电池簇接入同一台储能变流器(下文简称PCS)，由PCS经变压器后并网；这种拓扑结构存在着下述缺点：(1)可利用率、经济性：系统可用容量低于额定值，系统可利用率偏低、经济效益不佳。随着储能系统的运行，由于电池单体的不一致性和SOC估算误差累积(SOC：StateofCharge，电池荷电状态，也叫剩余电量)，导致电池簇与簇之间会存在着SOC差异。当出现差异时，由于单台PCS下挂接的是多个电池簇，充电或放电均是对所有电池簇进行操作，无法对每一个单独的电池簇进行操作，系统容量只能由短板簇决定；即：在充电时，当某一个电池簇SOC到达额定值、而其它电池簇未到达额定值时，这时便判定系统已充满，无法继续充电，继续充电会导致系统过充，过充则会导致安全问题；在放电时，当某一个电池簇SOC到达额定值、而其它电池簇未到达额定值时，这时便判定系统电量已用完，无法继续放电，继续放电会导致系统过放，过放也存在安全性问题。(2)维护性：当系统运行过程中，某一个电池簇或某几个电池簇的电池出现故障时，需将整个系统停机用于电池检修，维护性能差。(3)可靠性：缺乏针对大容量电池储能系统特点的设计与考虑，主要体现在电池堆单一输入，需要将所有单体电池大量串并联，接入同一直流母线，容易出现环流和一致性问题，大大降低了储能系统的可靠性。
技术实现思路
本技术目的是提供一种基于组串式PCS的电化学储能系统一次拓扑结构，要解决的技术问题是实现单元电池簇的独立管理，提高储能系统的可利用率、维护性和可靠性。为了解决上述技术问题，本技术提供一种基于组串式PCS的电化学储能系统一次拓扑结构，所述储能系统N个电池簇、N个组串式PCS、N个L型滤波回路、交流汇流设备、变压器、并网设备柜，每个所述电池簇一一对应地接入每个组串式PCS的直流侧，每个所述组串式PCS的交流侧一一对应地接入每个所述L型滤波回路，所有所述L型滤波回路接入交流汇流设备进行汇流，所述交流汇流设备接入所述变压器、通过所述并网设备柜接入大电网。作为优选方式，所述N至少为2。作为优选方式，单个所述电池簇的容量为200kWh～500kWh，电压为500V～800V。作为优选方式，所述组串式PCS包括内部交直流断路器、交流接触器、逆变模块、直流继电器、电容、辅助电源模块、IO输入输出板件、控制板件、防雷模块。作为优选方式，所述L型滤波回路使用三相电感。作为优选方式，所述交流汇流设备包括A相、B相、C相汇流铜排。本技术涉及一种基于组串式PCS的电化学储能系统一次拓扑结构，与现有设计相比，其优点在于：(1)储能系统可利用率高，经济性好，可对每一电池簇单独进行充电、放电操作、管理，系统容量为每一电池簇实际容量的累加值，而非最小值，单一电池簇的充电、放电管理不受其余电池簇的影响。(2)储能系统的主拓扑结构相对简单，易于模块化，扩展性好，单元电池簇发生如SOC误差较大、内部电芯有过压或欠压等故障时的降额运行能力强，可靠性较高，可将该电池簇从储能系统中切除检修，同时，其余电池簇不受影响，继续正常运行。(3)每个电池簇接入独立的组串式PCS，即每一个电池簇可当作一个小型的储能子系统，各子系统可以实现独立运行，互不干扰，大大降低了多个电池簇并联接入同一直流母线上时产生的环流问题，有利于电池维护、均衡管理，提高电池系统的可靠性。(4)由于传统的集中式PCS内部交流侧普遍采用LC滤波回路，当使用该类型PCS多机并联时，由于LC回路容易产生震荡，轻则导致PCS输出电流谐波含量增加，重则发生谐振现象，导致储能系统停机。本拓扑结构取消现有技术中PCS内部的LC滤波器，同时在每个组串式PCS的交流侧接入外置的L型滤波器，能较好抑制因各PCS输出电压幅值和相位差引起的环流；同时由于外置L型滤波电感存在，抑制了多机并联时产生的震荡问题，能较好地抑制多机并联时出现的谐振现象，提高系统稳定性。附图说明图1为本技术基于组串式PCS的电化学储能系统一次拓扑结构示意图。具体实施方式本技术涉及一种基于组串式PCS的电化学储能系统一次拓扑结构，包括N个电池簇1、N个组串式PCS2、N个L型滤波回路3、交流汇流设备4、变压器5、并网设备柜6。下文结合说明书附图和具体实施例对本技术进行详细说明。如图1所示，每个电池簇1由若干电池模块或若干电池单体串联组成，其中，电池簇1的数目为N个，N至少为2，所述单个电池簇1的容量为200kWh～500kWh，电压范围为500V～800V。所述电池簇1用于产生直流电压。所述组串式PCS2的数目与电池簇1的数目等同，每个电池簇1一一对应地经每个组串式PCS2的直流断路器后、接入至组串式PCS2的直流侧，形成电连接。所述组串式PCS2功率为100kV，直流侧电压范围为500V～800V，与电池簇1电压范围相匹配。所述组串式PCS2与现有技术中PCS的结构和原理基本一致，包括内部交直流断路器、交流接触器、逆变模块、直流继电器、电容、辅助电源模块、IO输入输出板件、控制板件、防雷模块、人机交互模块、按钮开关、指示灯、软启动模块；所不同的是，本技术组串式PCS2的内部未使用LC滤波回路。所述组串式PCS2是交直流转换设备，当给电池簇充电时，将交流电压转换为直流电压；当电池簇放电时，将直流电压转换为交流电压。组串式PCS2采用厂家为长园深瑞继保自动化有限公司的型号为PRS-7563Z-400/100的产品。将N台组串式PCS2的交流侧一一对应地接入外置的N台L型电感滤波回路3的三相输入端，L型滤波回路3使用三相电感。由于当组串式PCS2输出电压不一致时，组串式PCS2输出电流会不经过电网而在组串式PCS之间流动，此时产生环流，环流大小与线路阻抗成反比，在组串式PCS2外部串联L型滤波回路3电感，相当于增加了线路总回路阻抗，能较好地抑制因各组串式PCS2输出电压幅值和相位差引起的环本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于组串式PCS的电化学储能系统一次拓扑结构，其特征在于：包括N个电池簇(1)、N个组串式PCS(2)、N个L型滤波回路(3)、交流汇流设备(4)、变压器(5)、并网设备柜(6)，每个所述电池簇(1)一一对应地接入每个组串式PCS(2)的直流侧，每个所述组串式PCS(2)的交流侧一一对应地接入每个所述L型滤波回路(3)，所有所述L型滤波回路(3)接入交流汇流设备(4)进行汇流，所述交流汇流设备(4)接入所述变压器(5)、通过所述并网设备柜(6)接入大电网。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于组串式PCS的电化学储能系统一次拓扑结构，其特征在于：包括N个电池簇(1)、N个组串式PCS(2)、N个L型滤波回路(3)、交流汇流设备(4)、变压器(5)、并网设备柜(6)，每个所述电池簇(1)一一对应地接入每个组串式PCS(2)的直流侧，每个所述组串式PCS(2)的交流侧一一对应地接入每个所述L型滤波回路(3)，所有所述L型滤波回路(3)接入交流汇流设备(4)进行汇流，所述交流汇流设备(4)接入所述变压器(5)、通过所述并网设备柜(6)接入大电网。


2.根据权利要求1所述的一种基于组串式PCS的电化学储能系统一次拓扑结构，其特征在于：所述N至少为2。


3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锐，胡圣，丁凯，杨易，
申请(专利权)人：长园深瑞继保自动化有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44