电能储能系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电能储能系统包括控制系统和相电路，每相电路包括顺次级联的多个子系统，子系统包括：电池电容组；桥式变流模块；电池电容监测管理模块用于监测每节储能电池电容的工作状态，还用于响应均衡控制信号均衡电池电容组内各节电池电容的电量；控制器，对桥式变流模块、电池电容监测管理模块进行控制。各个子系统中的控制器根据控制系统的控制信号控制各自子系统的工作状态。由此，减小了电池电容组中偏差最大的电池电容对储能系统中的电池电容系统的储能性能带来的不利影响，为电能储能系统的高效、可靠、安全工作带来了保障。保障。保障。

【技术实现步骤摘要】
电能储能系统


[0001]本专利技术涉及储能
，具体涉及一种电能储能系统。

技术介绍

[0002]在现有的电能储能系统中，大多采用多个串并回路组成的集中式电池组，串联的电池数量较多，因此，个别电池的缺陷可能会导致整个电池组故障，甚至使储能系统燃烧爆炸，电池的寿命和安全性存在重大隐患。
[0003]对于串联了多节电池的电池组，当容量最低的电池达到过压限值时，将停止整个电池组的充电过程，而此时，其它电池可能尚未充满电，也就是储能系统没有达到最大允许的容量；同样，当最低充电量的电池达到过放限值时，整个电池组停止工作，而此时，电池组中仍然有能量可为电网供电，但是出于安全原因，储能系统不能继续放电。由此可见，对于串联了多节电池的电池系统，电池组中最弱的电池支配着整个电池系统的性能，制约了储能系统的利用率。
[0004]目前的级联多电平储能系统研究，其每个子模块连接的电池系统，也是由400
‑
500节电池串联组成，如此多的串联电池数量导致常规的均衡电路(一般只能连接和均衡十多节电池)无法实现每一节电池间电量的有效均衡。
[0005]因此现有的储能技术无法满足储能高效均衡的要求。对于级联多电平的储能系统，常规的级联多电平采用移相PWM、最近电平逼近等调制控制策略并不能满足要求，因此需要新的控制解决方案。

技术实现思路

[0006]基于上述现状，本专利技术的主要目的在于提供一种电池电容储能系统及实现电池电容电量均衡的方法，以有效均衡电池电容之间的电量，以提高整个储能系统的利用率和安全性。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种电能储能系统，包括单相或三相电路，其特征在于，包括控制系统和相电路，每相电路包括顺次级联的多个子系统，子系统包括：
[0009]电池电容组，由N节储能电池电容串联得到，用于存储电网输出的电能，N为大于或等于2的整数；
[0010]桥式变流模块，用于将交流电能转化为直流电能，以存储至电池电容组，或者将电池电容组输出的电能转化为交流电能，并入电网；桥式变流模块具有交流侧和直流侧，交流侧用于将子系统串接于多个子系统中，直流侧用于连接电池电容组；
[0011]电池电容监测管理模块，连接至电池电容组，电池电容监测管理模块用于监测储能电池电容的电压和温度，还用于响应均衡控制信号均衡电池电容组内各节电池电容的电量；
[0012]控制器，与桥式变流模块和电池电容监测管理模块的控制端均连接，能够接收电
池电容监测管理模块监测到的储能电池电容电压和温度信息，并对桥式变流模块和电池电容监测管理模块进行控制；
[0013]控制系统分别与各个子系统中的控制器进行数据交互，获取各个子系统的数据至少包括各个子系统所连接电池电容组的荷电量SOC数据和电压数据，各个子系统中的控制器根据控制系统的控制命令控制各自子系统中的桥式变流模块，以控制各个子系统的工作状态；
[0014]控制系统根据储能系统某时刻所需要输出的交流电压的实时值和各个子系统电池电容组的SOC值和电压值来选择投入的子系统；控制系统根据需要投入的子系统处于充电还是放电的状态来选择目标数量的子系统进入投入状态，未被选择投入的其它子系统则进入旁路状态；当投入的子系统处于充电状态时，控制系统优先选择电池电容组SOC较低的子系统进入投入状态，且这些子系统电池电容组电压值之和需要最为接近所需要输出的交流电压的值；当需要投入的子系统处于放电状态时，优先选择电池电容组SOC较高的子系统进入投入状态，且这些子系统电池电容组电压值之和需要最为接近所需要输出的交流电压的值。
[0015]可选地，当需要投入的子系统处于充电状态且对电网的输出电压为正时，控制系统按照电池电容组SOC值由低到高的顺序选择目标数量的子系统挪入投入队列，以进入投入状态，未被选择投入的其它子系统则进入旁路状态；其中，被选择挪入投入队列的子系统满足：其中，为对电网的输出电压，∑U1为投入队列中的子系统的正向总电压，为级联的多个子系统的平均电压，k为常系数，0＜k＜1。
[0016]可选地，当需要投入的子系统处于充电状态且对电网的输出电压为负时，控制系统按照电池电容组SOC值由低到高的顺序选择目标数量的子系统挪入投入队列，以进入投入状态，未被选择投入的其它子系统则进入旁路状态；其中，被选择挪入投入队列的子系统满足：其中，为对电网的输出电压，∑U2为投入队列中的子系统的正向总电压，为级联的多个子系统的平均电压，k为常系数，0＜k＜1。
[0017]可选地，当需要投入的子系统处于放电状态且对电网的输出电压为正时，控制系统按照电池电容组SOC值由高到低的顺序选择目标数量的子系统挪入投入队列，以进入投入状态，未被选择投入的其它子系统则进入旁路状态；其中，被选择挪入投入队列的子系统满足：其中，为对电网的输出电压，∑U3为投入队列中的子系统的正向总电压，为级联的多个子系统的平均电压，k为常系数，0＜k＜1。
[0018]可选地，当需要投入的子系统处于放电状态且对电网的输出电压为负时，控制系统按照电池电容组SOC值由高到低的顺序选择目标数量的子系统挪入投入队列，以进入投入状态，未被选择投入的其它子系统则进入旁路状态；其中，被选择挪入投入队列的子系统满足：其中，为对电网的输出电压，∑U4为投入队列中的子系统的正向总电压，为级联的多个子系统的平均电压，k为常系数，0＜k＜1。
[0019]可选地，电池电容监测管理模块包括：电压温度监测电路，用于监测储能电池电容的温度和电压；
[0020]当子系统的电池电容组的储能电池电容温度超过一定阈值，或子系统的电池电容组的任一节电池电容电压超过上限阈值或低于下限阈值，子系统控制器输出或经控制系统决策后输出子系统旁路控制信号，以使子系统桥式变流模块响应旁路控制信号短接与电网连接的交流侧，以隔离电网和电池电容组；当某个子系统异常旁路时，如果剩余子系统数量仍然满足储能系统运行的要求，储能系统的控制系统控制剩余子系统保持运行。
[0021]可选地，电池电容监测管理模块包括：N个均衡单元，N个均衡单元与N节储能电池电容一一对应；
[0022]各个均衡单元的两个输入端连接在各自对应的储能电池电容的正负极，均衡单元的两个输出端连接至所在电池电容组的正、负极；当第i节储能电池电容正负极电压与其它电池电容电压的偏差超过预设阈值时，控制器向第i个均衡单元输出均衡控制信号；第i个均衡单元通过输入端将第i节储能电池电容的电能，与第i节储能电池电容所在的电池电容组的电能进行交换，其中，1≤i≤N。
[0023]可选地，电能储能系统为单相或三相电路储能系统；
[0024]桥式变流模块由全桥变流器实现；
[0025]每相电路包括一个顺次级联了多个子系统的桥臂，其中，每个子系统交流侧的两个交流接入端分别与相邻的子系统交流侧的两个交流接入端串联；首个子系统的第一端连接交流电网的一相接入点，多个子系统之间和/或首个子系统的第一端与交流电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电能储能系统，包括单相或三相电路，其特征在于，包括控制系统(300)和相电路，每相电路包括顺次级联的多个子系统，所述子系统包括：电池电容组(1)，由N节储能电池电容串联得到，用于存储电网输出的电能，N为大于或等于2的整数；桥式变流模块(2)，用于将交流电能转化为直流电能，以存储至所述电池电容组(1)，或者将所述电池电容组(1)输出的电能转化为交流电能，并入电网；所述桥式变流模块(2)具有交流侧和直流侧，所述交流侧用于将子系统串接于多个子系统中，所述直流侧用于连接电池电容组(1)；电池电容监测管理模块(3)，连接至所述电池电容组(1)，所述电池电容监测管理模块(3)用于监测储能电池电容的电压和温度，还用于响应均衡控制信号均衡所述电池电容组(1)内各节电池电容的电量；控制器(4)，与所述桥式变流模块(2)和所述电池电容监测管理模块(3)的控制端均连接，能够接收所述电池电容监测管理模块(3)监测到的储能电池电容电压和温度信息，并对所述桥式变流模块(2)和所述电池电容监测管理模块(3)进行控制；所述控制系统(300)分别与各个子系统中的控制器(4)进行数据交互，获取各个子系统的数据至少包括各个子系统所连接电池电容组(1)的荷电量SOC数据和电压数据，各个子系统中的控制器(4)根据所述控制系统(300)的控制命令控制各自子系统中的桥式变流模块(2)，以控制各个子系统的工作状态；所述控制系统(300)根据储能系统某时刻所需要输出的交流电压的实时值和各个子系统电池电容组(1)的SOC值和电压值来选择投入的子系统；所述控制系统(300)根据需要投入的子系统处于充电还是放电的状态来选择目标数量的子系统进入投入状态，未被选择投入的其它子系统则进入旁路状态；当投入的子系统处于充电状态时，所述控制系统(300)优先选择电池电容组(1)SOC较低的子系统进入投入状态，且这些子系统电池电容组(1)电压值之和需要最为接近所需要输出的交流电压的值；当需要投入的子系统处于放电状态时，优先选择电池电容组(1)SOC较高的子系统进入投入状态，且这些子系统电池电容组(1)电压值之和需要最为接近所需要输出的交流电压的值。2.如权利要求1所述的电能储能系统，其特征在于，当需要投入的子系统处于充电状态且对电网的输出电压为正时，所述控制系统(300)按照电池电容组SOC值由低到高的顺序选择目标数量的子系统挪入投入队列，以进入投入状态，未被选择投入的其它子系统则进入旁路状态；其中，被选择挪入投入队列的子系统满足：其中，为对电网的输出电压，∑U1为投入队列中的子系统的正向总电压，为所述级联的多个子系统的平均电压，k为常系数，0＜k＜1。3.如权利要求1所述的电能储能系统，其特征在于，当需要投入的子系统处于充电状态且对电网的输出电压为负时，所述控制系统(300)按照电池电容组SOC值由低到高的顺序选择目标数量的子系统挪入投入队列，以进入投入状态，未被选择投入的其它子系统则进入旁路状态；其中，被选择挪入投入队列的子系统满足：其中，U0‑
为对电网的输出电压，∑U2为投入队列中的子系统的正向总电压，为所述级联的多个子系统的平
均电压，k为常系数，0＜k＜1。4.如权利要求1所述的电能储能系统，其特征在于，当需要投入的子系统处于放电状态且对电网的输出电压为正时，所述控制系统(300)按照电池电容组SOC值由高到低的顺序选择目标数量的子系统挪入投入队列，以进入投入状态，未被选择投入的其它子系统则进入旁路状态；其中，被选择挪入投入队列的子系统满足：其中，为对电网的输出电压，∑U3为投入队列中的子系统的正向总电压，为所述级联的多个子系统的平均电压，k为常系数，0＜k＜1。5.如权利要求1所述的电能储能系统，其特征在于，当需要投入的子系统处于放电状态且对电网的输出电压为负时，所述控制系...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯亚东，陈勇，朱继红，李秋华，陈永奎，陈永，
申请(专利权)人：南京合智电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：