钒流电池和锂电池混合系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开的钒流电池和锂电池混合系统，包括钒流电池、锂电池和直流母线，锂电池连接有两个单向DC/DC变换器，钒流电池连接有一个双向DC/DC变换器，所有单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器并联后与直流母线连接，直流母线上还连接有源和负载。本发明专利技术的钒流电池和锂电池混合系统及控制方法，充分发挥钒流电池环保、高寿命、大容量等优势，同时为了弥补钒流电池动态切换和响应时间相对慢的劣势，利用锂电池动态优越的特点，优劣互补，利用单向和双向宽范围DC/DC变换器并联，通过环路控制和参数设置以及电池管理策略，达到环保、长寿命、高可靠性、动态响应快速等综合优势。动态响应快速等综合优势。动态响应快速等综合优势。

【技术实现步骤摘要】
钒流电池和锂电池混合系统及控制方法


[0001]本专利技术属于电力电子技术和微网储能
，具体涉及钒流电池和锂电池混合系统，还涉及钒流电池和锂电池混合系统控制方法。

技术介绍

[0002]目前微网储能系统中，储能电池是不可缺少的重要组件，通过电池的充放电管理和运行，起到削峰填谷、并离网运行等作用。常规的微网储能系统，除了储能电池外，绿色能源如光伏系统、交流AC/DC系统也必不可少。
[0003]常用的储能电池类型如铅酸电池、锂电池如三元锂、铁锂等比较常用，目前储能领域，锂电池和钒硫电池两种电池各有应用场景，锂电池一般应用在小型微网储能系统，动态调节能力强；钒流电池一般用于大型储能系统，安全可靠、寿命长。目前储能系统的拓扑和架构，电池直接接PCS逆变器母线或通过双向DC/DC连接母线，直流母线可接入光伏、PCS逆变器以及其他直流负载等。专利文献1《一种大型液流电池储能系统及储能系统的直流变换装置》(公开号：CN216981520U，公开日：2022
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15)提出了大型液流电池储能系统，其特征如电堆集装箱、直流变换装置、变流器、液流罐及变压器分区布设，还包括DC/DC、AC/DC等常规变换器，是一种常规的系统，特点在于分组布置。专利文献2《铝空电源系统集成非线性优化控制与综合能量管理方法》(公开号：CN115241862A，公开日：2022
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25)提出的铝空燃料电池(外特性类似光伏)与储能铁锂电池、逆变器组成储能系统，利用相关的调度策略给铁锂电池充放电以及负载供电等，调度策略也比较常规。
[0004]以上方案都是从锂电池或钒流电池单独配置出发，构建出一套微网储能系统，配合相关的调度和运行策略，实现相应的储能和能量调度目标。虽然各有特色，但基本上都是针对单一电池类型构建，较难避免各自劣势的不利影响。虽然锂电池系列在能量密度大、体积小、动态好具有一定的优势，但是劣势也非常明显，如寿命短、不环保等。相比锂电池，钒流电池的最新技术发展，使得钒流电池在储能应用的优势越专利技术显，如寿命长、环保、容量大、安全等，劣势也比较突出如体积大、动态切换响应时间长，通常为20ms，还需额外供电给循环泵启动使得电解液循环，对于特殊的动态要求、稳定性较高的场合，若钒流电池无法短时提供或释放能量，将可能导致能量无法吸收或提供使得直流母线超出正常运行范围，进一步导致系统振荡、停机甚至烧坏直流系统相关设备。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种钒流电池和锂电池混合系统，具有动态调节能力强、安全可靠的特点。
[0006]本专利技术的另一目的是提供一种钒流电池和锂电池混合系统控制方法。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是，钒流电池和锂电池混合系统，包括钒流电池、锂电池和直流母线，锂电池连接有两个单向DC/DC变换器，钒流电池连接有一个双向DC/DC变换器，所有单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器并联后与直流母线连接，直流母线上还连接有源
和负载。
[0008]本专利技术的特点还在于：
[0009]单向DC/DC变换器包括第一单向DC/DC变换器和第二单向DC/DC变换器，第一单向DC/DC变换器为放电变换器，第二单向DC/DC变换器为充电变换器，第二单向DC/DC变换器内还设置有用于控制母线侧的电压上限阈值的控制器，第一单向DC/DC变换器内还设置有用于控制锂电池侧电压下限阈值的控制器。
[0010]控制器均为PI控制器。
[0011]源为用于给直流母线提供能量和电流的绿色清洁能源。
[0012]绿色清洁能源包括若干组光伏系统，光伏系统均连接有光伏优化器，所有光伏优化器并联后与直流母线连接，光伏系统由若干并联或串联的光伏组件组成。
[0013]直流母线还连接有并离网逆变器，并离网逆变器与负载并联设置。
[0014]钒流电池容量大于锂电池容量。
[0015]本专利技术所采用的另一技术方案是，钒流电池和锂电池混合系统控制方法，采用上述的钒流电池和锂电池混合系统，具体按照以下步骤实施：
[0016]步骤1、设置直流母线电压波动幅值预设范围；
[0017]步骤2、启动钒流电池和锂电池混合系统，若外部电网正常，则外部电网启动直流母线，钒流电池运行，直至直流母线电压波动幅值处于预设范围；若外部电网不正常，则锂电池工作，为直流母线充电，同时钒流电池系统启动，直至直流母线电压波动幅值处于预设范围；
[0018]直流母线电压波动幅值处于预设范围时，钒流电池按照既定的充放电策略运行维持正常充放电储能需要，稳定直流母线电压，锂电池待机；
[0019]步骤3、当源和负载功率失去平衡，且钒流电池系统在短时内未能调节，直流母线电压波动幅值持续超出预设范围时，锂电池系统快速响应，通过两个单向DC/DC变换器支撑直流母线，短时提供过功率充电或放电能量，稳定最高电压或最低电压，同时钒流电池按照既定的充放电策略运行调节充放电过程，并逐步承担调节主要力量，锂电池系统逐步降低调节能力，直至维持直流母线电压波动幅值稳定在预设范围内，此时锂电池调节自动降低到最小状态。
[0020]本专利技术另一技术方案的特点还在于：
[0021]步骤3中，锂电池系统快速响应具体为：
[0022]若直流母线电压波动幅值小于预设范围，第一单向DC/DC变换器自动运行在维持最低限制电压状态，锂电池放电，给直流母线短时提供能量；
[0023]若直流母线电压波动幅值大于预设范围，第二单向DC/DC变换器自动运行在维持最高限制电压状态，给锂电池充电，短时释放直流母线的能量；
[0024]若直流母线电压波动幅值持续在预设范围之外，则锂电池按照最低电流调节能力调节；
[0025]最小状态为两个单向DC/DC变换器都维持到最小给定的电流值上，一般为0，待机运行；若特殊需要充电或放电时，通过修正电流给定值实现充电或放电。
[0026]本专利技术的有益效果是：
[0027](1)本专利技术的钒流电池和锂电池混合系统，基于钒流电池和锂电池的混合并联系
统DC/DC连接关系与控制目标，结构简单，设置灵活，可靠性高；
[0028](2)本专利技术的钒流电池和锂电池混合系统，钒流电池系统和锂电池系统并联后还可以与外围的光伏系统、并离网逆变器系统和负载组成整个微网储能系统，充分发挥钒流电池和锂电池各自优势，优势互补，整体性能较好；
[0029](3)本专利技术的钒流电池和锂电池混合系统控制方法，通过钒流电池和锂电池的混合并联系统的各自单向和双向DC/DC环路控制与运行策略；混合系统配置外围光伏、并离网逆变器运行系统，能够适应并网和离网的调度需求，兼顾容量和动态调节优势，保证直流母线电压范围可控，稳定性强。
附图说明
[0030]图1是本专利技术钒流电池和锂电池混合系统的结构示意图；
[0031]图2是图1中第二单向DC/DC变换器的控制环路示意图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.钒流电池和锂电池混合系统，其特征在于，包括钒流电池(6)、锂电池(5)和直流母线(2)，所述锂电池(5)连接有两个单向DC/DC变换器，所述钒流电池(6)连接有一个双向DC/DC变换器(7)，所有单向DC/DC变换器、双向DC/DC变换器(7)并联后与所述直流母线(2)连接，所述直流母线(2)上还连接有源(1)和负载(8)。2.根据权利要求1所述的钒流电池和锂电池混合系统，其特征在于，所述单向DC/DC变换器包括第一单向DC/DC变换器(3)和第二单向DC/DC变换器(4)，第一单向DC/DC变换器(3)为放电变换器，第二单向DC/DC变换器(4)为充电变换器，第二单向DC/DC变换器(4)内还设置有用于控制母线侧的电压上限阈值的控制器，第一单向DC/DC变换器(3)内还设置有用于控制锂电池侧电压下限阈值的控制器。3.根据权利要求2所述的钒流电池和锂电池混合系统，其特征在于，所述控制器均为PI控制器。4.根据权利要求1所述的钒流电池和锂电池混合系统，其特征在于，所述源(1)为用于给直流母线(2)提供能量和电流的绿色清洁能源。5.根据权利要求4所述的钒流电池和锂电池混合系统，其特征在于，所述绿色清洁能源包括若干组光伏系统(9)，所述光伏系统(9)均连接有光伏优化器(10)，所有所述光伏优化器(10)并联后与所述直流母线(2)连接，所述光伏系统(9)由若干并联或串联的光伏组件组成。6.根据权利要求5所述的钒流电池和锂电池混合系统，其特征在于，所述直流母线(2)还连接有并离网逆变器(12)，所述并离网逆变器(12)与所述负载(8)并联设置。7.根据权利要求1所述的钒流电池和锂电池混合系统，其特征在于，所述钒流电池(6)容量大于所述锂电池(5)容量。8.钒流电池和锂电池混合系统控制方法，其特征在于，采用如权利要求1
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7所述的钒流电池和锂电池混合系统，具体按照以下步骤实施...

【专利技术属性】
技术研发人员：于优城，范杨平，
申请(专利权)人：中钠储能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：