本发明专利技术公开了一种液流电池储能系统高效大功率变换集成拓扑，包括跨液路系统的电堆串联成组拓扑和高效大功率变换集成拓扑。所述电堆成组拓扑由多液路系统中各出一个电堆跨液路系统串联组成电堆串构成，所述高效大功率变换集成拓扑由多个一级储能变流器拓扑的直流侧分别与电堆串级联，交流侧经隔离变压器并联后集成。本发明专利技术避免在同一液路系统内电堆串联，以免产生液路旁路电流损耗，并提高电堆串联成组电压，在此基础上，仅通过一级DC/AC双向变换，即可实现储能系统高效大功率变换集成。本发明专利技术的有益效果是从减免液路旁路电流损耗，增加电堆串联数量提高直流母线电压，以及减少功率变换环节，共三个层面提高液流电池储能系统功率水平和效率。统功率水平和效率。
【技术实现步骤摘要】
一种液流电池储能系统高效大功率变换集成拓扑
[0001]本专利技术属于面向液流电池储能系统
，特别涉及一种液流电池储能系统功率变换集成拓扑。
技术介绍
[0002]储能技术是实现“碳达峰、碳中和”，构建以新能源为主体的新型电力系统的关键支撑技术，其中液流电池储能技术具有安全、可靠、环保、寿命长等优点，是构建长时间、大规模储能的首选之一。
[0003]大规模液流电池储能系统一般由多组电堆模块集成而来。而电堆通常由多个单电池串联组成，并通过储罐和液路系统统一供应电解液，电解液通过公共管道并列分配到各个单电池。
[0004]在工程应用中，为了满足实际需求，需要对多个电堆进行串并联，实现高电压、大功率的输出，在同一对电解液储罐的电堆组串并联成组运行时，电堆之间的液路系统会产生旁路电流，影响电堆内部的旁路电流分布以及内部单电池的电压分布，在新的旁路电流影响下，同一液路系统中的电堆串联后，其单电堆电压水平会低于串联前的单电堆。
[0005]传统储能变流器一般分为一级储能变流器和两级储能变流器。一级储能变流器电路简单、损耗小，电能只需经过一次DC/AC变换，缺点是升降压能力不足，需要储能系统直流侧直接提供较高的电压水平。两级储能变流器在一级基础上，在储能电池和DC/AC变流器之间加入DC/DC变流器进行升压(放电)、降压(充电)，是大部分传统液流电池储能系统采用的并网变流方式，缺点是两级变换增加了储能系统结构的复杂度和控制难度，降低了储能系统效率及可靠性。
技术实现思路
[0006]本专利技术提供一种液流电池储能系统高效大功率变换集成拓扑，避免在同一液路系统(电堆组)内电堆串联的同时，将不同液路系统(电堆组)中各自提供的一个任意位置的电堆进行串联，以提高电堆串联成组的电压水平，从而可简化储能变流器的拓扑结构，只采用一级DC/AC功率变换，即可提高液流电池储能系统的功率容量、效率及可靠性。
[0007]一种液流电池储能系统高效大功率变换集成拓扑，其特征在于，所述液流电池储能系统高效大功率变换集成拓扑主要由跨液路系统的电堆串联成组拓扑及高效大功率变换集成拓扑构成。
[0008]所述液流电池储能系统的液路部分有多套液路系统构成，在一套液路系统中，一对正负极电解液储罐通过正负极电解液液路管道与电堆的正负极电解液进出口连接，与电堆内部液路管道形成电解液循环回路，在液泵的驱动下，为多个电堆提供电解液。
[0009]所述正负极电解液液路管道包括：
[0010]正极液路进液旁管：连接在所述电堆的正极电解液进口和所述正极液路进液公共管道之间；
[0011]正极液路出液旁管：连接在所述电堆的正极电解液出口和所述正极液路出液公共管道之间；
[0012]正极液路进液公共管道：连接在所述正极电解液进液旁管和所述正极电解液储罐的出口之间，靠近储罐出口处设有液泵；
[0013]正极液路出液公共管道：连接在所述正极电解液出液旁管和所述正极电解液储罐的进口之间；
[0014]负极液路进液旁管：连接在所述电堆的负极电解液进口和所述负极液路进液公共管道之间；
[0015]负极液路出液旁管：连接在所述电堆的负极电解液出口和所述负极液路出液公共管道之间；
[0016]负极液路进液公共管道：连接在所述负极电解液进液旁管和所述负极电解液储罐的出口之间，靠近储罐出口处设有液泵；
[0017]负极液路出液公共管道：连接在所述负极电解液出液旁管和所述负极电解液储罐的进口之间。
[0018]受到一套液路系统供液的多个电堆，称为一个电堆组。
[0019]在解释本专利技术中电堆之间的电气连接拓扑前，有必要先阐述本专利技术对电堆串联连接的定义：
[0020]有两个电堆时，第一个电堆的负极与第二个电堆的正极通过电气连接线连接，第一个电堆的正极作为连接后的总正极，第二个电堆的负极作为连接后的总负极；
[0021]有多个电堆时，前一个电堆与后一个电堆之间，按照上述两个电堆串联的方式连接，第一个电堆的正极作为连接后的总正极，最后一个电堆的负极作为连接后的总负极；
[0022]多个具有上述串联连接关系的电堆构成一个电堆串。
[0023]所述跨液路系统的电堆串联成组拓扑采用的串联成组方式是由多个液路系统(电堆组)各自分别提供一个位置相同或位置不同的电堆进行串联连接，构成跨液路系统的电堆串，具有所述串联方式连接关系的电堆构成跨液路系统的电堆串联成组拓扑结构。
[0024]例如：液流电池储能系统中有n套液路系统以及对应的n个电堆组，每个电堆组中有m个电堆，那么按照所述串联成组方式，所述跨液路系统的电堆串联成组中n个电堆构成一个电堆串，若每个电堆组中的m个电堆全部参与串联成组，那么液流电池储能系统中有m个电堆串。
[0025]所述跨液路系统的电堆串联成组拓扑，避免了在同一个液路系统的电堆组中电堆之间的电气连接，使同一电堆组液路系统旁管和公共管道中无电势差存在，消除了电堆之间液路管道旁路电流损耗，改善了电堆串中电堆电压的一致性，提高了电堆的串联数量及串联电压水平，实现了电堆串的高电压集成，提高了电堆串的整体电压。
[0026]由于电堆串电压水平的提高，可以使直流侧电压直接满足大功率DC/AC变流器的并网需要，因此在所述液流电池储能系统高效大功率变换集成拓扑中，所述储能变流器拓扑无需DC/DC变流环节，仅需采用一级DC/AC变流器通过隔离变压器与交流电网相连，构成所述一级储能变流器拓扑。
[0027]所述一级储能变流器拓扑包括一级DC/AC变流器、直流母线电容、LC滤波器以及隔离变压器；
[0028]所述一级DC/AC变流器采用两、三、多电平等电压源型PWM变流器(VSC)，变流器直流侧并联直流母线电容构成所述一级储能变流器拓扑直流侧，变流器交流侧串联LC滤波器和隔离变压器构成所述一级储能变流器拓扑交流侧；
[0029]多个所述一级储能变流器拓扑直流侧分别与所述跨液路系统的电堆串联成组拓扑下的跨液路系统的电堆串总正极和总负极一一相连，多个所述一级储能变流器拓扑交流侧并联构成所述高效大功率变换集成拓扑。
[0030]例如：液流电池储能中有m电堆串，m个一级储能变流器拓扑直流侧分别与m个电堆串中对应一个电堆串的总正极和总负极相连，m个一级储能变流器拓扑交流侧并联后与交流电网相连，构成含有m个一级储能变流器拓扑的所述高效大功率变换集成拓扑。
[0031]最后，所述跨液路系统的电堆串联成组拓扑与所述高效大功率变换集成拓扑级联构成所述液流电池储能系统高效大功率变换集成拓扑。
[0032]本申请提供的方法具有下列有益效果：
[0033]液流电池储能系统高效大功率变换集成拓扑下，避免了同一个液路系统中的电堆之间的电气连接，消除了液路管道上的电势差，解决了电堆外部液路系统的旁路电流损耗问题；
[0034]改善了电堆串中电堆电压的一致性；
[0035]提高了电堆的串联数量及串联电压水平，实现了电堆串的高本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种液流电池储能系统高效大功率变换集成拓扑，其特征在于，所述液流电池一级功率变换拓扑中，包括跨液路系统的电堆串联成组拓扑以及高效大功率变换集成拓扑；所述跨液路系统的电堆串联成组拓扑是指由多个液路系统中的电堆组各自提供一个电堆跨液路系统串联构成，所述液流电池储能系统包含n个液路系统，每个液路系统包含m个电堆，构成一个电堆组，n个液路系统，产生n个电堆组；n个电堆组(液路系统)各自提供一个相同或不同位置的电堆串联形成m个由n个电堆串联的成组结构(电堆串)；所述高效大功率集成拓扑由多个一级储能变流器拓扑的直流侧分别与电堆串级联，交流侧经隔离变压器并联后并入交流电网构成，所述高效大功率变换集成拓扑包含m个一级储能变流器拓扑的并联集成，其m个直流侧分别与m个电堆串中的一个电堆串级联，其m个交流侧分别经隔离变压器并联后并入交流电网；所述跨液路系统的电堆串联成组拓扑与所述高效大功率变换集成拓扑级联构成所述液流电池储能系统高效大功率变换集成拓扑。2.根据权利要求1所述的液流电池储能系统高效大功率变换集成拓扑，其特征在于，所述液路系统由正负极电解液储罐、正负极电解液液路管道、电堆内部液路管道及液泵构成，一对正负极电解液储罐通过正负极电解液液路管道与电堆的正负极电解液进出口连接，与电堆内部液路管道形成电解液循环回路，在液泵的驱动下，构成一套液路系统。3.根据权利要求2所述的液流电池储能系统高效大功率变换集成拓扑，其特征在于，所述正负极电解液液路管道包括：正极液路进液旁管，连接在所述电堆的正极电解液进口和所述正极液路进液公共管道之间；正极液路出液旁管，连接在所述电堆的正极电解液出口和所述正极液路出液公共管道之间；正极液路进液公共管道，连接在所述正极电解液进液旁管和所述正极电解液储罐的出口之间，靠近储罐出口处设有液泵；正极液路出液公共管道，连接在所述正极电解液出液旁管和所述正极电解液储罐的进口之间；负极液路进液旁管，连接在所述电堆的负极电解液进口和所述负极液路进液公共管道之间；负极液路出液旁管，连接在所述电堆的负极电解液出口和所述负极液路出液公共管道之间；负极液路进液公共管道，连接在所述负极电解液进液旁管和所述负极电解液储罐的出口之间，靠近储罐出口处...
【专利技术属性】
技术研发人员：颜湘武，蔡光，
申请(专利权)人：保定友源电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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