本实用新型专利技术提供了一种用于BESS系统的电力电子开关与模块化PCS二合一装置，包括电池模组，若干个电池模组串联成簇通过电力电子开关与模块化PCS二合一装置在交流侧汇集后组成一个BESS储能单元，所述电池模组连接有用于电力电子开关与模块化PCS二合一装置，可以实现电池充放电控制的同时实时监测电池模组直流电变化率，从而实现带短路保护功能，所述电力电子开关与模块化PCS二合一装置与交流母线连接设置，所述电力电子开关与模块化PCS二合一装置由滤波及变流单元、直流传感器TA2、后备熔断器F3、直流隔离开关QS2、交流断路器QF1组成；本实用新型专利技术结构简单，操作便捷，能够实现最简洁的BESS拓扑构建，同时实现在BESS储能系统发生故障时，实时有效的切除故障部分。实时有效的切除故障部分。实时有效的切除故障部分。
【技术实现步骤摘要】
一种用于BESS系统的电力电子开关与模块化PCS二合一装置
[0001]本技术涉及储能电站检测及拓扑
，特别是一种用于BESS系统的电力电子开关与模块化PCS二合一装置。
技术介绍
[0002]储能电站电池系统部分，由电芯构成模组，由模组构成电池模组，由电池模组构成电池储能系统(BESS)，拓扑有采用低压并联汇集及中高压串联直挂两种方式，目前以低压并联汇集为主流方式。BESS系统电压多为1000V、1500V，通过集中式PCS或模块化PCS与交流电网交换功率。
[0003]当BESS发生短路故障时，故障电流上升是非常迅速，按照头部电池企业实测提供数值，单电池模组容量为372.7kWh时，短路电流在0.66ms上升峰值为10.65kA。在极短的时间内给BESS系统设备造成热/电损害。
[0004]在BESS的保护策略方面，绝大多数集成商均采用“隔离开关+熔断器”的进行保护，现BESS直流保护示意图如图1、图2所示：
[0005]图1中
①
为电池模组，
②
主控箱，
③
为直流母线，
④
为集中式PCS，
⑥
为交流母线。其中
①
内部由若干电芯bat、内熔断器F2等组成，
②
内部由隔离开关QS1、直流接触器K1～K3、预充电阻R1、电流互感器TA1、主回路熔断器F1等组成，
④
内部由滤波及变流单元、隔离开关QS2、主回路后备熔断器F3、主回路交流断路器QF1等组成。若干电池模组通过
③
直流母线汇集与
④
集中式PCS连接至
⑥
交流母线，后组成一个BESS子单元。
[0006]图2中
①
为电池模组，
②
主控箱，
⑤
为模块化PCS，
⑥
为交流母线。其中
①
内部由若干电芯bat、内熔断器F2等组成，
②
内部由隔离开关QS1、直流接触器K1～K3、预充电阻R1、电流互感器TA1、主回路熔断器F1等组成，
⑤
内部由滤波及变流单元、隔离开关QS2、主回路后备熔断器F3、主回路交流断路器QF1等组成。若干电池模组直接与
⑤
模块化PCS连接至
⑥
交流母线，后组成一个BESS子单元。
[0007]采用该两种方案BESS直流保护方面存在的问题如下：
[0008]F1、F2熔断器的系统时间常数决定暂态电流上升时间，当选用较小的时间常数(<2.5ms)，熔断器可以快速开断，要求熔断器本体材料能快速进行能量吸收并冷却电弧，当选用较大的时间常数(>6ms)，熔断器熔断材料的温度上升缓慢，电弧最终形成时，不能被能量吸收材料并充分冷却。目前选用额定分断能力为250kA，时间常数≤5ms，额定电流100A～450A的熔断器，需要订制，价格较高；
[0009]该方案最小分断电流为5In，对于BESS，可能出现的1.1In～5In电流，无法分断，为应对小电流、拉负荷电流，需考虑快速隔离开关配合使用；
[0010]无法提供自动重新供电保护，一旦短路动作，需全部更换；
[0011]BESS系统内F1、F2熔断器以及上级PCS直流侧熔断器参数均选择一致，无法形成级差配合；
[0012]动作时间为ms级别，一般为20～50ms，在熔断器未熔断之前，短路电流持续增加，
电池电芯本身需要承受较大的短路电流，对电池设备的要求较高，BESS成本增加的同时系统的风险也在增加；
[0013]由于熔断器熔片本身具有离散性，当作为主短路保护器件时，熔断的时间较长，模组内部尚设置有内熔断器F2；
[0014]采用图1方案拓扑方面存在的问题如下：
[0015]由于电池簇之间的电池内阻、电压、soc等不一致，多簇电池簇并联运行时，电池簇间会形成电压高的电池簇给电压低的电池簇充电，形成电池簇环流。当电压差较大时，当电池簇继电器闭合时由于电池簇的内阻很小，此时会形成很大的环流，会对电池和其他器件造成损坏甚至烧掉熔断器，引起严重的安全事故。
[0016]考虑BESS今后发展的趋势，单电池模组的容量还将进一步增大，意味着短路电流的水平还将进一步增大，额定电流也将超过450A，意味着现有的熔断器设备对于未来发展的趋势难以适应。
技术实现思路
[0017]有鉴于此，本技术的目的是提供一种能够在BESS储能系统发生故障时，实时有效的切除故障部分，且可消除簇间环流的用于BESS系统的电力电子开关与模块化PCS二合一装置。
[0018]本技术采用以下方法来实现：一种用于BESS系统的电力电子开关与模块化PCS二合一装置，包括电池模组，若干个电池模组串联成簇通过电力电子开关与模块化PCS二合一装置在交流侧汇集后组成一个BESS储能单元，所述电池模组连接有用于电力电子开关与模块化PCS二合一装置，能够实现电池充放电控制的同时实时监测电池模组直流电变化率，从而实现带短路保护功能，所述电力电子开关与模块化PCS二合一装置与交流母线连接设置，所述电力电子开关与模块化PCS二合一装置由滤波及变流单元(带保护)、直流传感器TA2、后备熔断器F3、直流隔离开关QS2、交流断路器QF1组成。
[0019]进一步的，所述电力电子开关与模块化PCS二合一装置DC输出端与所述直流隔离开关QS2连接，所述直流隔离开关QS2与后备熔断器F3连接，所述后备熔断器F3经所述直流传感器TA2与所述电池模组连接设置；所述电力电子开关与模块化PCS二合一装置AC输入端与所述交流断路器QF1连接，所述交流断路器QF1与所述交流母线连接设置。
[0020]本技术的有益效果在于：本专利技术在BESS储能系统内部安装该装置后，整体故障清除时间控制在0.2ms～0.3ms之间，若无吸能回路时，控制在0.1ms～0.15ms之间，比现有的“隔离开关+熔断器”的保护动作时间为20～50ms大为提升，短路故障快速切除，电池电芯本身无需承受较大的短路电流，对电池设备的要求降低，BESS储能系统电池本体部分成本降低，BESS储能系统的风险大为降低；装置内部仅配置后备熔断器，作为动作拒动(概率基本为0)的后备；后备熔断器仅考虑区内故障要求，可以选择额定分断电流为20kA的熔断器；BESS储能系统电池簇模组内熔断器取消，熔断器部分的数量及成本大大降低；装置内部电力电子器件(如IGBT)组成DC/AC，电流、电压均可以全范围可调；装置可以自恢复，可提供自动重新供电保护，避免了采用熔断器作为主短路动作方案一旦短路需全部更换的缺点，极大的减少了现场运维的工作量；装置动作完全基于直流电流突变量，BESS系统内部流过的电流最大值不超过4In，由于每个电池簇均配置有该装置，对于区内区外故障，均能实时
切断故障，无联动要求，无需增加额外的通信设置，无级别配合本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于BESS系统的电力电子开关与模块化PCS二合一装置，包括电池模组，若干个电池模组串联成簇通过电力电子开关与模块化PCS二合一装置在交流侧汇集后组成一个BESS储能单元，其特征在于：所述电池模组连接有用于电力电子开关与模块化PCS二合一装置，能够实现电池充放电控制的同时实时监测电池模组直流电变化率，从而实现带短路保护功能，所述电力电子开关与模块化PCS二合一装置与交流母线连接设置，所述电力电子开关与模块化PCS二合一装置由滤波及变流单元、直流传感器TA2、后备...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭花娜，
申请(专利权)人：福建永福电力设计股份有限公司，
类型：新型
国别省市：
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