DC能量存储系统技术方案

DC能量存储系统(20)包括：第一和第二DC端子(24、26)，用于与DC链路(28)的连接；DC能量存储转换器(22)，包括在所述第一和第二DC端子(24、26)之间串联连接的多个模块(32)，每个模块(32)包括至少一个开关元件(34)和至少一个能量存储装置(36)，每个模块(32)中的所述或每个开关元件(34)和所述或每个能量存储装置(36)可组合以选择性地提供电压源；以及至少一个电路中断装置(44)，所述电路中断装置在所述第一和第二DC端子(24、26)之间与所述DC能量存储转换器(22)串联连接，所述或每个电路中断装置(44)可操作以将所述DC能量存储转换器(22)与所述DC链路(28)电分开。与所述DC链路(28)电分开。与所述DC链路(28)电分开。

【技术实现步骤摘要】
DC能量存储系统


[0001]本专利技术涉及DC能量存储系统，优选地供在高压直流(HVDC)传输和无功功率补偿中使用。

技术介绍

[0002]在HVDC电力传输网络中，AC电力通常被转换成DC电力以用于经由架空线路、海底线缆和/或地下线缆的传输。这个转换移除对补偿由电力传输介质(即传输线路或线缆)施加的AC电容性负载效应的需要，并且降低每公里的线路和/或线缆的成本，并且因此当需要通过长距离传输电力时变得成本有效。DC电力还直接从离岸风电场传输到岸上AC电力传输网络。DC电力和AC电力之间的转换用于其中必需互连DC和AC网络的地方。在任何这种电力传输网络中，在AC和DC电力之间的每个接口处要求转换器(即电力转换器)以影响从AC到DC或从DC到AC所要求的转换。

技术实现思路

[0003]根据本专利技术的方面，提供有DC能量存储系统，包括：
[0004]第一和第二DC端子，用于与DC链路的连接；
[0005]DC能量存储转换器，包括在第一和第二DC端子之间串联连接的多个模块，每个模块包括至少一个开关元件和至少一个能量存储装置，每个模块中的所述或每个开关元件和所述或每个能量存储装置可组合以选择性地提供电压源；以及
[0006]至少一个电路中断装置，所述电路中断装置在第一和第二DC端子之间与DC能量存储转换器串联连接，所述或每个电路中断装置可操作以将DC能量存储转换器与DC链路电分开。
[0007]在本专利技术的DC能量存储系统中提供与DC能量存储转换器串联的一个或多个电路中断装置使得DC能量存储系统能够在故障的情况下被迅速停止服务，而不必为了DC能量存储系统的安全操作而关闭整个电系统(DC链路形成其部分)。否则，为了清除DC能量存储系统中的故障而瞬间关闭整个电系统将会导致不可接受的电力传输能力的损耗。同样地，将DC能量存储系统配置为连接到DC链路的独立系统降低DC能量存储系统中的故障蔓延到相同电系统中的其他电力设备的风险。
[0008]所述或每个电路中断装置的配置可以变化。
[0009]一个电路中断装置可以在第一和第二DC端子之间与DC能量存储转换器串联连接，其中电路中断装置连接在DC能量存储转换器的一端处。多个电路中断装置可以在第一和第二DC端子之间与DC能量存储转换器串联连接，其中电路中断装置中的所有电路中断装置都连接在DC能量存储转换器的一端处，或者电路中断装置中的一个或多个电路中断装置连接在DC能量存储转换器的一端处，以及电路中断装置中的一个或多个其他电路中断装置连接在DC能量存储转换器的另一端处。
[0010]在本专利技术的实施例中，至少一个电路中断装置可以包括AC电路断路器。在这种实
施例中，DC能量存储系统可包括控制器，所述控制器被编程以选择性地控制模块的开关元件的开关，以调制DC能量存储转换器的输出电压来在AC电路断路器的打开期间创建一个或多个电流零值。
[0011]通过模块的串联连接以及每个模块中的所述或每个开关元件和所述或每个能量存储装置的组合使得这种调制是可能的。模块在AC电路断路器的打开期间生成一个或多个人工电流零值的可用性使得成本有效的AC电路断路器能够代替更昂贵的DC电路断路器被使用。
[0012]在本专利技术的其他实施例中，至少一个电路中断装置可以包括DC电路断路器。DC电路断路器可以被额定以能够耐受DC链路的整个端子到端子DC电压(典型地500kV)。备选地，DC电路断路器可以被额定以能够耐受DC链路的端子到端子DC电压的部分。例如，DC电路断路器可以是具有低于100kV(例如50kV)的电压耐受能力的中压DC电路断路器。
[0013]提供DC电路断路器以实现DC能量存储转换器与DC链路的电分开，这允许DC能量存储转换器在故障模块比在AC电路断路器的情况下可能的故障模块更多的情况下继续操作。此外，使用额定以仅耐受DC链路的端子到端子DC电压的部分的DC电路断路器与DC能量存储转换器的模块相组合，这使能使用更小且更成本有效的DC电路断路器，同时维持DC能量存储系统的足够高的故障容限。
[0014]在本专利技术的实施例中，DC能量存储系统可包括控制器，所述控制器被编程以选择性地控制所述或每个电路中断装置的操作的定时以将DC能量存储转换器与DC链路电分开，使得当所述或每个电路中断装置被操作以将DC能量存储转换器与DC链路电分开时，DC能量存储转换器中健康模块的数量足以生成与DC链路的端子到端子DC电压相等的DC能量存储转换器的输出电压。
[0015]在这种实施例中，控制器被编程以选择性地控制所述或每个电路中断装置的操作的定时以将DC能量存储转换器与DC链路电分开，使得当所述或每个电路中断装置被操作以将DC能量存储转换器与DC链路电分开时，DC能量存储转换器中健康模块的数量比在DC能量存储转换器中生成与DC链路的端子到端子DC电压相等的DC能量存储转换器的输出电压所要求的模块的最小数量至少多一个。
[0016]以这种方式的控制器的配置提供保障，其确保所述或每个电路中断装置的恰当操作以执行将DC能量存储转换器与DC链路电分开的保护动作。
[0017]在本专利技术的另外的实施例中，DC能量存储转换器可以包括跨多个模块中的一个或多个模块连接的至少一个旁路元件，所述或每个旁路元件可操作以选择性地使流动通过DC能量存储转换器的电流转向以旁路对应的一个或多个模块。所述或每个旁路元件可以是旁路开关元件，诸如机械开关元件、断开器或电路断路器。
[0018]在这种实施例中，控制器被编程以选择性地协调将DC能量存储转换器与DC链路电分开的所述或每个电路中断装置的操作的定时与使流动通过DC能量存储转换器的电流转向以旁路对应的一个或多个模块的所述或每个旁路元件的操作的定时，使得当所述或每个电路中断装置被操作以将DC能量存储转换器与所述DC链路电分开时以及在所述或每个旁路元件使流动通过DC能量存储转换器的电流转向以旁路对应的一个或多个模块之前，DC能量存储转换器中健康模块的数量足以生成与DC链路的端子到端子DC电压相等的DC能量存储转换器的输出电压。
[0019]以这种方式协调所述或每个旁路元件和所述或每个电路中断装置的操作，这提供保障，其确保所述或每个电路中断装置的恰当操作以执行将DC能量存储转换器与DC链路电分开的保护动作。
[0020]DC能量存储系统可以包括与所述或每个电路中断装置串联连接的至少一个断开器。在使用中，在所述或每个电路中断装置被操作以将DC能量存储转换器与DC链路电分开后，所述或每个断开器被打开以实现DC能量存储转换器与DC链路的电隔离。
[0021]在本专利技术的实施例中，每个能量存储装置可以是电池。在本专利技术的备选实施例中，所述或每个能量存储装置可以是电容器、燃料电池或能够存储和释放能量的任何其他装置。
[0022]在本专利技术的实施例中，DC能量存储系统可以进一步包括至少一个耐火保护屏障，所述耐火保护屏障布置成将多个模块分开到转换器部分中，每个转换器部分包括多个模块中的至少一个模块。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种DC能量存储系统(20)，包括：第一和第二DC端子(24、26)，用于与DC链路(28)的连接；DC能量存储转换器(22)，包括在所述第一和第二DC端子(24、26)之间串联连接的多个模块(32)，每个模块(32)包括至少一个开关元件(34)和至少一个能量存储装置(36)，每个模块(32)中的所述或每个开关元件(34)和所述或每个能量存储装置(36)可组合以选择性地提供电压源；以及至少一个电路中断装置(44)，所述电路中断装置在所述第一和第二DC端子(24、26)之间与所述DC能量存储转换器(22)串联连接，所述或每个电路中断装置(44)可操作以将所述DC能量存储转换器(22)与所述DC链路(28)电分开。2.根据权利要求1所述的DC能量存储系统(20)，其中，所述至少一个电路中断装置(44)包括AC电路断路器。3.根据权利要求2所述的DC能量存储系统(20)，所述DC能量存储系统包括控制器(56)，所述控制器被编程以选择性地控制所述模块(32)的所述开关元件(34)的开关，以调制所述DC能量存储转换器(22)的输出电压来在所述AC电路断路器(44)的打开期间创建一个或多个电流零值。4.根据权利要求1所述的DC能量存储系统(20)，其中，所述至少一个电路中断装置(44)包括DC电路断路器(44)。5.根据权利要求4所述的DC能量存储系统(20)，其中，所述DC电路断路器(44)被额定以能够耐受所述DC链路(28)的端子到端子DC电压的部分。6.根据前述权利要求中的任一权利要求所述的DC能量存储系统(20)，所述DC能量存储系统包括控制器(56)，所述控制器被编程以选择性地控制所述或每个电路中断装置(44)的操作的定时以将所述DC能量存储转换器(22)与所述DC链路(28)电分开，使得当所述或每个电路中断装置(44)被操作以将所述DC能量存储转换器(22)与所述DC链路(28)电分开时，所述DC能量存储转换器(22)中健康模块(32)的数量足以生成与所述DC链路(28)的端子到端子DC电压相等的所述DC能量存储转换器(22)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：通用电器技术有限公司，
类型：发明
国别省市：