一种模块化中压储能系统技术方案

本发明专利技术公开一种模块化中压储能系统，包括储能电池单元、预充电电路、单相H桥变换器以及连接电感，其中：储能电池单元的输出端与预充电电路的输入端相连传输直流电压，预充电电路的输出端与单相H桥变换器的直流端相连以传输直流电压，如此构成储能单元，三相中的各个储能单元交流侧串联后一端为模块化中压储能系统的中性点，另一端与连接电感连接，连接电感的另一端与电网构成中压储能系统的三相。本发明专利技术在同等功率下，高电压、小电流、电流谐波小，对电池单体容量要求低；通过旁路可实现冗余，可靠性高；具有对电池的均衡功能。MW级大容量时成本较低压方案低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种模块化的中压储能系统，具体是一种采用级联结构的模块化储能系统，用于大容量电池储能场合。属于电池储能领域。
技术介绍
采用电池储能平滑风电和光伏发电功率是是解决新能源并网难和风电“弃风”问题的有效途径。大规模电池储能在电网中的应用将改变电能只能传输不能存储的历史，给电网生产和运行带来革命性的影响，极大地促进我国智能电网的发展。电池储能系统采用AC/DC双向功率变换器，实现电池和电网之间的功率双向流动，功率变换器是储能系统能量控制的核心。目前电池储能中应用的功率变换器主要有DC/ AC单级结构和DC/DC+DC/AC双级式结构两种结构形式。大多数储能应用中，功率变换器采用低压方案，交流侧电压一般< AC690V，单机功率容量一般在数百kW，更大的容量则需通过多台功率变换器在交流侧并联实现。ABB公司的个别型号功率变换器采用IGCT功率器件，直流侧电压可达3-5kV，交流侧电压可达2kVABB的资料。DC/AC单级结构是将电池组直接接于功率变换器直流母线端、再经功率变换器逆变后接入电网。DC/DC+DC/AC双级结构将电池电压经第一级的DC/DC变换后得到稳定的直流电压，再经过DC/AC变换器逆变后接入电网。加入DC/DC稳压环节消除了电池电压变化对后级DC/AC变换器控制的影响。但增加的DC/DC环节也增加了开关损耗、体积和成本，降低了效率。低压方案的功率变换器单台容量受限，在大容量场合应用时需通过多台并联的方式扩容并采用升压变压器升压。考虑单级式功率变换器效率<98 %，双级式功率变换器效率 <96%，变压器损耗2%，储能系统总效率分别为<96%和<94%，系统效率低。ABB的储能系统的功率变换器直流侧电压过高，需要极其大量电池串联使用，电池的短板效应显著，现有的电池均衡技术无法保证其长期稳定运行。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提出一种模块化的中压储能系统，三相采用模块化储能单元级联的结构，三相储能单元级联后采用星形连接，同等功率下，高电压、小电流、电流谐波小，对电池单体容量要求低，可靠性高，具有对电池的均衡功能。本专利技术是通过以下技术方案实现的本专利技术所述的模块化中压储能系统包括储能电池单元、预充电电路、单相H桥变换器以及连接电感，其中储能电池单元的输出端与预充电电路的输入端相连传输直流电压，预充电电路的输出端与单相H桥变换器的直流端相连以传输直流电压，如此构成储能单元， 三相中的各个储能单元交流侧串联后一端为模块化中压储能系统的中性点，另一端与连接电感连接，连接电感的另一端与电网构成中压储能系统的三相。所述的储能电池单元是由可充电电池的串并联组成。 所述的预充电电路包括1个电阻和1个接触器，其中电阻和接触器并联。 所述的单相H桥变换器包括4个电力电子开关器件和直流电容，4个开关器件连接为单相H桥结构，直流电容并联在直流侧。所述的连接电感既可以是专门的电感器，也可以是变压器的漏感。本专利技术中，采取三相星形的H桥级联结构，每一相由多个储能单元串联构成，储能单元采用单相H桥变换器实现电能的AC/DC双向变换。本专利技术中可以利用控制各个储能单元输出电压幅值的相互比例来实现同一相上的不同储能单元的能量均衡。本专利技术中可以利用控制三相各自的电压幅值比例来实现不同相上的储能单元的总能量均衡。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是同等功率下，高电压、小电流、电流谐波小，对电池单体容量要求低；通过旁路可实现冗余，可靠性高；具有对电池的均衡功能。MW 级大容量时成本较低压方案低。附图说明图1为本专利技术一实施例的储能单元示意图。图2为本专利技术一实施例的模块化中压储能系统的整体的结构图。图3为本专利技术一实施例的电路原理图。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1-2所示，本专利技术所提供的模块化中压储能系统包括3N个储能电池单元、3N 个预充电电路、3N个单相H桥变换器、3个连接电感。其中3N个储能电池的输出端分别与 3N个预充电电路的输入端相连传输直流电压，3N个预充电电路的输出端分别与3N个单相 H桥变换器的直流端相连以传输直流电压，如此构成3N个结构相同的储能单元Al、A2…… AN，B1、B2……BN, C1、C2……CN。A相N个储能单元Al、A2……AN交流侧串联后一端为模块化中压储能系统的中性点0，另一端与连接电感La连接，连接电感La的另一端与电网构成中压储能系统三相中的一相。另外2N个储能单元B1、B2……BN，C1、C2……CN和2个连接电感Lb、Lc采用上述相同的方式与模块化中压储能系统的中性点0、电网的B、C两相连接构成模块化中压储能系统的另外两相。实施例本实施例为2丽电池储能系统，额定电压10kV。如图3所示，本实施例的功率模块包括1个蓄电池组、1个电阻、1个接触器、4个 IGBT和1组电容组成。A、B、C三相各11个储能单元，按照图2的方式连接构成整个中压储能系统。本实施例中，所述的1个蓄电池单元额定电压1200V，标称容量400Ah。本实施例中，所述的预充电电路由1个电阻Rl、l个接触器Kl组成。其中R1和 Kl并联。电阻R1、接触器Kl的一端连接至蓄电池组的正极，为预充电电路的输入端；电阻 Rl和接触器Kl的另一端为预充电电路的输出端。Rl的阻值是200欧姆，Kl的额定电压 1200VDC，额定电流 250A。本实施例中，所述的单相H桥变换器由1组电容器(1、1681~器件￥1、￥2、￥3、￥4组成。其中V1和V2串联构成一个支路，V3和V4串联构成一个支路，上述两个支路和电容器组Cl在并联。电容器组Cl额定电压1400VDC，容量4000uF。IGBT器件VI、V2、V3、V4额定电压1700V，额定电流200Α。本实施例中，所述的储能系统Α、B、C的三相与电网的连接电感La、Lb、Lc额定电流150A，电感量均为15mH。本实施例的工作过程如下1、保持每个储能单元的单相H桥变流器的开关器件VI、V2、V3、V4处于关断状态。2、将由315节3. 2V/400Ah磷酸铁锂电池单体串联组成额定电压1200V，标称容量400Ah的蓄电池组。每个储能单元左侧蓄电池组输入端直流电，由于蓄电池组电压随着其电量的变化而变化，其电压范围900 - 1200VDC。3、首先经过电阻Rl给电容器组Cl充电，给电容器组Cl的初始充电电流4. 5 一 6A，经过8s后电容器组Cl上电压上升到接近直流输入电压。闭合Kl将电阻Rl旁路，电容器组Cl电压与蓄电池组电压完全相等。4、从电网给储能系统充电时，控制A、B、C三相的储能单元H桥变流器，使得流入储能系统电流Iva、Ivb, Ivc与Uva、Uvb, Uvc的相位差为90度，同时其三相输出电压Uva、 Uvb,Uvc的相位略超前于电网电压Usa、Usb和Usc —定电角度即可。调节两者之间的相位角差即可调节充电功率的大小。5、从储能系统向电网放电时，控制A、B、C三相的储能单元H桥变流器，使得流入储能系统电流Iva、Ivb, Ivc与Uva、Uvb, Uvc的相位差为90度，同时本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种模块化中压储能系统，其特征在于包括储能电池单元、预充电电路、单相Ｈ桥变换器以及连接电感，其中：储能电池单元的输出端与预充电电路的输入端相连传输直流电压，预充电电路的输出端与单相Ｈ桥变换器的直流端相连以传输直流电压，如此构成储能单元，三相中的各个储能单元交流侧串联后一端为模块化中压储能系统的中性点，另一端与连接电感连接，连接电感的另一端与电网构成中压储能系统的三相。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：凌志斌，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31