用于功率补偿器的能量存储设备以及用于对其进行控制的方法技术

一种用于功率补偿器的能量存储设备(1)包括电池组，该电池组包括串联连接的多个电池单元(2-4)，每个电池单元包括一个或多个并联连接的电池模块(5-13)，该电池模块包括多个电池芯，其中每个电池单元(2-4)进一步包括与电池模块并联连接的旁通开关(14-16)，以及该能量存储设备包括控制单元(21-22)，其操作地连接至旁通开关并且适于接收有关任意电池模块中的故障的信息并适于关闭旁通开关以在该电池单元的任意电池模块中出现故障的情况下令该电池单元旁通。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于功率补偿器的能量存储设备，其包括电池组，该电池组包括串联连接的多个电池单元，每个电池单元包括一个或多个并联连接的电池模块，该电池模块包括多个电池芯。本专利技术还涉及一种用于处理该能量存储设备中的故障的方法。该能量存储设备的电压水平处于至少为3kV，优选地至少为IOkV的范围之中。
技术介绍
在柔性交流输电系统(FACTS)内，多个控制装置是已知的。一种这样的FACTS装置是静态补偿器(STATC0M)。STATC0M包括电压源转换器(VSC)，具有连接至高压电力系统 的AC侧以及连接至诸如电容器的临时电力存储装置的DC侧。STATC0M能够向电力系统提供无功功率或者从其吸收无功功率。在下文中表示为功率补偿器的另一种装置中，DC电源连接至STATC0M以便执行并且激活功率补偿。该构造例如可以用作热备用并且用于对电力系统中波动的能量水平进行补偿。如果DC电源是高压电池，则必须将大量电池芯串联连接以与电力系统的DC电压相匹配。DC电源包括多个排列在电池模块中的串联和/或并联连接的电池芯,每个电池芯具有大约3-4V的电压。一个或多个电池模块进而并联连接以形成电池单元，并且若干电池单元可以串联连接以形成电池组。多个电池组可以串联连接以形成电池串。此外，为了获得DC电源的所期望数量的电能量(有效功率的持续时间)，多个电池串可以并联连接。如以上所提到的，电池单元包括一个或多个并联连接的电池模块。高压电池中所存储的能量的最大数量将与并联连接的电池模块的数量成正比。然而，即使单个电池模块满足有关存储能量的数量的要求，出于功率补偿器的可用性的原因，这样的设计也是不可能的。电池单元中仅具有单个电池模块的时候，一个故障将会导致整个功率补偿器的紧急关机。在每个电池单元中具有两个并联模块的情况下，单个故障不需要功率补偿器立即关机。然而，任意模块中出现故障的概率将与DC电源中电池模块的数量成比例地增加。由于DC电源中电池模块的数量非常大，所以在定期维修和维护周期之间将明显存在电池模块故障的风险。当在电池单元中发生模块故障时，所述电池单元中仅剩下一个非故障模块，并且由于如以上所描述的功率补偿器的紧急关机风险有所增加，该功率补偿器必须关闭。因此，为了避免功率补偿器频繁的紧急关机并且确保必要能量的连续供应，无论对所存储能量的数量的实际要求，都需要至少三个并联的模块，结果这限制了系统针对不同能量存储需求的灵活性。所提到的高压电池所存在的另一个问题在于单个电池模块故障所导致的容量减少。例如,如果三个电池模块并联连接,则整个电池串(可能多于100个串联电池单元)中单个模块中的故障将导致33%的容量减少。对于四个或五个并联模块而言，相对应的容量减少分别是25%和20%。针对该问题的解决方案是在每个电池单元中添加冗余模块。然而，这是成本非常高的解决方案。备选地，可以将另一个电池串与现有电池串并联连接，但是这将会进一步增加功率补偿器的成本和大小。以上所描述的高压电池的另一个问题在于完整的电池串在维修和维护期间是不可用的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种克服或至少缓解了上述问题的能量存储设备。根据本专利技术的一个方面，该目的通过如权利要求I所定义的能量存储设备所实现。用于功率补偿器的能量存储设备包括电池组，该电池组包括串联连接的多个电池单元，每个电池单元包括一个或多个并联连接的电池模块，该电池模块包括多个电池芯，其特征在于每个电池单元还包括与电池模块并联连接的旁通开关，以及该能量存储设备包括 控制单元，该控制单元操作地连接至旁通开关并且适于接收有关任意电池模块中故障的信息并适于关闭旁通开关以便在该电池单元的任意电池模块中出现故障的情况下令该电池单元旁通。当控制单元接收到有关任意电池模块中的故障的信息时，其将向相应电池单元的旁通开关发送旁通命令并因此创建用于负载电流的旁通。旁通的电池单元将不再对能量存储设备中所存储的能量数量有所贡献。另一方面，能量存储设备的损失容量被减小至仅被旁通电池单元的容量，其仅包括几个电池模块。如果可利用冗余电池单元，则可以补偿能量损失。在没有对电池单元进行旁通的情况下，能量存储设备的损失容量将远远更高。所损失容量将等于电池模块的能量乘以电池串中电池单元的数量，并且该数量将远大于电池单元中能量的数量。负载电流将流过每个电池单元，而在没有旁通的情况下，负载电流还必须流过具有故障电池模块的电池单元并且这明显减少容量。因此流过能量存储设备的负载电流必须适于具有故障电池模块的电池单元的容量。根据本专利技术的实施例，每个电池单元包括电池模块监管单元，其适于经由通信链路与控制单元进行通信并且适于检测任意电池模块中的故障，并且在检测到故障之后向控制单元发送有关该故障的信息，该设备还包括通信管理模块，适于检测所述通信链路何时断开并且在检测到链路断开之后闭合旁通开关以便旁通该电池单元。在电池模块监管单元已经检测到任意电池模块中的故障时，其将经由通信链路向控制单元发送有关该故障的信息，该控制单元将发送旁通命令以闭合旁通开关以便旁通该电池单元。然而，在通信链路断开的情况下，该信息就不能被控制单元所接收，并且电池模块监管单元17-20不能从控制单元接收命令以便旁通该电池单元。在这种情况下，通信管理模块适于检测所断开的通信并且闭合旁通开关以便以受控方式旁通电池单元。根据本专利技术的实施例，该设备进一步包括电流控制装置，适于控制通过电池组的电流，每个电池单元包括旁通检测元件，适于检测旁通开关是否闭合并且在检测到旁通开关闭合之后转发有关该旁通开关闭合的信息，该电流控制装置适于接收有关该旁通开关闭合的信息并且基于其对电流进行控制。为了以安全且受控的方式闭合旁通开关，除非流过电池单元的电流低于阈值否则开关的闭合将不执行。类似地，除非电流控制装置已经从电池模块监管单元17-20接收到有关该开关已经成功闭合的信息，否则电流控制装置将不开始增加通过电池设备的电流。根据本专利技术的实施例，旁通检测元件适于向相邻电池单元的通信管理模块发送有关该旁通开关闭合的信息，该通信管理模块配置为将该信息转发至电流控制装置。如以上所提到的，除非流过电池单元的电流低于阈值，否则旁通开关将不会闭合，并且除非电流控制装置已经从旁通开关接收到有关该开关已经成功闭合的信息，否则电流控制装置将不开始增加通过电池设备的电流。然而，在通信链路断开的情况下，来自旁通开关的有关该开关已经成功闭合的信息不能被控制单元所接收并且通信管理模块将在没有控制单元介入的情况下自行闭合旁通开关。通过令旁通检测元件向相邻电池单元的通信管理模块发送有关该旁通开关闭合的信息，该通信管理模块进而将该信息转发至电流控制装置，该问题能够得以解决。根据本专利技术的第二方面，该目的通过如权利要求5中所定义的用于旁通能量存储设备中的电池单元的方法来实现。 用于旁通与功率转换器并联连接的能量存储设备中的电池单元的方法，该能量存储设备包括电池组，该电池组包括串联连接的多个电池单元，每个电池单元包括至少两个并联连接的电池模块，该电池模块包括与模块接触器串联连接的多个电池芯，其特征在于-对来自转换器的DC电压输出进行控制以将通过电池组的电流减小至低于阈值，-打开该电池单元中每个并联连接的电池模块中的接触器，以及-闭合与电池模块并联连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：F·廷洛，F·霍西尼，T·拉森，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：
国别省市：