基于能量有序控制的混合储能系统技术方案

本发明专利技术涉及一种包含多种储能载体的混合储能系统，该系统主要基于能量有序控制策略，通过脉宽调制的闭环控制原理及监控系统选择性控制原理，实现对各储能载体有选择性限流或限功率放电，同时结合各储能载体优缺点，优势互补、扬长避短，按放电优先级第三储能子系统→第二储能子系统→第一储能子系统的顺序，最终达到不同储能载体能量有序利用的目的。实现本混合储能系统为因风、光发电系统或大功率负载等接入电网而造成的电网功率波动，实现平滑补偿，从而提高电能质量，保证电网稳定运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力系统储能系统及方法，尤其涉及一种基于能量有序控制的混合储能系统。
技术介绍
随着国家对智能电网、微网、再生新能源以及电动汽车发展等不断推动，作为其关键技术支撑的储能技术也取得了快速发展。目前常见储能形式可分为四类:电化学储能、物理储能、电磁储能和相变储能。其中，物理储能、电磁储能及相变储能等储能方式因受技术水平、地理环境、运行条件、前期投资费用等方面的限制暂无法实现大规模开发应用。然而，随着电化学技术不断突破，拥有着高效能量储存能力、良好耐环境运行能力、优异运行维护便捷性及前期投资成本相对较低的电化学储能，得到了突飞猛进的发展及广泛的示范应用。在现有的电化学储能示范应用中，通常以铅酸电池储能系统、锂离子电池储能系统及超级电容电池储能系统等最为广泛。其中，以铅酸电池作为储能载体的储能系统，具有技术成熟、储能容量高、耐环境好、低成本、回收再利用率高等优点，但其重量能量比、体积能量比较低，循环次数较少，并且在大量制造或回收再利用过程中易造成一定污染。以锂离子电池作为储能载体的储能系统，具有高效率、高比能量、放电电压稳定、自放电效率低、无记忆效应及无污染等优点，但由于锂离子电池原材料成本较高，制作工艺复杂，致使其价格昂贵，另外，锂离子电池对充放电控制及运行环境等方面要求严格，尚不能实现大规模应用。以超级电容电池作为储能载体的储能系统，具有可达上万次超长循环寿命、大电流充放电能力强、能量转换效率高、超低温运行特性好等特点，在电力系统中多用于短时间、大功率的负载平滑和电能质量分支功率场合，但其放电时间较短、比能量较低，无法满足对电网进行持续供电的要求。随着能源的枯竭及低碳生活的提出，可再生新能源得到了快速发展及大规模应用，因光伏、风力等发电系统具有较强的随机性、波动性，从而较大程度上影响了电网电能质量；另外，为了满足国民经济的快速稳定发展，高功率、大容量的负荷也到了大量应用，在一定程度上对电网电能质量也造成了一定影响，这就需要配置储能系统提供高脉充功率以平滑光伏发电、风力发电输出功率及高功率负载应用所造成的电网波动尖峰，有效调节新能源发电及高功率设备用电引起的电网电压、频率计相位变化，同样也需要储能系统具有高容量电能存储与释放能力，从而能够持续为电网供电以保证关键负荷的正常运行。然而，从目前现有储能技术实际应用来看，铅酸电池、锂离子电池或超级电容作为单一的储能系统应用，如图1所示。铅酸电池储能系统质量能量比、体积能量比较低且循环次数较少，并且在大量制造或回收再利用过程中易造成一定污染；锂离子电池储能系统因采用原材料成本较高，制作工艺复杂，致使其价格昂贵，另外，锂离子电池对充放电控制及运行环境等方面要求严格，并且在过充、过放或过温情况下已发生爆炸，存在安全隐患；超级电容电池储能系统其放电时间较短、比能量较低，无法满足对电网进行持续供电的要求。因此，若要更好满足电网对储能系统高容量、长寿命、高能量存储于释放、脉充峰值平滑及较低前期投资成本等的要求，需要储能系统既具备高比功率、高循环寿命等特点，同时又能够有效降低储能系统投资成本、占地面积、自身重量等，而应用单一储能载体的储能系统均不能满足上述要求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为解决上述问题，提供一种基于能量有序控制的混合储能系统，它通过综合利用铅酸电池耐环境好、成本低及可回收利用等，锂离子电池高效率、高比能量、放电电压稳定、循环使用寿命较闻等以及超级电容闻比功率、闻循环寿命等优点实现优势互补，扬长避短。通过后台监控系统采用选择性控制法，实现当电网出现尖峰功率偏差值或其他异常情况时，结合不同储能载体使用寿命超级电容电池组 > 锂离子电池组 > 铅酸电池组的特性，按超级电容电池组一锂离子电池组一铅酸电池组能量有序控制利用，从而有效地减少可再生能源对电力系统的充击，实现对电网削峰填谷调节，减少电网峰值，提高电网质量，充分保证整个电网系统运行的安全性、稳定性及可靠性。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:—种基于能量有序控制的混合储能系统，它包括三个储能子系统:第一储能子系统包括铅酸电池组、第一从控模块BMU、第一主控模块BMS及第一双向变流控制器A⑶C，铅酸电池组分别与第一双向变流控制器A⑶C和第一从控模块BMU连接，第一从控模块BMU与第一主控模块BMS连接，第一主控模块BMS与后台监控系统连接；第二储能子系统包括锂电池组、第二从控模块BMU、第二主控模块BMS及第二双向变流控制器A⑶C，锂电池组分别与第二双向变流控制器A⑶C和第二从控模块BMU连接，第二从控模块BMU与第二主控模块BMS连接，第二主控模块BMS与后台监控系统连接；第三储能子系统包括超级电容电池组、第三从控模块CMU、第三主控模块CMS及第三双向变流控制器A⑶C，超级电容电池组分别与第三双向变流控制器A⑶C和第三从控模块CMU连接，第三从控模块CMU与第三主控模块CMS连接，第三主控模块CMS与后台监控系统连接； 各从控模块分别负责铅酸电池组、锂离子电池组、超级电容电池组的电压、电流、温度监控及报警保护、电量均衡，同时将所检测信息分别通过CAN总线上报各自的主控模块；各主控模块接受上报的电压、温度、电流信息，并记录充放电次数，同时估算铅酸电池组、锂电池组及超级电容电池组剩余电量S0C，评估其各自健康状况SOH ;另外与后台监控系统通信，完成上传铅酸电池组、锂电池组及超级电容电池组异常告警、常量数据及时间日志数据，并将后台监控系统下发的操作指令分别下传到各主控模块；各主控模块分别与各自的双向变流控制器ACDC通信，完成上传铅酸电池组、锂电池组及超级电容电池组异常告警，当铅酸电池组或锂离子电池组或超级电容电池组发生过压、欠压、过流及过温情况时，请求相应的双向变流控制器ACDC实现充放电功率控制，并且分别将各双向变流控制器ACDC下发的操作指令下传到相应主控模块。在并网运行且电网运行正常时，各主控模块和从控模块通过对各电池组电压、温度、电流的检测，评估三个储能子系统剩余电量S0C，并将数据上传到双向变流控制器部分，双向变流控制器通过判断，如需充电，则对各电池组进行充电；如不需充电，责按浮充电压充电；当电网因可再生新能源发电或负荷用电初始h时刻出现瞬时功率超出目标功率范围时，通过对不同储能子系统SOC检测评估及控制，判断并按超级电容电池组一锂离子电池组一铅酸电池组能量有序控制利用原则，决定对电网是否进行放电，以有效平滑电网出现超出目标功率范围值，实现“削峰填谷”。在离网运行时，首先通过各主控模块和从控模块检测不同电池组剩余电量SOC并上报各双向变流控制器及后台监控系统，由后台监控系统控制各双向变流控制器，根据不同电池组荷电状态S0C，判断并按按超级电容电池组一锂离子电池组一铅酸电池组能量有序控制利用原则实现对电网负荷是否进行供电；同时，当超级电容电池组在放电且已被第三主控模块CMS、第三双向变流控制器ACDC保护后，依次由第二储能子系统、第一储能子系统给第三子系统充电，此时，第三双向变流控制器ACDC控制第三子系统输出功率，其后主要依次由第二储能子系统、第一储能子系统给电网负荷供电。出现瞬时功率超出目标功率范围时，具体的充放电过程为:先判断各电池组SOC是否达到设定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于能量有序控制的混合储能系统，其特征是，它包括三个储能子系统：第一储能子系统包括铅酸电池组、第一从控模块BMU、第一主控模块BMS及第一双向变流控制器ACDC，铅酸电池组分别与第一双向变流控制器ACDC和第一从控模块BMU连接，第一从控模块BMU与第一主控模块BMS连接，第一主控模块BMS与后台监控系统连接；第二储能子系统包括锂电池组、第二从控模块BMU、第二主控模块BMS及第二双向变流控制器ACDC，锂电池组分别与第二双向变流控制器ACDC和第二从控模块BMU连接，第二从控模块BMU与第二主控模块BMS连接，第二主控模块BMS与后台监控系统连接；第三储能子系统包括超级电容电池组、第三从控模块CMU、第三主控模块CMS及第三双向变流控制器ACDC，超级电容电池组分别与第三双向变流控制器ACDC和第三从控模块CMU连接，第三从控模块CMU与第三主控模块CMS连接，第三主控模块CMS与后台监控系统连接；各从控模块分别负责铅酸电池组、锂离子电池组、超级电容电池组的电压、电流、温度监控及报警保护、电量均衡，同时将所检测信息分别通过CAN总线上报各自的主控模块；各主控模块接受上报的电压、温度、电流信息，并记录充放电次数，同时估算铅酸电池组、锂电池组及超级电容电池组剩余电量SOC，评估其各自健康状况SOH；另外与后台监控系统通信，完成上传铅酸电池组、锂电池组及超级电容电池组异常告警、常量数据及时间日志数据，并将后台监控系统下发的操作指令分别下传到各主控模块；各主控模块分别与各自的双向变流控制器ACDC通信，完成上传铅酸电池组、锂电池组及超级电容电池组异常告警，当铅酸电池组或锂离子电池组或超级电容电池组发生过压、欠压、过流及过温情况时，请求相应的双向变流控制器ACDC实现充放电功率控制，并且分别将各双向变流控制器ACDC下发的操作指令下传到相应主控模块。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙树敏，陈嵩，李广磊，慕忠君，程艳，曹同利，
申请(专利权)人：山东电力研究院，
类型：发明
国别省市：