CN101877486B - 一种用于平衡电网负荷的电池储能电站 - Google Patents

一种用于平衡电网负荷的电池储能电站 Download PDF

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Abstract

一种用于平衡电网负荷的电池储能电站，所述电池储能电站用于平衡电网负荷，其中，该电站包括：电池阵列(10)；双向逆变***(20)，该双向逆变***(20)用于利用电网的电能对所述电池阵列(10)充电，以及将电池阵列(10)的电能输入到电网；以及监控***(30)，用于检测电网的频率和相位，并控制所述双向逆变***(20)利用电网的电能对所述电池阵列(10)充电、以及将电池阵列(10)的电能以与电网的频率和相位相同步的方式输入到电网，以平衡电网负荷。本发明提供的电池储能电站可以有效地平衡电网负荷，很好地解决了现有的电网在用电高峰时段无法满足用电需求的问题。

Description

一种用于平衡电网负荷的电池储能电站
技术领域
本发明涉及电网***中的储能电站，并且尤其涉及一种用于平衡电网负荷的电池储能电站。
背景技术
由于工农业建设的迅猛发展和人民生活水平的提高，对电力的需求日趋增长，国家巨资建设了许多大小规模的火电厂和水电站，但仍然满足不了电力负荷增长的迫切要求。
电网在每天不同的时段的负荷是很不均衡的，晚上6-9点是用电高峰时间段，这样就需要调用备用的储能电站来为电网供电，从而满足用电高峰时间段的供电。目前电网中承担调峰任务的电站主要有煤电、油电、水电及抽水蓄能电站。
这些蓄能电站中，煤电和油电储能电站造价高、起停时间长、环境污染比较严重，就电厂运行的经济性、安全性和环保而言，煤电和油电储能电站不宜用作调峰电厂；水电蓄能电站调峰能力较强，但可供使用的资源有限；而作为电网主力调峰电站的水电蓄能电站因占地面积大，工期长，且受地理条件限制，其发展也受到一定程度的限制。因此，目前迫切需要一种能够缓解供电紧张的新型储能电站。
发明内容
为了解决现有技术中没有合适的储能电站能够承担用电高峰时间段的调峰任务的缺陷，本发明提供了一种能够削峰填谷、平衡电网负荷从而达到调峰的目的的新型储能电站。
本发明提供的新型储能电站为电池储能电站，该电池储能电站用于平衡电网负荷，其中，该电站包电池阵列；双向逆变***，该双向逆变***用于利用电网的电能对所述电池阵列充电，以及将电池阵列的电能输入到电网；以及监控***，用于检测电网的频率和相位，并控制所述双向逆变***利用电网的电能对所述电池阵列充电、以及将电池阵列的电能以与电网的频率和相位相同步的方式输入到电网，以平衡电网负荷。
通过利用本发明提供的电池储能电站，所述监控***可以控制所述双向逆变***利用电网的电能对所述电池阵列充电、以及将电池阵列的电能以与电网的频率和相位相同步的方式输入到电网，从而达到了平衡电网负荷的目的。本发明提供的电池储能电站具有占地面积小、造价低、无污染、且安全性高的优点。
附图说明
图1是本发明提供的电池储能电站的结构示意图；
图2是本发明的一种实施方式的电池储能电站的结构示意图；以及
图3是根据本发明的另一种实施方式的电池储能电站的结构示意图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述本发明。
如图1所示，本发明提供的用于平衡电网负荷的电池储能电站包括：电池阵列10；双向逆变***20，该双向逆变***20用于利用电网的电能对所述电池阵列10充电，以及将电池阵列10的电能输入到电网；以及监控***30，用于检测电网的频率和相位，并控制所述双向逆变***20利用电网的电能对所述电池阵列10充电、以及将电池阵列10的电能以与电网的频率和相位相同步的方式输入到电网，以平衡电网负荷。
所述电池阵列10中的电池组包括若干节串联的电池，所述电池可以是铁电池(即，磷酸铁锂电池，其额定电压可以为3.2V)、或者其他类型的电池。所述双向逆变***20用于将来自电网的交流电转换为直流电，并利用该直流电对电池阵列10充电。所述双向逆变***20还用于根据电网的频率和相位，将来自电池阵列10的直流电转换为与电网的频率和相位相同的交流电，并将该交流电输入到电网。所述双向逆变***20可以是各种结构的双向逆变***，只要能实现上述逆变充放电功能即可。
由于一般情况下，电网上的电能都是高压电，例如电压在10KV或者10KV以上，而电池阵列10所能承受的电压远远低于10KV，例如0.4KV。因此，优选情况下，如图2所示，所述电站还包括变压器40，该变压器40用于将来自电网的高压电转换为低压电，并将该低压电提供给所述双向逆变***20，以使所述双向逆变***20利用该低压电对电池阵列10充电；以及将来自所述双向逆变***20的低压电转换为具有与电网相等的电压的高压电，并将该高压电输入到电网。
所述电池储能电站具有以下四种工作模式：
平均化工作模式
在当前时刻处于放电时间带时，监控***30控制所述双向逆变***20对电池阵列10进行放电；在当前时刻处于充电时间带时，监控***30控制所述双向逆变***20对电池阵列10进行充电；当电池阵列10放电完毕且当前时刻仍处于放电时间带时、或者当电池阵列10充电完毕且当前时刻仍处于充电时间带时，监控***30控制所述双向逆变***20进入待机状态，直到进入下一个时间带。
峰值削减工作模式
所述监控***30还检测电网的负荷；在当前时刻处于放电时间带且电网负荷高于放电阀值时，监控***30控制所述双向逆变***20对电池阵列10进行放电；在当前时刻处于充电时间带且电网负荷低于充电阀值时，监控***30控制所述双向逆变***20对电池阵列10进行充电；当电池阵列10放电完毕且当前时刻仍处于放电时间带时、或者当电池阵列10充电完毕且当前时刻仍处于充电时间带时，监控***30控制所述双向逆变***20进入待机状态，直到进入下一个时间带。
其中，所述放电阀值和充电阀值均可根据实际需要来设定，以起到对电网负荷进行削峰填谷的作用。优选地，所述放电阀值大于电网的容量的80％，所述充电阀值小于电网的容量的60％。
其中，一般而言，电网上的电能的价格会根据使用情况波动，例如在晚上6-9点的电价较高，而在晚上12点以后的电价较低。为了实现最好的经济效益，优选情况下，上述平均化工作模式和峰值削减工作模式中的所述时间带根据电价高低来设定，电价高的时间段为放电时间带，电价低的时间段为充电时间段。这样可以实现低买高卖，使电池储能电站发挥最大的经济效益。当然，所述充放电时间带还可以根据其他情况进行设定，例如，根据每天的不同时段的电网负荷进行设定，负荷较高的时间段可以设定为放电时间带，负荷较低的时间段可以设定为充电时间带。
该峰值削减工作模式与平均化工作模式的不同之处在于，除了考虑充放电时间带之外，还需要考虑电网的负荷是否处于峰值或者谷值，以达到削峰填谷的效果。
强制充电工作模式
当电池储能电站处于此工作模式时，监控***30控制双向逆变器20对电池阵列10进行充电，直到充电完毕或者工作模式被切换。在当前时刻不在充电时间带时且出现了一些突发事件需要强制充电时，比如做一些调试时，用户可以将电池储能电站切换强制充电工作模式，以对电池阵列10进行强制充电。
强制放电工作模式
当电池储能电站处于此工作模式时，监控***30控制双向逆变器对电池阵列10进行放电，直到放电完毕或者工作模式被切换。在当前时刻不在放电时间带且出现了一些突发事件造成电网负载非常大，用户可以将电池储能电站切换强制放电工作模式，以对电网供电，从而缓解电网压力。
上述强制充电工作模式和强制放电工作模式实际上是对平均化工作模式和峰值削减工作模式的补充，使得本发明的电池储能电站能够适用于各种突发事件和工作环境。
需要说明的是，上述四种工作模式中的充电完毕或者放电完毕是指电池阵列10的荷电达到饱和或者电池阵列10的荷电耗尽。用户可以根据实际的需要来切换电池储能电站的工作模式。
优选情况下，如图3所示，所述电站还包括电气及继电保护***50，该电气及继电保护***50用于保护所述变压器40。电气及继电保护***50包括高压侧进线柜保护装置、高压侧出线柜保护装置、低压侧进线柜保护装置以及低压侧出线柜保护装置，其中，所述高压侧进线柜保护装置和高压侧出线柜保护装置分别设置变压器40的高压侧的进线柜和出线柜中，而所述低压侧进线柜保护装置和低压侧出线柜保护装置分别设置在变压器40的低压侧的进线柜和出线柜中。所述高压侧进线柜保护装置中采用一些开关器件、避雷器以及带电显示装置等，具有隔离高压电源、保证安全检修的功能。所述高压侧出线柜保护装置可以采用CSP2000微机***，以实现过流保护、电流速断保护、高温报警、超温跳闸、零序电流保护等。所述低压侧进线柜保护装置和低压侧出线柜保护装置起过载长延时、短路瞬时保护的作用。
优选情况下，所述监控***30还可以检测电池阵列10的储能量，根据所检测的储能量来控制所述双向逆变***20，以使电池阵列10工作在预定的储能量范围内。这样可以防止电池阵列10过充或者过放。其中，所述预定的储能范围可以根据电池阵列10自身的保护属性来设定，例如可以设定为电池阵列10的最大储能量的10％-90％。
此外，所述监控***30还可以检测电池阵列10的温度，根据所检测的温度来控制所述双向逆变***20，以使电池阵列10工作在预定的温度范围内。这样可以防止电池阵列10因过热而损坏，起到了保护电池阵列10的作用。其中，所述预定的温度范围可以根据电池阵列10自身的保护属性来设定，只要低于所述电池阵列10因过热而损坏的极限温度即可，例如可以设定为等于或低于50℃。
所述电池储能电站可以包括电池管理***，上述电池阵列10的储能量和温度均可通过电池管理***获取。
优选情况下，所述监控***30还可以根据电网的负荷来调节电池阵列10的充电功率，以确保不会使电网超负荷运行。例如，当电网的容量为10000KW，而此时电网的负荷已为9990KW，这时就需要调整电池阵列10的充电功率，使其不超过10KW，这样保证了电网不会因为对电池储能电站充电而对其他用电单位的供电造成影响。
所述监控***30还可以根据电网的负荷来调节电池阵列10的放电功率，以确保电网在接收到所述电池阵列10的电能之后的功率不会超出电网的容量。这样可以避免对电网造成冲击。
此外，所述监控***30可以自动检测电网状态，防止孤岛效应的产生。所述监控***30还可以在电站启动和运行过程中自动进行故障侦测及诊断，并根据具体故障类型及影响范围，采取自动保护动作。所述自动故障侦测及诊断为本领域所常用的技术手段，于此不再赘述。
本发明提供的电池储能电站可以有效地平衡电网负荷，很好地解决了现有的电网在用电高峰时段无法满足用电需求的问题。

Claims (11)

1.一种用于平衡电网负荷的电池储能电站，该电池储能电站包括：
电池阵列（10）；
双向逆变***（20），该双向逆变***（20）用于利用电网的电能对所述电池阵列（10）充电，以及将电池阵列（10）的电能输入到电网；以及
监控***（30），用于检测电网的频率和相位，并控制所述双向逆变***（20）利用电网的电能对所述电池阵列（10）充电、以及将电池阵列（10）的电能以与电网的频率和相位相同步的方式输入到电网，以平衡电网负荷；
其中，所述监控***（30）还检测电池阵列（10）的储能量，根据所检测的储能量来控制所述双向逆变***（20），以使电池阵列（10）工作在预定的储能量范围内；
其中，该电池储能电站具有峰值削减工作模式，当电池储能电站工作在该工作模式时，监控***（30）执行以下操作：
检测电网的负荷；
在当前时刻处于放电时间带且电网负荷高于放电阀值时，监控***（30）控制所述双向逆变***（20）对电池阵列（10）进行放电；
在当前时刻处于充电时间带且电网负荷低于充电阀值时，监控***（30）控制所述双向逆变***（20）对电池阵列（10）进行充电；
当电池阵列（10）放电完毕且当前时刻仍处于放电时间带时、或者当电池阵列（10）充电完毕且当前时刻仍处于充电时间带时，监控***（30）控制所述双向逆变***（20）进入待机状态，直到进入下一个时间带。
2.根据权利要求1所述的电池储能电站，其中，所述电站还包括变压器（40），该变压器（40）用于：
将来自电网的高压电转换为低压电，并将该低压电提供给所述双向逆变***（20），以使所述双向逆变***（20）利用该低压电对电池阵列（10）充电；以及
将来自所述双向逆变***（20）的低压电转换为具有与电网相等的电压的高压电，并将该高压电输入到电网。
3.根据权利要求1所述的电池储能电站，其中，该电池储能电站具有平均化工作模式，当电池储能电站工作在该工作模式时，监控***（30）执行以下操作：
在当前时刻处于放电时间带时，监控***（30）控制所述双向逆变***（20）对电池阵列（10）进行放电；
在当前时刻处于充电时间带时，监控***（30）控制所述双向逆变***（20）对电池阵列（10）进行充电；
当电池阵列（10）放电完毕且当前时刻仍处于放电时间带时、或者当电池阵列（10）充电完毕且当前时刻仍处于充电时间带时，监控***（30）控制所述双向逆变***（20）进入待机状态，直到进入下一个时间带。
4.根据权利要求1所述的电池储能电站，其中，所述放电阀值大于电网的容量的80%，所述充电阀值小于电网的容量的60%。
5.根据权利要求3-4中任意一项所述的电池储能电站，其中，时间带根据电价高低来设定，电价高的时间段为放电时间带，电价低的时间段为充电时间带。
6.根据权利要求1所述的电池储能电站，其中，该电池储能电站具有强制充电工作模式，当电池储能电站工作在该工作模式时，监控***（30）执行以下操作：
监控***（30）控制双向逆变***（20）对电池阵列（10）进行充电，直到充电完毕或者工作模式被切换。
7.根据权利要求1所述的电池储能电站，其中，该电池储能电站具有强制放电工作模式，当电池储能电站工作在该工作模式时，监控***（30）执行以下操作：
监控***（30）控制双向逆变***（20）对电池阵列（10）进行放电，直到放电完毕或者工作模式被切换。
8.根据权利要求2所述的电池储能电站，其中，所述电站还包括电气及继电保护***（50），该电气及继电保护***（50）用于保护所述变压器（40）。
9.根据权利要求1或2所述的电池储能电站，其中，所述监控***（30）还检测电池阵列（10）的温度，根据所检测的温度来控制所述双向逆变***（20），以使电池阵列（10）工作在预定的温度范围内。
10.根据权利要求1或2所述的电池储能电站，其中，所述监控***（30）还检测电网的负荷，并根据电网的负荷来调节电池阵列（10）的充电功率，以确保不会使电网超负荷运行。
11.根据权利要求1或2所述的电池储能电站，其中，所述监控***（30）还检测电网的负荷，并根据电网的负荷来调节电池阵列（10）的放电功率，以确保电网在接收到所述电池阵列（10）的电能之后的功率不超过电网的容量。
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