CN103580052A - 一种用于主动配电网的复合储能电站及其配电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于主动配电网的复合储能电站及其配电方法，电站中设有能量型储能***、平衡型储能***、功率型储能***、双向逆变器、复合储能协调控制***。不同类型的储能***各自与对应的双向逆变器相连。复合储能协调控制***控制双向逆变器进行不同储能***的协调工作。复合储能协调控制***收集所有***信息，并控制电站运行。基于该复合储能电站的配电方法，能够吸纳主动配电网中的分布式能源的多余电量给各储能***充电，或者将各储能***的电能供给主动配电网上需要的负载。本发明的复合储能电站及其配电方法，能够实现主动配电网的快速响应特性，以及对能源消纳实现最大限度的支撑，具有效率高、电网适应性强、高安全性的优点。
Description
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主动配电网的复合储能电站及其配电方法。
背景技术
随着经济的持续增长和气候变化问题的日益严峻，大力发展新能源已经成为我国能源战略调整、转变电力发展方式的重要内容。可持续性是未来电网的基础特征，主动配电网是具备组合控制各种分布式能源（分布式电源、可控负荷、储能、需求侧管理等）能力的配电网络，其目的是加大配电网对于可再生能源的接纳能力、提升配电网资产的利用率、延缓配电网的升级投资，以及提高用户的用电质量和供电可靠性。
主动配电网通过储能电站来进行能量的转移和调配，所以根据负荷的要求、***的特性、以及追求的技术性能和经济指标的不同，要求储能***既响应***的动态变化，也对应负荷调节（调峰）、紧急电源的需求。这时就要采用多种储能技术。多元复合储能就是将具有快速响应特性的储能***和具有大容量储能特性的储能***联合使用、协调控制，从而最大限度地发挥储能技术的性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于主动配电网的复合储能电站及其配电方法，将能量型储能***、功率型储能***和平衡型储能***联合使用，解决主动配电网中能够自主协调控制间歇式新能源与储能装置等分布式电源单元，积极消纳可再生能源并确保网络的安全经济运行的作用。
为了达到上述目的，本发明的第一个技术方案是提供一种用于主动配电网的复合储能电站，该复合储能电站包含：
复合储能协调控制***，双向逆变器，以及三类储能***：能量型储能***、功率型储能***、兼顾型储能***；
所述双向逆变器根据储能***类型及功率大小的不同设置有三类；这三类双向逆变器分别与相匹配的三类储能***对应连接；
所述复合储能协调控制***通过分别连接主动配电网、三类储能***及其对应的双向逆变器，来监测所述主动配电网及电站中各设备的实时状态并控制这些设备完成各自工作：
所述复合储能协调控制***通过控制对应的双向逆变器，将来自所述主动配电网中分布式能源的电能用来对三类储能***进行充电，以及将三类储能***的电能按照要求输入到主动配电网，以平衡电网负荷。
优选地，所述复合储能电站中进一步包含变压器，将来自所述主动配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器以便为对应的储能***充电；所述变压器还将来自所述双向逆变器的低压电转换为所述主动配电网相对应的高压电，并将该高压电输送到主动配电网上。
优选地，所述复合储能电站中进一步包含交流配电柜，其中汇集着三类双向逆变器交流母线；所述复合储能协调控制***与所述交流配电柜通讯，以便通过所述交流配电柜内设置的断路器来控制三类储能***的开关。
优选地，所述复合储能电站进一步包含温控***，其受到与之连接的所述复合储能协调控制***监测及控制；所述温控***中设置有工业空调及其控制***，来保证该复合储能电站及其中各储能***的温度都保持在合适的区间内。
优选地，所述复合储能电站进一步包含安防***，其受到与之连接的所述复合储能协调控制***监测及控制；所述安防***中设置有自动灭火装置、传感器、报警器，以及这些装置的控制***。
优选地，所述能量型储能***中的储能种类是铅酸电池、液流电池或抽水储能，来保证主动配电网中的持续稳态用电；
所述功率型储能***中的储能种类是钛酸锂电池、超级电容器储能或飞轮储能，来保证主动配电网中的短时高倍率用电冲击；
所述兼顾型储能中的储能种类是磷酸铁锂电池、铅碳电池或压缩空气储能，来兼顾长时间稳态运行和短时高倍率用电冲击，制衡能量型储能***和功率型储能***的极限出力。
一个优选的实施例中，所述复合储能电站中，所述能量型储能***由铅酸电池组成，所述功率型储能***由钛酸锂电池组成，所述兼顾型储能***由磷酸铁锂电池组成。
本发明的第二个技术方案是提供一种根据上述复合储能电站实施的配电方法：所述复合储能电站工作在一个充电模式时，由电站中的复合储能协调控制***执行以下操作：
将主动配电网上分布式能源满足负载需求后的多余电能，通过所述复合储能协调控制***分配给电站中的三类储能***，由所述复合储能协调控制***根据储能***可持续充电时间长度和最大功率信息向各储能***分配相应的电量：
其中，当监测到输入电能稳定且长时时，复合储能协调控制***控制电站内的交流配电柜和双向逆变器对能量型储能***进行充电；当监测到输入电能峰谷差比较大且短时时，复合储能协调控制***控制交流配电柜和双向逆变器对功率型储能***进行充电；复合储能协调控制***还控制兼顾型储能***用于补充和调节能量型储能***和功率型储能***。
所述复合储能电站工作在一个放电模式时，由所述复合储能协调控制***执行以下操作：
在主动配电网上的分布式能源不能够满足负载需求的时候，所述复合储能协调控制***根据负载特性，控制相应的储能***提供电能来供给负载使用：
当监测到负载功率稳定且长时时，复合储能协调控制***控制交流配电柜和双向逆变器对能量型储能***进行放电；当监测到负载功率冲击大且短时时，复合储能协调控制***控制交流配电柜和双向逆变器对功率型储能***进行放电；复合储能协调控制***还控制兼顾型储能***用于补充和调节能量型储能***和功率型储能***。
所述复合储能电站工作在一个手动模式时，由复合储能协调控制***执行以下操作：
所述复合储能协调控制***控制交流配电柜和双向逆变器按照手动输入的模式对三类储能***分别进行充放电。
本发明中用于主动配电网的复合储能电站，包含：能量型储能***、平衡型储能***、功率型储能***、双向逆变器、复合储能协调控制***、安防***、温控***。不同类型的储能***各自与对应的双向逆变器相连。复合储能协调控制***控制双向逆变器进行不同储能***的协调工作。复合储能协调控制***收集所有***信息，并控制电站运行。安防***保证电站的安全运行，温控***给电站提供良好的环境温度。基于复合储能电站的配电方法，能够吸纳主动配电网中的分布式能源的多余电量给储能***充电，或者将储能***的电能供给主动配电网上需要的负载。
通过利用本发明提供的复合储能电站及其配电方法，能够实现主动配电网的快速响应特性，以及对能源消纳实现最大限度的支撑。本发明提供的复合储能电站具有效率高、电网适应性强、高安全性的优点。
附图说明
图1 是本发明提供的复合储能电站的结构示意图；
图2 是本发明提供的复合储能电站的控制示意图；
图3是本发明的一种实施方式的复合储能电站的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
如图1所示，本发明提供的用于主动配电网的复合电池储能电站包含能量型储能***1、功率型储能***2、兼顾型储能***3、双向逆变器4、变压器5、复合储能协调控制***6、温控***7、安防***8、主动配电网9以及连接在主动配电网侧的分布式能源10。其中，能量型储能***1、功率型储能***2和兼顾型储能***3分别与对应功率大小的双向逆变器4相连；三种储能***的双向逆变器4通过交流配电柜接入400V母线，变压器5实现400V母线与10KV或35KV主动配电网9之间的电压转换。
所述分布式能源10是由风力发电、太阳能发电、燃气轮机发电等多种用户侧分布式发电***构成，在满足本地负载需求的同时，将多余的电能供到主动配电网9上，复合储能协调控制***能够自动控制吸纳主动配电网9中的分布式能源10，以及将电能供给主动配电网9上需要的负载。
所述能量型储能***1中的储能种类可以是铅酸电池、液流电池、抽水储能等，能够保证主动配电网9中的持续稳态用电。所述功率型储能***2中的储能种类可以是钛酸锂电池、超级电容器储能、飞轮储能等，能够保证主动配电网9中的短时高倍率用电冲击。而所述兼顾型储能3中的储能种类可以是磷酸铁锂电池、铅碳电池、压缩空气储能等，能够兼顾长时间稳态运行和短时高倍率用电冲击，制衡能量型储能***1和功率型储能***2的极限出力。保证主动配电网9的稳定运行。
所述温控***7由工业空调及控制***构成，能够保证复合储能电站的温度在合适的区间内，保证电站中的储能***不发生过热危险。例如，使复合储能电站房间温度保持在25℃~30℃范围内。所述安防***8是由自动灭火装置、传感器、报警器、控制***等构成，能够防止电站起火、***等危险。
如图2所示，复合储能协调控制***6是复合储能电站的中央控制器，来采集监测电站数据并控制各部件工作。主动配电网9的相关实时信息通过以太网传给复合储能协调控制***6，复合储能协调控制***6根据主动配电网9的实时需求，进行储能跟踪出力计算。
能量型储能***1、功率型储能***2以及兼顾型储能***3的状态信息通过RS485协议传给对应的双向逆变器4以及复合储能协调控制***6。双向逆变器4通过RS485通讯协议来控制储能***工作功率和使用时间。复合储能协调控制***6计算得出主动配电网对储能***的需求，通过控制交流配电柜11及三种双向逆变器4来满足主动配电网需求。
所述交流配电柜11汇集着三种类型的双向逆变器4交流母线，复合储能协调控制***6与交流配电柜11通讯，通过断路器控制的三种类型储能***的开关。
复合储能协调控制***6通过RS485协议控制温控***7与安防***8。通过实时监测储能电站的状态及***报警信息来使温控***7与安防***8相应动作，保证电站的自动化运行安全可靠。
如图3所示，本发明的一种实施方式的复合储能电站的结构。能量型储能***1由500kWh铅酸储能单元14组成，通过100kW双向逆变器16连接到电网侧。功率型储能***2由100kWh钛酸锂储能单元12组成，通过500kW双向逆变器15连接到电网侧。兼顾型储能***3由500kWh磷酸铁锂储能单元13组成，通过500kW双向逆变器15接到电网侧。
本发明所述的复合储能电站能够工作在充电模式下，使复合储能协调控制***6执行以下操作：
当主动配电网9上的分布式能源10在满足负载需求的后，将多余的电能通过复合储能协调控制***6分配给储能***。复合储能协调控制***6通过储能***可持续充电时间长度和最大功率等信息将不同的电量分配给不同的储能***。当监测到输入电能稳定且长时时，复合储能协调控制***6控制交流配电柜11和双向逆变器4对能量型储能***1进行充电；当监测到输入电能峰谷差比较大且短时时，复合储能协调控制***6控制交流配电柜11和双向逆变器4对功率型储能***2进行充电；复合储能协调控制***6还控制兼顾型储能***3用于补充和调节能量型和功率型储能***。
本发明所述的复合储能电站，还可以工作在放电模式下，使复合储能协调控制***6执行以下操作：
当主动配电网9上的分布式能源10不能够满足负载需求的时候，复合储能协调控制***6控制储能***提供电能供给负载使用。复合储能协调控制***6根据负载特性将不同的储能***提供电能。当监测到负载功率稳定且长时时，复合储能协调控制***6控制交流配电柜11和双向逆变器4对能量型储能***1进行放电；当监测到负载功率冲击较大比较大且短时时，复合储能协调控制***6控制交流配电柜11和双向逆变器4对功率型储能***2进行充放；复合储能协调控制***6还控制兼顾型储能***3用于补充和调节能量型和功率型储能***。
并且，所述的复合储能电站，还可以工作在手动模式下，使复合储能协调控制***6执行以下操作：复合储能协调控制***6控制交流配电柜11和双向逆变器4按照手动输入的模式对储能***分别进行充放电。
本发明提供的复合储能电站及其配电方法，可以有效平衡主动配电网负荷，实现主动配电网的快速响应特性，以及对能源消纳实现最大限度的支撑，很好的解决了主动配电网中用电需求的多样性和不确定性，同时增加了储能***的寿命及可靠性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种用于主动配电网的复合储能电站，其特征在于，该复合储能电站包含：
复合储能协调控制***（6），双向逆变器（4），以及三类储能***：能量型储能***（1）、功率型储能***（2）、兼顾型储能***（3）；
所述双向逆变器（4）根据储能***类型及功率大小的不同设置有三类；这三类双向逆变器（4）分别与相匹配的三类储能***对应连接；
所述复合储能协调控制***（6）通过分别连接主动配电网（9）、三类储能***及其对应的双向逆变器（4），来监测所述主动配电网（9）及电站中各设备的实时状态并控制这些设备完成各自工作：
所述复合储能协调控制***（6）通过控制对应的双向逆变器（4），将来自所述主动配电网（9）中分布式能源（10）的电能用来对三类储能***进行充电，以及将三类储能***的电能按照要求输入到主动配电网（9），以平衡电网负荷。
2.根据权利要求1所述的复合储能电站，其特征在于，
所述复合储能电站中进一步包含变压器（5），将来自所述主动配电网（9）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器（4）以便为对应的储能***充电；所述变压器（5）还将来自所述双向逆变器（4）的低压电转换为所述主动配电网（9）相对应的高压电，并将该高压电输送到主动配电网（9）上。
3.根据权利要求1所述的复合储能电站，其特征在于，
所述复合储能电站中进一步包含交流配电柜（11），其中汇集着三类双向逆变器（4）交流母线；所述复合储能协调控制***（6）与所述交流配电柜（11）通讯，以便通过所述交流配电柜（11）内设置的断路器来控制三类储能***的开关。
4.根据权利要求1所述的复合储能电站，其特征在于，
所述复合储能电站进一步包含温控***（7），其受到与之连接的所述复合储能协调控制***（6）监测及控制；所述温控***（7）中设置有工业空调及其控制***，来保证该复合储能电站及其中各储能***的温度都保持在合适的区间内。
5.根据权利要求1所述的复合储能电站，其特征在于，
所述复合储能电站进一步包含安防***（8），其受到与之连接的所述复合储能协调控制***（6）监测及控制；所述安防***（8）中设置有自动灭火装置、传感器、报警器，以及这些装置的控制***。
6.根据权利要求1所述的复合储能电站，其特征在于，
所述能量型储能***（1）中的储能种类是铅酸电池、液流电池或抽水储能，来保证主动配电网（9）中的持续稳态用电；
所述功率型储能***（2）中的储能种类是钛酸锂电池、超级电容器储能或飞轮储能，来保证主动配电网（9）中的短时高倍率用电冲击；
所述兼顾型储能（3）中的储能种类是磷酸铁锂电池、铅碳电池或压缩空气储能，来兼顾长时间稳态运行和短时高倍率用电冲击，制衡能量型储能***（1）和功率型储能***（2）的极限出力。
7.根据权利要求1或6所述的复合储能电站，其特征在于，所述复合储能电站中，所述能量型储能***（1）由铅酸电池组成，所述功率型储能***（2）由钛酸锂电池组成，所述兼顾型储能***（3）由磷酸铁锂电池组成。
8.一种根据权利要求1所述复合储能电站实施的配电方法，其特征在于，
所述复合储能电站工作在一个充电模式时，由电站中的复合储能协调控制***（6）执行以下操作：
将主动配电网（9）上分布式能源（10）满足负载需求后的多余电能，通过所述复合储能协调控制***（6）分配给电站中的三类储能***，由所述复合储能协调控制***（6）根据储能***可持续充电时间长度和最大功率信息向各储能***分配相应的电量：
其中，当监测到输入电能稳定且长时时，复合储能协调控制***（6）控制电站内的交流配电柜（11）和双向逆变器（4）对能量型储能***（1）进行充电；当监测到输入电能峰谷差比较大且短时时，复合储能协调控制***（6）控制交流配电柜（11）和双向逆变器（4）对功率型储能***（2）进行充电；复合储能协调控制***（6）还控制兼顾型储能***（3）用于补充和调节能量型储能***（1）和功率型储能***（2）。
9.根据权利要求8所述的配电方法，其特征在于，
所述复合储能电站工作在一个放电模式时，由所述复合储能协调控制***（6）执行以下操作：
在主动配电网（9）上的分布式能源（10）不能够满足负载需求的时候，所述复合储能协调控制***（6）根据负载特性，控制相应的储能***提供电能来供给负载使用：
当监测到负载功率稳定且长时时，复合储能协调控制***（6）控制交流配电柜（11）和双向逆变器（4）对能量型储能***（1）进行放电；当监测到负载功率冲击大且短时时，复合储能协调控制***（6）控制交流配电柜（11）和双向逆变器（4）对功率型储能***（2）进行放电；复合储能协调控制***（6）还控制兼顾型储能***（3）用于补充和调节能量型储能***（1）和功率型储能***（2）。
10.根据权利要求8或9所述的配电方法，其特征在于，所述复合储能电站工作在一个手动模式时，由复合储能协调控制***（6）执行以下操作：
所述复合储能协调控制***（6）控制交流配电柜（11）和双向逆变器（4）按照手动输入的模式对三类储能***分别进行充放电。
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| GR01 | Patent grant |