CN104426157B - 储能模块以及储能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种储能模块以及储能装置，包含直流转交流变换器、第一储能元件、第二储能元件、以及至少一直流转直流变换器。第一储能元件耦接于直流转交流变换器的直流侧形成第一储能支路，第二储能元件耦接于直流转交流变换器的直流侧形成第二储能支路，而直流转直流变换器配置在第一储能支路上或第二储能支路上。

Description

储能模块以及储能装置
技术领域
本发明是有关于一种储能模块，且特别是有关于一种具有能量管理的储能模块以及储能装置。
背景技术
随着科技的进步，对于电力品质的要求也跟着提高。为了让电力***提供具有电压稳定、频率稳定、无浪涌(electrical surge)、无尖峰干扰、无谐波的交流正弦波，通过设置电力储存装置的方式，除了对电网电压波动、频率偏移、谐波、三相不平衡等问题进行抑制外，还对断电、浪涌等突发事故提供应急保护措施。另外，在可再生能源的发展中，由于大部分可再生能源发电装置所产生的电能存在不可预测的非周期性的变化，例如太阳能、风能、或潮汐发电等等，其产生的电能如果直接输入电网(grid)将对电网的稳定运行产生严重的影响，进而限制了可再生能源的利用以及发展。而透过在可再生能源发电装置与电网之间设置电力储存装置，可以达到能量缓冲与调节的作用，提高可再生能源的利用率。
传统的大容量储能装置的类型依据储能技术可分成五种。图1a所示，图1a绘示了传统的一种隔离单级型储能装置100a。储能装置100a包含多个储能模块110a，每一个储能模块110a包含蓄电池111以及直流转交流变换器(DC/AC)112，其中蓄电池111连接于直流转交流变换器112的直流侧。另外，每一个直流转交流变换器112的交流侧则是并联于变压器120其中一侧，以达到隔离的效果。变压器120的另一侧则是连接到交流母线(AC bus)130。储能装置100a经由变压器120将能量汇集到交流母线130上，并且通过交流母线130独立连接交流负载140运作，或者是通过开关S与交流电网(grid)150并网运作。
另外，图1b绘示了传统的一种非隔离单级型储能装置100b。类似于储能装置100a，储能装置100b中的每一个储能模块110b包含蓄电池111以及直流转交流变换器(DC/AC)112，只是每一个储能模块110b直接并联于交流母线130。请参照图1c，图1c绘示了传统的一种隔离双级型储能装置100c。储能装置100c中的每一个储能模块110c包含蓄电池111、直流转交流变换器(DC/AC)112，以及直流转直流变换器(DC/DC)113，其中蓄电池111通过直流转直流变换器113连接于直流转交流变换器112的直流侧。类似地，每一个直流转交流变换器112的交流侧并联于变压器120其中一侧，变压器120的另一侧连接到交流母线130。储能装置100c经由变压器120将能量汇集到交流母线130上，并且通过交流母线130独立连接交流负载140运作，或者是通过开关S与交流电网150并网运作。
另外，如图1d所示，图1d绘示了传统的一种非隔离双级型储能装置100d。类似于储能装置100c，储能装置100d中的每一个储能模块110d中的蓄电池111通过直流转直流变换器(DC/DC)113连接于直流转交流变换器(DC/AC）112的直流侧。而每一个储能模块110d则是直接并联于交流母线130。
另外，传统还有一种具有较复杂的控制方式的储能技术。请参照图1e，图1e绘示了传统的串联双级型储能装置100e。如图1e所示，储能装置100e中的每一个直流转直流变换器(DC/DC)113输出彼此串联在一起，而每一个直流转交流变换器(DC/AC)112的直流侧则是并联在一起，每一个蓄电池111分别通过串联的直流转直流变换器113以及并联的直流转交流变换器112将能量汇集到交流母线130上，并且透过交流母线130独立连接交流负载140运作，或者是通过开关S与交流电网150并网运作。
上述的储能装置均使用蓄电池作为储能元件使用。然而，目前蓄电池的特性，其功率密度较低，充电时间较长，也就是补偿动态负载时的响应较慢。进一步来说，若直流转交流变换器为三相变换器，当三相交流负载不平衡时，连接于直流转交流变换器的直流侧的直流母线其低频纹波电流较大。另外，低频纹波电流分配于蓄电池和直流母线电容之间，其分配电流的大小取决于它们各自的输出阻抗。这种低频纹波电流除了增加蓄电池的发热损耗，影响蓄电池的使用寿命之外，还导致直流母线中的电压大幅波动，影响输出电流波形的品质，进而降低整个电力***的稳定性。再者，深度放电对蓄电池的影响非常大，一般蓄电池的充放电次数很难超过1000次，因此也增加使用蓄电池的储能装置的维护成本。
因此，如何有效地配置储能模块，使得储能装置的使用效能增加以及改善电力***的稳定性实为欲解决的问题。
发明内容
为解决上述的问题，本发明提供一种储能模块，包含储能单元和能量管理单元，储能单元包含蓄电池用以提供***稳态功率，能量管理单元包含超级电容器用以对***进行能量缓冲。当三相交流负载不平衡时，通过能量管理单元中的超级电容器快速地抑制交流电网的电压波动，有效地吸收直流转交流变换器的直流侧产生的低频纹波电流，避免低频纹波电流增加蓄电池的热损耗，提高输出电流的波形质量，减小功率器件的电压应力，增加电力***的稳定性。藉此，增加使用上述储能模块的储能装置的使用效能以及减少额外配置蓄电池所需的成本。
本发明提供了一种储能模块。该储能模块包含直流转交流变换器、第一储能元件、第二储能元件、以及至少一直流转直流变换器。第一储能元件耦接于直流转交流变换器的直流侧形成第一储能支路，第二储能元件耦接于直流转交流变换器的直流侧形成第二储能支路，并且第一储能支路与第二储能支路并联。而所述至少一直流转直流变换器配置在第一储能支路上或第二储能支路上。
依据本发明一实施例，所述第一储能元件的容量大于所述第二储能元件的容量。
依据本发明一实施例，所述第一储能元件为蓄电池，所述第二储能元件为超级电容器。
依据本发明一实施例，所述蓄电池为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、锂电池或燃料电池。
依据本发明一实施例，所述至少一直流转直流变换器配置在所述第一储能支路上。所述第一储能元件通过所述直流转直流变换器耦接于所述直流转交流变换器的直流侧。
依据本发明一实施例，所述至少一直流转直流变换器配置在所述第二储能支路上，所述第二储能元件通过所述直流转直流变换器耦接于所述直流转交流变换器的直流侧。
依据本发明一实施例，所述至少一直流转直流变换器包含第一直流转直流变换器以及第二直流转直流变换器。第一直流转直流变换器配置在所述第一储能支路上。第二直流转直流变换器配置在所述第二储能支路上。所述第一储能元件通过所述第一直流转直流变换器耦接于所述直流转交流变换器的直流侧，所述第二储能元件通过所述第二直流转直流变换器耦接于所述直流转交流变换器的直流侧。
依据本发明一实施例，所述直流转交流变换器为三相变换器。
依据本发明一实施例，所述直流转交流变换器的交流侧电性耦接交流电网。
依据本发明一实施例，所述直流转交流变换器的交流侧电性耦接交流负载。
依据本发明一实施例，所述直流转交流变换器的直流侧电性耦接直流负载。
依据本发明一实施例，其中所述直流转交流变换器的直流侧电性耦接至少一能源输入模块。
本发明的提供了一种储能装置。该储能装置包含多个所述储能模块，所述储能模块中每一者的所述直流转交流变换器的交流侧彼此并联。
依据本发明一实施例，所述储能模块中至少一储能模块的所述直流转交流变换器为三相变换器。
依据本发明一实施例，所述储能模块中至少一储能模块的所述直流转交流变换器的直流侧耦接直流负载。
依据本发明一实施例，所述储能模块中至少一储能模块的所述直流转交流变换器的直流侧耦接至少一能源输入模块。
依据本发明一实施例，所述能源输入模块为太阳能发电输入模块，风能发电输入模块、或潮汐发电输入模块。
依据本发明一实施例，所述储能模块中每一者的所述直流转交流变换器的交流侧还通过变压器耦接交流母线。
依据本发明一实施例，所述储能模块中每一者的所述直流转交流变换器的交流侧直接电连接交流母线。
依据本发明一实施例，所述交流母线电性耦接交流电网。
依据本发明一实施例，所述交流母线电性耦接交流负载。
本发明提供了一种储能模块。该储能模块包含直流转交流变换器、交流负载、储能单元、以及能量管理单元。交流负载耦接于直流转交流变换器的交流侧。储能单元与能量管理单元耦接于直流转交流变换器的直流侧。当交流负载在稳态时，储能单元用以通过直流转交流变换器提供稳态功率给交流负载。当交流负载发生变化时，能量管理单元用以通过直流转交流变换器对交流负载进行能量缓冲。其中，储能单元与能量管理单元并联。
依据本发明一实施例，所述储能单元包含第一储能元件，所述能量管理单元包含第二储能元件，而第一储能元件的容量大于第二储能元件的容量。
依据本发明一实施例，所述储能单元更包含直流转直流变换器。所述第一储能元件通过直流转直流变换器耦接于所述直流转交流变换器的直流侧形成储能支路。
依据本发明一实施例，所述直流转直流变换器用以增加所述储能支路的输出阻抗。
依据本发明另一实施例，所述能量管理单元更包含直流转直流变换器。所述第二储能元件通过直流转直流变换器耦接于所述直流转交流变换器的直流侧形成储能支路。
依据本发明另一实施例，所述直流转直流变换器用以降低所述储能支路的输出阻抗。
依据本发明又一实施例，所述储能单元更包含第一直流转直流变换器，所述能量管理单元更包含第二直流转直流变换器。所述第一储能元件通过第一直流转直流变换器耦接于所述直流转交流变换器的直流侧形成第一储能支路，所述第二储能元件通过第二直流转直流变换器耦接于所述直流转交流变换器的直流侧形成第二储能支路。
依据本发明又一实施例，所述第一直流转直流变换器用以增加所述第一储能支路的输出阻抗，所述第二直流转直流变换器用以降低所述第二储能支路的输出阻抗。
依据本发明一实施例，所述交流负载为交流电网。
依据本发明一实施例，所述直流转交流变换器为三相变换器，所述交流负载为三相负载，当所述交流负载不平衡时，所述能量管理单元吸收所述直流转交流变换器的直流侧的低频纹波电流。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，附图说明如下：
图1a绘示了传统的一种隔离单级型储能装置；
图1b绘示了传统的一种非隔离单级型储能装置；
图1c绘示了传统的一种隔离双级型储能装置；
图1d绘示了传统的一种非隔离双级型储能装置；
图1e绘示了传统的一种串联双级型储能装置；
图2为依照本发明一实施例绘示的一种储能模块的示意图；
图3为依照本发明一实施例绘示的一种储能装置的示意图；
图4为依照本发明一实施例绘示的另一种储能模块的示意图；
图5为依照本发明一实施例绘示的另一种储能装置的示意图；
图6为依照本发明一实施例绘示的另一种储能模块的示意图；以及
图7为依照本发明一实施例绘示的另一种储能装置的示意图。
其中，附图标记：
100a：储能装置
110a：储能模块
111：蓄电池
112：直流转交流变换器
113：直流转直流变换器
120：变压器
130：交流母线
140：交流负载
150：交流电网
100b：储能装置
110b：储能模块
100c：储能装置
110c：储能模块
100d：储能装置
110d：储能模块
100e：储能装置
110e：储能模块
200a：储能模块
210a：储能单元
211：第一储能元件
220a：能量管理单元
221：第二储能元件
222：直流转直流变换器
230：直流转交流变换器
240：交流负载
250：交流电网
300a：储能装置
260：交流母线
270：直流负载
280：能源输入模块
290：变压器
200b：储能模块
210b：储能单元
212：直流转直流变换器
220b：能量管理单元
300b：储能装置
200c储能模块
210c：储能单元
220c：能量管理单元
300c：储能装置
具体实施方式
请参照图2，图2为依照本发明一实施例绘示的一种储能模块200a的示意图。如图2所示，储能模块200a包含储能单元210a、能量管理单元220a、以及直流转交流变换器(DC/AC)230。储能单元210a与能量管理单元220a皆耦接于直流转交流变换器230的直流侧，且储能单元210a与能量管理单元220a并联。
直流转交流变换器(DC/AC)230的交流侧则是耦接于交流负载240，以及通过开关S耦接于交流电网(grid)250，透过开关S的断开或闭合来决定独立连接交流负载240运作或是与交流电网250并联运作。当交流负载240位于稳态的时候，储能模块200a中的储能单元210a通过直流转交流变换器230提供足够的稳态功率给该交流负载240，也就是提供稳定的电能给使用端。而当交流负载240发生变化（亦即，负载突变；负载突变亦指按照阶跃性变化）时，储能模块200a中的能量管理单元220a通过直流转交流变换器230对交流负载240进行能量缓冲，也就是抑制突变的交流负载240产生的电压波动、频率偏移等问题。
在本实施例中，储能单元210a可包含第一储能元件211，能量管理单元220a则可包含第二储能元件221以及直流转直流变换器(DC/DC)222，其中第二储能元件221通过该直流转直流变换器222与储能单元210a并联，也就是与第一储能元件211并联。
进一步来说，储能单元210a中提供稳态功率的第一储能元件211与能量管理单元220a中用于能量缓冲的第二储能元件221并不是相同的元件。储能单元210a需要持续提供电能，因此第一储能元件211的容量要大，而能量管理单元220a需要快速地进行能量缓冲，因此第二储能元件221的充放电速度要快。据此，第一储能元件211的容量通常大于第二储能元件221。
在本实施例中，第一储能元件211为蓄电池，而蓄电池可为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、锂电池或燃料电池，本实施例并不限制蓄电池的种类。其次，第二储能元件221为超级电容器。与蓄电池不同的是，超级电容器的功率密度高、充放电速度快、能量密度低、充放电次数可达数万次。由于超级电容器充放电速度快，因此当交流负载240有变化时，可通过超级电容器快速地抑制交流负载240产生的电压波动，以进行能量缓冲。而当交流负载240位于稳态时，则可通过能量密度高的蓄电池输出稳定的能量给交流负载240，使得储能模块200a的使用效率达到最佳化。
另外，储能单元210a中的第一储能元件211(如：蓄电池)耦接于直流转交流变换器230的直流侧形成第一储能支路，能量管理单元220a中的第二储能元件221(如：超级电容器)通过直流转直流变换器222耦接于直流转交流变换器230的直流侧形成第二储能支路，其中第一储能支路与第二储能支路各只有一条。藉此，蓄电池与超级电容器的控制方式比较容易，也不会产生蓄电池的寿命均衡的问题。
在本实施例中，能量管理单元220a中的第二储能元件221(如：超级电容器)还通过直流转直流变换器222并联于第一储能元件211(如：蓄电池)，也就是直流转直流变换器222配置在第二储能支路上。由于超级电容器的单体电压通常为2伏特到3伏特左右，而直流转交流变换器230的直流侧电压通常比较高。为了让能量管理单元220a提供直流转交流变换器230的直流侧所需的电压，超级电容器可以通过直流转直流变换器222升压，以减少所需要串联的超级电容器的数量。当负载功率发生变化，由于超级电容器放电速度较快，可以让能量管理单元220a快速提供能量缓冲，实现负载冲击抑制。
进一步来说，当直流转交流变换器230为三相变换器时，也就是储能模块200a配置在三相电力***中，且交流负载240为三相负载。当交流负载240不平衡时，在直流转交流变换器230的直流侧会产生较大的低频纹波电流，而通过能量管理单元220a中的第二储能元件(如：超级电容器)221可有效地吸收低频纹波电流。另外，通过第二储能支路的直流转直流变换器222可降低超级电容器在第二储能支路的输出阻抗，以避免超级电容器的较大等效串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR)的影响，除了避免低频纹波电流增加蓄电池的热损耗，影响蓄电池的使用寿命之外，还可增加电力***的稳定性。在一些实施例中，储能模块200a的直流转交流变换器230的直流侧还可以耦接于直流负载，也就是储能模块200a可独立给直流负载提供能量。在一些实施例中，储能模块200a的直流转交流变换器230的直流侧还可以耦接于至少一个能源输入模块。换句话说，所述储能模块200a中的第一储能元件211(如：蓄电池)与第二储能元件221(如：超级电容器)的能量可来自于该能源输入模块提供的能量。在此，能源输入模块可以是可再生能源装置，如太阳能发电输入模块、风能发电输入模块、或潮汐发电输入模块等。
请参照图3，图3为依照本发明一实施例绘示的一种储能装置300a的示意图。如图3所示，储能装置300a包含多个储能模块200a，其中每个储能模块200a的直流转交流变换器(DC/AC)230的交流侧彼此并联。在本实施例中，储能模块200a的数量为三个，但本实施例并不限制其数量。实作上，储能装置300a可以为隔离型或非隔离型，也就是储能装置300a可通过变压器290或是直接耦接于交流母线(AC bus)260。在本实施例中，储能装置300a为隔离型储能装置，本实施例并不限制其储能装置的种类。储能装置300a中至少一个储能模块的直流转交流变换器可为三相变换器。储能装置300a中的每一个直流转交流变换器230的交流侧并联于变压器290的一侧，变压器290的另一侧则耦接于交流母线260。储能装置300a经由变压器290将能量汇集到交流母线260上，并且透过交流母线260独立连接交流负载240运作，或者是通过开关S与交流电网(grid)250并网运作。
另外，储能装置300a中的所有储能模块中至少一个储能模块200a的直流转交流变换器230的直流侧还通过开关S1耦接于直流负载270，也就是储能模块200a可独立给直流负载270提供能量。再者，储能装置300a中的所有储能模块中至少一个储能模块200a的直流转交流变换器230的直流侧还通过开关S2耦接于至少一个能源输入模块280。换句话说，所述储能模块200a中的第一储能元件211(如：蓄电池)与第二储能元件221(如：超级电容器)的能量可来自于能源输入模块280提供的能量。能源输入模块280可以是可再生能源装置，如太阳能发电输入模块、风能发电输入模块、或潮汐发电输入模块等。由于超级电容器可快速地抑制电压波动，达到能量缓冲的目的。因此，通过在能源输入模块280与交流电网250之间设置储能模块200a，可提高可再生能源的利用效率。
藉此，通过多个储能模块并联形成的储能装置，可提供电力***更大的电能需求。由于储能模块中每一种储能支路各只有一条，因此在增加储能模块的数量时更加方便以及具有弹性。另外，每一个储能模块依照需求在其直流转交流变换器的直流侧配置直流负载或是能源输入模块，更提高了储能装置的使用效率。
请参照图4，图4为依照本发明一实施例绘示的另一种储能模块200b的示意图。类似地，储能模块200b包含储能单元210b、能量管理单元220b、以及直流转交流变换器(DC/AC)230。储能单元210b与能量管理单元220b皆耦接于直流转交流变换器230的直流侧。储能单元210b包含第一储能元件211以及直流转直流变换器(DC/DC)212，能量管理单元220b包含第二储能元件221，其中第一储能元件211通过直流转直流变换器212后与能量管理单元220b并联，也就是与第二储能元件221并联。第一储能元件211为蓄电池，而蓄电池可为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、锂电池或燃料电池，本实施例并不限制蓄电池的种类。第二储能元件221为超级电容器。其中，第一储能元件211的容量大于第二储能元件221的容量。
类似地，储能单元210b中的第一储能元件211(如：蓄电池)通过直流转直流变换器212耦接于直流转交流变换器230的直流侧形成第一储能支路，也就是直流转直流变换器212配置在第一储能支路上，能量管理单元220b中的第二储能元件221(如：超级电容器)耦接于直流转交流变换器230的直流侧形成第二储能支路，其中第一储能支路与第二储能支路各只有一条。值得一提的是，若直流转交流变换器230为三相变换器，且交流负载240为三相负载。当交流负载240不平衡时，在直流转交流变换器230的直流侧产生较大的低频纹波电流，此时储能单元210b中的第一储能元件(如：蓄电池)211通过直流转直流变换器212可增加第一储能支路的输出阻抗，使得吸收低频纹路电流的工作主要透过第二储能支路中的第二储能元件221(如：超级电容器)。至于储能模块200b其它的连接方式与操作方式与储能模块200a相同，在此并不赘述。
请参照图5，图5为依照本发明一实施例绘示的另一种储能装置300b的示意图。类似地，储能装置300b包含多个储能模块200b，其中前述储能模块200b的连接方式与操作方式已在图4中进行了详细说明，在此并不赘述。此外，将图5与图3进行比较可知，二者的主要区别是在于，图5的储能模块200b的储能单元210b包括串接的第一储能元件211和直流转直流变换器212，而图3的储能模块200a的储能单元210a仅包括第一储能元件211；图5的储能模块200b的能量管理单元220b仅包括第二储能元件221，而图3的储能模块200a的能量管理单元220a包括串接的第二储能元件221和直流转直流变换器222。换句话说，图3的储能模块200a的直流转交流变换器配置在第二储能支路上，而图5的储能模块200b的直流转交流变换器配置在第一储能支路上。值得一提的是，储能装置300b同样可为隔离型或非隔离型，在本实施例中储能装置300b为隔离型储能装置，但本实施例并不限制储能装置的种类。
请参照图6，图6为依照本发明一实施例绘示的另一种储能模块200c的示意图。类似地，储能模块200c包含储能单元210c、能量管理单元220c、以及直流转交流变换器(DC/AC)230。储能单元210c与能量管理单元220c皆耦接于直流转交流变换器230的直流侧，其中储能单元210c与能量管理单元220c并联。储能单元210c包含第一储能元件211以及直流转直流变换器(DC/DC)212，能量管理单元220c包含第二储能元件221以及直流转直流变换器(DC/DC)222，其中第一储能元件211通过直流转直流变换器212耦接于直流转交流变换器230的直流侧，第二储能元件221通过直流转直流变换器222耦接于直流转交流变换器230的直流侧。
类似地，第一储能元件211为蓄电池，而蓄电池可为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、锂电池或燃料电池，本实施例并不限制蓄电池的种类。第二储能元件221为超级电容器。其中，第一储能元件211的容量大于第二储能元件221的容量。
类似地，储能单元210c中的第一储能元件211(如：蓄电池)通过直流转直流变换器212耦接于直流转交流变换器230的直流侧形成第一储能支路，也就是直流转直流变换器212配置在第一储能支路上。另外，能量管理单元220c中的第二储能元件221(如：超级电容器)通过直流转直流变换器222耦接于直流转交流变换器230的直流侧形成第二储能支路，也就是直流转直流变换器222配置在第二储能支路上，其中第一储能支路与第二储能支路各只有一条。
在本实施例中，储能模块200c结合了图3的储能模块200a以及图5中的储能模块200b的优点。藉此，若直流转交流变换器230为三相变换器，且交流负载240为三相负载。当交流负载240不平衡时，在直流转交流变换器230的直流侧产生较大的低频纹波电流，此时储能单元210c中的第一储能元件(如：蓄电池)211通过直流转直流变换器212可增加第一储能支路的输出阻抗，使得吸收低频纹路电流的工作主要通过第二储能支路中的第二储能元件(如：超级电容器)221。另外，能量管理单元220c中的第二储能元件(如：超级电容器)221通过直流转直流变换器222可降低第二储能支路的输出阻抗，以避免受到超级电容器本身较大的等效串联电阻的影响，除了让超级电容器有效地吸收低频纹路电流之外，还可通过直流转直流变换器升压，减少所需要串联的超级电容器的数量。藉此，除了避免低频纹波电流增加蓄电池的热损耗，影响蓄电池的使用寿命之外，还可增加电力***的稳定性。
请参照图7，图7为依照本发明一实施例绘示的另一种储能装置300c的示意图。类似地，储能装置300c包含多个储能模块200c，其中前述储能模块200c的连接方式与操作方式已在图6中进行了详细说明，在此并不赘述。值得一提的是，储能装置300c可为隔离型或非隔离型，在本实施例中储能装置300c为隔离型储能装置，但本实施例并不限制储能装置的种类。
藉此，通过多个储能模块并联形成的储能装置，可提供电力***更大的电能需求。由于储能模块中每一种储能支路各只有一条，因此在增加储能模块的数量时更加方便以及具有弹性。另外，每一个储能模块依照需求在其直流转交流变换器的直流侧配置直流负载或是能源输入模块，更提高了储能装置的使用效率。
由上述本发明的实施例可知，通过在储能模块中配置储能单元和能量管理单元，储能单元包含蓄电池用以提供***能量，能量管理单元包含超级电容器用以管理***能量，可有效提高储能模块的效能。当三相交流负载不平衡时，通过能量管理单元中的超级电容器快速地抑制交流电网的电压波动，有效地吸收直流转交流变换器的直流侧产生的低频纹波电流，避免低频纹波电流增加储能单元中的蓄电池的热损耗，还可提高输出电流的波形质量，减小功率器件的电压应力，增加电力***的稳定性。另外，超级电容器可充放电数万次的特性，还可延长蓄电池的使用寿命，增加功率模块以及功率装置的使用效能以及降低额外配置蓄电池所需的成本。
虽然本发明已以实施方式公开如上，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书保护范围所界定者为准。

Claims (22)

1.一种储能模块，其特征在于，包含：
直流转交流变换器；
第一储能元件；
第二储能元件；以及
至少一直流转直流变换器；
其中所述第一储能元件与所述第二储能元件耦接于所述直流转交流变换器的直流侧从而分别形成第一储能支路与第二储能支路，所述第一储能支路与所述第二储能支路并联，所述至少一直流转直流变换器配置在所述第一储能支路上以增加所述第一储能支路的输出阻抗或所述至少一直流转直流变换器配置在所述第二储能支路上以降低所述第二储能支路的输出阻抗，
其中所述第一储能元件的容量大于所述第二储能元件的容量，所述第一储能元件为蓄电池，所述第二储能元件为超级电容器。
2.如权利要求1所述的储能模块，其特征在于，所述蓄电池为铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池、钠硫电池、锂电池或燃料电池。
3.如权利要求1所述的储能模块，其特征在于，所述至少一直流转直流变换器配置在所述第一储能支路上，所述第一储能元件通过所述直流转直流变换器后耦接于所述直流转交流变换器的直流侧。
4.如权利要求1所述的储能模块，其特征在于，所述至少一直流转直流变换器配置在所述第二储能支路上，所述第二储能元件通过所述直流转直流变换器后耦接于所述直流转交流变换器的直流侧。
5.如权利要求1所述的储能模块，其特征在于，所述至少一直流转直流变换器包含第一直流转直流变换器以及第二直流转直流变换器分别配置在所述第一储能支路上以及所述第二储能支路上，所述第一储能元件通过所述第一直流转直流变换器后耦接于所述直流转交流变换器的直流侧，所述第二储能元件通过所述第二直流转直流变换器后耦接于所述直流转交流变换器的直流侧。
6.如权利要求1所述的储能模块，其特征在于，所述直流转交流变换器为三相变换器。
7.如权利要求1所述的储能模块，其特征在于，所述直流转交流变换器的交流侧电性耦接交流电网。
8.如权利要求1所述的储能模块，其特征在于，所述直流转交流变换器的交流侧电性耦接交流负载。
9.如权利要求1所述的储能模块，其特征在于，所述直流转交流变换器的直流侧电性耦接直流负载。
10.如权利要求1所述的储能模块，其特征在于，所述直流转交流变换器的直流侧电性耦接至少一能源输入模块。
11.一种储能装置，其特征在于，包含多个如权利要求1所述的储能模块，所述多个储能模块中每一者的所述直流转交流变换器的交流侧彼此并联。
12.如权利要求11所述的储能装置，其特征在于，所述多个储能模块中至少一储能模块的所述直流转交流变换器为三相变换器。
13.如权利要求11所述的储能装置，其特征在于，所述多个储能模块中至少一储能模块的所述直流转交流变换器的直流侧电性耦接直流负载。
14.如权利要求11所述的储能装置，其特征在于，所述多个储能模块中至少一储能模块的所述直流转交流变换器的直流侧电性耦接至少一能源输入模块。
15.如权利要求14所述的储能装置，其特征在于，所述至少一能源输入模块为太阳能发电输入模块、风能发电输入模块、或潮汐发电输入模块。
16.如权利要求11所述的储能装置，其特征在于，所述多个储能模块中每一者的所述直流转交流变换器的交流侧通过变压器电性耦接交流母线。
17.如权利要求11所述的储能装置，其特征在于，所述多个储能模块中每一者的所述直流转交流变换器的交流侧直接电性耦接交流母线。
18.如权利要求16或17所述的储能装置，其特征在于，所述交流母线电性耦接交流电网。
19.如权利要求16或17所述的储能装置，其特征在于，所述交流母线电性耦接交流负载。
20.一种储能模块，其特征在于，包含：
直流转交流变换器；
交流负载，耦接于所述直流转交流变换器的交流侧；
储能单元，耦接于所述直流转交流变换器的直流侧，当所述交流负载在稳态时，所述储能单元用以通过所述直流转交流变换器提供稳态功率给所述交流负载；以及
能量管理单元，耦接于所述直流转交流变换器的直流侧，当所述交流负载发生变化时，所述能量管理单元用以通过所述直流转交流变换器对所述交流负载进行能量缓冲；
其中所述储能单元与所述能量管理单元并联，
其中所述储能单元包含第一储能元件，所述能量管理单元包含第二储能元件，所述第一储能元件的容量大于所述第二储能元件，
其中，
所述储能单元还包含第一直流转直流变换器，所述第一储能元件通过所述第一直流转直流变换器耦接于所述直流转交流变换器的直流侧形成第一储能支路，所述第一直流转直流变换器用以增加所述第一储能支路的输出阻抗；或者
所述能量管理单元还包含第二直流转直流变换器，所述第二储能元件通过所述第二直流转直流变换器耦接于所述直流转交流变换器的直流侧形成第二储能支路，所述第二直流转直流变换器用以降低所述第二储能支路的输出阻抗。
21.如权利要求20所述的储能模块，其特征在于，所述交流负载为交流电网。
22.如权利要求20所述的储能模块，其特征在于，所述直流转交流变换器为三相变换器，所述交流负载为三相负载，当所述交流负载不平衡时，所述能量管理单元用以吸收所述直流转交流变换器的直流侧的低频纹波电流。
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11735910B2 (en) 2006-12-06 2023-08-22 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power system using direct current power sources
US8013472B2 (en) 2006-12-06 2011-09-06 Solaredge, Ltd. Method for distributed power harvesting using DC power sources
US11888387B2 (en) 2006-12-06 2024-01-30 Solaredge Technologies Ltd. Safety mechanisms, wake up and shutdown methods in distributed power installations
US8947194B2 (en) 2009-05-26 2015-02-03 Solaredge Technologies Ltd. Theft detection and prevention in a power generation system
US11855231B2 (en) 2006-12-06 2023-12-26 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
US11687112B2 (en) 2006-12-06 2023-06-27 Solaredge Technologies Ltd. Distributed power harvesting systems using DC power sources
GB2485527B (en) 2010-11-09 2012-12-19 Solaredge Technologies Ltd Arc detection and prevention in a power generation system
GB2498365A (en) 2012-01-11 2013-07-17 Solaredge Technologies Ltd Photovoltaic module
GB2498790A (en) 2012-01-30 2013-07-31 Solaredge Technologies Ltd Maximising power in a photovoltaic distributed power system
US9548619B2 (en) * 2013-03-14 2017-01-17 Solaredge Technologies Ltd. Method and apparatus for storing and depleting energy
DE102015210922A1 (de) * 2015-06-15 2016-12-15 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Wechselrichter, Flussbatteriesystem und Verfahren zum Laden und Entladen einer Flussbatterie
US20160378085A1 (en) * 2015-06-23 2016-12-29 Nec Laboratories America, Inc. Hybrid energy storage system including battery and ultra-capacitor for a frequency regulation market
US20170045902A1 (en) * 2015-08-14 2017-02-16 Nec Laboratories America, Inc. Control strategies for grid scale storage operation in frequency regulation markets considering battery health factors
JP2017085769A (ja) * 2015-10-28 2017-05-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電力変換システム及び制御装置
US9627961B1 (en) * 2015-12-11 2017-04-18 National Chung Shan Institute Of Science And Technology Mixed power supply device with a merging network switch
EP3214724B1 (en) * 2016-03-03 2020-04-29 Lg Chem, Ltd. Battery energy storage system
US11177663B2 (en) 2016-04-05 2021-11-16 Solaredge Technologies Ltd. Chain of power devices
DE102017206254A1 (de) * 2016-04-13 2017-10-19 Dialog Semiconductor (Uk) Limited DC-DC-Umwandlung für Mehrzellen-Batterien
JP6593855B2 (ja) * 2017-05-09 2019-10-23 合同会社チュラエコネット 太陽光発電設備
CN107565589B (zh) * 2017-09-05 2022-05-17 南京南瑞继保电气有限公司 一种并联换流器***的控制***及控制方法
WO2019130375A1 (ja) * 2017-12-25 2019-07-04 三菱電機株式会社 電力変換装置
US11165254B2 (en) * 2018-09-18 2021-11-02 Sinewatts, Inc. Systems and methods for electricity generation, storage, distribution, and dispatch
CN110429615B (zh) * 2019-07-15 2020-09-25 内蒙古电力(集团)有限责任公司电力调度控制分公司 风储交流微电网自动功率平衡控制方法及***
CN112564144A (zh) * 2019-09-26 2021-03-26 株洲中车时代电气股份有限公司 一种超级电容储能辅助供电***、供电***及供电方法
WO2021219186A1 (en) * 2020-04-30 2021-11-04 Vestas Wind Systems A/S A grid connected battery storage system

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2904786C2 (de) * 1979-02-08 1981-02-19 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Verfahren zur Regelung von Wechselrichtern im Parallelbetrieb und Schaltungsanordnungen zur Durchführung des Verfahrens
EP1442473A4 (en) * 2001-10-25 2006-08-30 Sandia Corp BLOCK PHOTOVOLTAIC MODULE FOR ALTERNATIVE CURRENT
US20040125618A1 (en) * 2002-12-26 2004-07-01 Michael De Rooij Multiple energy-source power converter system
US7740092B2 (en) 2005-09-23 2010-06-22 Afs Trinity Power Corporation Method and apparatus for power electronics and control of plug-in hybrid propulsion with fast energy storage
US7378820B2 (en) * 2005-12-19 2008-05-27 General Electric Company Electrical power generation system and method for generating electrical power
CN100462558C (zh) 2006-11-27 2009-02-18 孙民兴 小型风力超电容储能应用***及其用途
ITVA20080002A1 (it) * 2008-01-10 2009-07-11 St Microelectronics Srl Sistema fotovoltaico a pannelli multicellulari con conversione dc-dc multiplata per gruppi di celle in serie di ciascun pannello e struttura di pannello fotovoltaico
US8625315B2 (en) * 2008-05-09 2014-01-07 Etm Electromatic Inc Inverter modulator with variable switching frequency
US8053929B2 (en) * 2008-12-03 2011-11-08 Solar Power Technologies, Inc. Solar power array with maximized panel power extraction
JP5524335B2 (ja) * 2009-07-23 2014-06-18 エンフェイズ エナジー インコーポレイテッド Ｄｃアーク故障を検出及び制御するための方法及び装置
US8334618B2 (en) 2009-11-13 2012-12-18 Eaton Corporation Method and area electric power system detecting islanding by employing controlled reactive power injection by a number of inverters
CN101789620A (zh) * 2010-03-18 2010-07-28 大连理工大学 基于蓄电池和超级电容器的有源并联式混合储能***
US8384343B2 (en) * 2010-04-27 2013-02-26 Honeywell International Inc. Electric accumulators having self regulated battery with integrated bi-directional power management and protection
US20120033466A1 (en) * 2010-08-04 2012-02-09 Intersil Americas Inc. Partial power micro-converter architecture
CN102069721A (zh) * 2010-12-30 2011-05-25 西安交通大学苏州研究院 一种基于超级电容的电动汽车混合动力控制***
CN102237691B (zh) 2011-07-06 2013-08-14 东北大学 一种风能、太阳能并网发电***及其控制方法
CN102983589B (zh) 2012-11-15 2014-10-22 中国电力科学研究院 一种基于混合储能的电网友好型分布式电源的控制方法
CN103219899B (zh) 2013-04-09 2017-12-05 许继集团有限公司 一种混合型储能变流装置及其运行控制方法
CN103259287B (zh) 2013-05-10 2014-12-31 东北大学 一种分布式新能源发电***的双向并网逆变装置及方法

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