CN109193722A - 结合蓄电池和超级电容的混合式中压交流电网储能装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结合蓄电池和超级电容的混合式中压交流电网储能装置，包括：#1电池储能***、#2电池储能***、两套三相连接电抗、一组超级电容器组；其中，#1电池储能***的中性点和超级电容器组的正极相连接，#2电池储能***的中性点和超级电容器组的负极相连接，#1电池储能***、#2电池储能***的交流输出分别通过对应的三相连接电抗器连接到三相中压交流母线上。本发明不需要升压变压器直接连接到中压交流母线上，储能技术单套容量大，既能够大功率充放电，又可以实现较大功率较长时间充放电。

Description

结合蓄电池和超级电容的混合式中压交流电网储能装置
技术领域
本发明涉及一种结合蓄电池和超级电容的混合式中压交流电网储能装置。
背景技术
储能技术是智能电网的重要环节和关键支撑技术之一，也是新能源发电高比例接入电网的不可或缺的技术。
随着智能电网的推广应用，和新能源发电的大规模接入电网，储能技术的重要作用日益明显，其应用范围涉及发、输、变、配、用各个环节。储能技术类型多样，其容量、功率、响应时间等技术特性及相关经济特性各有不同。储能技术类型主要有：抽水蓄能、压缩空气储能、各类电池储能、超导磁储能、飞轮储能、超级电容器储能等。其中抽水蓄能是目前大电网最成熟的储能技术，应用已经超过100年，但却存在地理位置限制、和循环效率（75%左右）不够高的问题。锂电池储能具有较高的能量密度、较高的循环效率和基本不受地理位置限制的优点，但也存在低功率密度的缺点。而超级电容器储能具有很高的功率密度，可以大功率充、放电，且响应时间快，适用于应对电压暂降和瞬时停电、提高用户的电能质量，抑制电力***低频振荡和提高电力***稳定性等。但是超级电容器储能却存在较低的能量密度问题。因此已经有学者提出将锂电池和超级电容器结合起来应用到交流电网的储能技术，并且也已有少数几个示范案例工程。
目前，电池和超级电容混合储能技术存在如下两个问题：1）交流输出电压低，一般为400V；2）单机容量小，一般500kW左右。
发明内容
本发明旨在弥补现有技术中的不足，提出一种结合蓄电池和超级电容的混合式中压交流电网储能装置。
一种结合蓄电池和超级电容的混合式中压交流电网储能装置，包括：#1电池储能***、#2电池储能***、两套三相连接电抗、一组超级电容器组；其中，#1电池储能***的中性点和超级电容器组的正极相连接，#2电池储能***的中性点和超级电容器组的负极相连接，#1电池储能***、#2电池储能***的交流输出分别通过对应的三相连接电抗器连接到三相中压交流母线上。
所述的#1电池储能***，它的三相电路完全相同，每相均由若干个电池储能子模块级联构成，三相星型连接，中性点连接超级电容器组的正极，交流侧三相分别和对应的三相连接电抗器的一端连接，三相连接电抗器的另一端连接到三相中压交流母线上，所述的电池储能子模块一部分为全桥电池储能子模块，另一部分为半桥电池储能子模块。
所述的#2电池储能***，它的三相电路完全相同，每相均由若干个电池储能子模块级联构成，三相星型连接，中性点连接超级电容器组的负极，交流侧三相分别和对应的三相连接电抗器的一端连接，三相连接电抗器的另一端连接到三相中压交流母线上，所述的电池储能子模块一部分为全桥电池储能子模块，另一部分为半桥电池储能子模块。
所述的全桥电池储能子模块，包括一个电池组和一个全桥DC/AC变流器，电池组和全桥DC/AC变流器的直流侧电容并联；或者包括一个电池组、一个双向DC/DC变流器、和一个全桥DC/AC变流器，双向DC/DC变流器的一端和电池组并联，另一端和和全桥DC/AC变流器的直流侧电容并联。
所述的半桥电池储能子模块，包括一个电池组和一个半桥DC/AC变流器，电池组和半桥DC/AC变流器的直流侧电容并联；或者包括一个电池组、一个双向DC/DC变流器、和一个半桥DC/AC变流器，双向DC/DC变流器的一端和电池组并联，另一端和和半桥DC/AC变流器的直流侧电容并联。
本发明的有益效果在于：1）本发明提出的储能技术能够不需要升压变压器直接连接到中压交流母线上；2）本发明提出的储能技术单套容量大；3）由于采用了蓄电池和超级电容，本发明提出的储能技术既能够大功率充放电，又可以实现较大功率较长时间充放电。因此可有效调节电网峰谷负荷、参与电网的一次调频、抑制电网振荡、提高电网稳定性。
附图说明
图1是本发明的电路结构示意图；
图2是全桥电池储能子模块的电路结构示意图；
图3 是带双向DC/DC变流器的全桥电池储能子模块；
图4是半桥电池储能子模块的电路结构示意图；
图5是带双向DC/DC变流器的半桥电池储能子模块。
图中，三相中压交流母线1、#1电池储能***2、#2电池储能***3、三相连接电抗4、超级电容器组5。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种结合蓄电池和超级电容的混合式中压交流电网储能装置，包括：#1电池储能***2、#2电池储能***3、两套三相连接电抗4、一组超级电容器组5；其中，#1电池储能***2的中性点和超级电容器组5的正极相连接，#2电池储能***3的中性点和超级电容器组5的负极相连接，#1电池储能***2、#2电池储能***3的交流输出分别通过对应的三相连接电抗器4连接到三相中压交流母线1上。
所述的#1电池储能***2，它的三相电路完全相同，每相均由若干个电池储能子模块级联构成，三相星型连接，中性点连接超级电容器组5的正极，交流侧三相分别和对应的三相连接电抗器4的一端连接，三相连接电抗器4的另一端连接到三相中压交流母线1上，所述的电池储能子模块一部分为全桥电池储能子模块，另一部分为半桥电池储能子模块。
所述的#2电池储能***3，它的三相电路完全相同，每相均由若干个电池储能子模块级联构成，三相星型连接，中性点连接超级电容器组5的负极，交流侧三相分别和对应的三相连接电抗器4的一端连接，三相连接电抗器4的另一端连接到三相中压交流母线1上，所述的电池储能子模块一部分为全桥电池储能子模块，另一部分为半桥电池储能子模块。
上述的两套电池储能***的每相的电路结构、参数和接线方式（星型接线）完全相同，均由若干个低压（通常低于1000V）的全桥型电池储能子模块，和若干个低压（通常低于1000V）的半桥型电池储能子模块级联而成。
如图2、图3所示，所述的全桥电池储能子模块，包括一个电池组和一个全桥DC/AC变流器，电池组和全桥DC/AC变流器的直流侧电容并联；或者包括一个电池组、一个双向DC/DC变流器、和一个全桥DC/AC变流器，双向DC/DC变流器的一端和电池组并联，另一端和和全桥DC/AC变流器的直流侧电容并联。
如图4、图5所示，所述的半桥电池储能子模块，包括一个电池组（通常低于1000V）和一个半桥DC/AC变流器，电池组和半桥DC/AC变流器的直流侧电容并联；或者包括一个电池组、一个双向DC/DC变流器、和一个半桥DC/AC变流器，双向DC/DC变流器的一端和电池组并联，另一端和和半桥DC/AC变流器的直流侧电容并联。
所述的两套电池储能***的每相的电路结构、参数和接线方式（星型接线）完全相同，均由若干个低压（通常低于1000V）的全桥型电池储能子模块，和若干个低压（通常低于1000V）的半桥型电池储能子模块级联而成。所述的全桥型电池储能子模块由一个低压（通常低于1000V）电池组和一个双向全桥电压源型DC/AC变流器构成，电池组和变流器的直流侧并联（图2）。所述的全桥型电池储能子模块也可以由一个电池组、一个双向DC/DC变流器、和一个全桥电压源型DC/AC变流器构成。双向DC/DC变流器的一端和电池组并联，另一端和全桥DC/AC变流器的直流侧电容并联（图3）。
所述的半桥型电池储能子模块由一个低压（通常低于1000V）电池组和一个双向半桥电压源型DC/AC变流器构成，电池组和变流器的直流侧并联（图4）。所述的半桥型电池储能子模块也可以由一个电池组、一个双向DC/DC变流器、和一个半桥电压源型DC/AC变流器构成。双向DC/DC变流器的一端和电池组并联，另一端和和半桥DC/AC变流器的直流侧电容并联（图5）。
每相全桥电池储能子模块级联总数目和半桥电池储能子模块级联总数目由：A)电池储能子模块的直流电压上下限值、B) 三相中压交流母线的额定电压值、以及C)超级电容器组的最高电压值所决定。

Claims (5)

1.一种结合蓄电池和超级电容的混合式中压交流电网储能装置，其特征是：包括：#1电池储能***（2）、#2电池储能***（3）、两套三相连接电抗（4）、一组超级电容器组（5）；其中，#1电池储能***（2）的中性点和超级电容器组（5）的正极相连接，#2电池储能***（3）的中性点和超级电容器组（5）的负极相连接，#1电池储能***（2）、#2电池储能***（3）的交流输出分别通过对应的三相连接电抗器（4）连接到三相中压交流母线（1）上。
2.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述的#1电池储能***（2），它的三相电路完全相同，每相均由若干个电池储能子模块级联构成，三相星型连接，中性点连接超级电容器组（5）的正极，交流侧三相分别和对应的三相连接电抗器（4）的一端连接，三相连接电抗器（4）的另一端连接到三相中压交流母线（1）上，所述的电池储能子模块一部分为全桥电池储能子模块，另一部分为半桥电池储能子模块。
3.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述的#2电池储能***（3），它的三相电路完全相同，每相均由若干个电池储能子模块级联构成，三相星型连接，中性点连接超级电容器组（5）的负极，交流侧三相分别和对应的三相连接电抗器（4）的一端连接，三相连接电抗器（4）的另一端连接到三相中压交流母线（1）上，所述的电池储能子模块一部分为全桥电池储能子模块，另一部分为半桥电池储能子模块。
4.如权利要求2或3所述的装置，其特征是：所述的全桥电池储能子模块，包括一个电池组和一个全桥DC/AC变流器，电池组和全桥DC/AC变流器的直流侧电容并联；或者包括一个电池组、一个双向DC/DC变流器、和一个全桥DC/AC变流器，双向DC/DC变流器的一端和电池组并联，另一端和和全桥DC/AC变流器的直流侧电容并联。
5.如权利要求2或3所述的装置，其特征是：所述的半桥电池储能子模块，包括一个电池组和一个半桥DC/AC变流器，电池组和半桥DC/AC变流器的直流侧电容并联；或者包括一个电池组、一个双向DC/DC变流器、和一个半桥DC/AC变流器，双向DC/DC变流器的一端和电池组并联，另一端和和半桥DC/AC变流器的直流侧电容并联。
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