一種儲能系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域，特別涉及一種儲能系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 常見的儲能設(shè)備可分為功率型和能量型。前者具有功率密度大，響應(yīng)速度快等優(yōu) 點，但能量密度較小，如超級電容器、超導(dǎo)儲能、飛輪儲能等；后者具有能量密度大，但功率 響應(yīng)較慢不適于頻繁充放電，如蓄電池和抽水蓄能等。由于上述缺點的限制，單一種類的儲 能設(shè)備往往很難滿足分布式發(fā)電與微網(wǎng)的要求，因此，結(jié)合兩種或更多的儲能組成混合儲 能系統(tǒng)，可以充分發(fā)揮兩種儲能設(shè)備技術(shù)上的互補性。混合儲能技術(shù)是將具有快速響應(yīng)特 性循環(huán)周期壽命長的功率型儲能和具有大容量儲能特性的能量型儲能聯(lián)合使用，協(xié)調(diào)控制 以最大限度地發(fā)揮各種儲能技術(shù)的長處，提高儲能系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種儲能系統(tǒng)，具備并網(wǎng)運行模式，可實現(xiàn)調(diào)峰控制、調(diào)頻 控制、無功電壓控制的運行功能，充分發(fā)揮不同儲能元件的各自優(yōu)勢，有效降低投資、運行 成本。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種儲能系統(tǒng)，其中包含：
[0005] 多個基本單元；每個基本單元設(shè)有能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和與之連接的電池組，所述能量 轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的交流側(cè)通過隔離變壓器接入交流電網(wǎng)；
[0006] 其中，所有基本單元的電池組都是能量型儲能的電池；或者，其中一些基本單元的 電池組使用能量型儲能的電池，另一些基本單元的電池組使用功率型儲能的電池。
[0007] 優(yōu)選地，所述能量型儲能的電池是磷酸鐵鋰電池；
[0008] 所述功率型儲能的電池是鈦酸鋰電池。
[0009] 優(yōu)選地，在2Mffh的儲能系統(tǒng)中設(shè)有四個基本單元；每個基本單元設(shè)有500kW的能 量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，和與之對應(yīng)的500kWX Ih電池組使用磷酸鐵鋰電池。
[0010] 優(yōu)選地，在2Mffh的儲能系統(tǒng)中設(shè)有四個基本單元；每個基本單元設(shè)有500kW的能 量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)；
[0011] 其中一個基本單元設(shè)置的500kW X 3h電池組使用磷酸鐵鋰電池，其余三個基本單 元設(shè)置的500kWX0. 333h電池組使用鈦酸鋰電池。
[0012] 優(yōu)選地，所述儲能系統(tǒng)設(shè)置有電池管理系統(tǒng)，其分別通過CAN總線與各個能量轉(zhuǎn) 換系統(tǒng)進(jìn)行通信，對所述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)各自對應(yīng)的電池組進(jìn)行監(jiān)控保護(hù)。
[0013] 優(yōu)選地，所述儲能系統(tǒng)設(shè)置有后臺監(jiān)控系統(tǒng)，其通過網(wǎng)關(guān)，對所述電池管理系統(tǒng)及 各個基本單元內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。
[0014] 優(yōu)選地，所述儲能系統(tǒng)與風(fēng)電場分布式電源構(gòu)成微網(wǎng)系統(tǒng)，通過低通濾波，計算鈦 酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池的參考功率分別為：
[0017] 其中，TL表示鈦酸鋰電池、LL表示磷酸鐵鋰電池，時間常數(shù)Tp Ta;風(fēng)電場分布式 電源總的出力Pt。
[0018] 本發(fā)明的儲能系統(tǒng)，其優(yōu)點在于：
[0019] 利用磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)具有高能量長時間充放電特性，滿足系統(tǒng)較長時間的調(diào)峰 功能需求；
[0020] 利用功率型鈦酸鋰電池儲能系統(tǒng)具有大功率高倍率充放電特性，滿足系統(tǒng)短時的 調(diào)頻或定功能需求。
[0021] 本發(fā)明提供的混合儲能系統(tǒng)，兼具高功率密度、高能量密度、高循環(huán)壽命的特點， 既能避免單獨采用磷酸鐵鋰電池儲能造成的功率超額配置，又可避免單獨采用鈦酸鋰電池 儲能所引起的成本增加，有效降低了儲能系統(tǒng)的投資成本。
【附圖說明】
[0022] 圖1是本發(fā)明中以磷酸鐵鋰電池構(gòu)建的2Mffh儲能系統(tǒng)的原理框圖；
[0023] 圖2是本發(fā)明中以磷酸鐵鋰+鈦酸鋰電池構(gòu)建的2Mffh儲能系統(tǒng)的原理框圖；
[0024] 圖3是風(fēng)電場與混合儲能構(gòu)成的微網(wǎng)系統(tǒng)的示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 本發(fā)明提供的儲能系統(tǒng)，是一種2Mffh電池儲能系統(tǒng)，可采用兩種方案實現(xiàn)。
[0026] 如圖1所示，方案一的儲能系統(tǒng)中，電池系統(tǒng)全部采用磷酸鐵鋰電池。其中，設(shè)有4 臺PCS(能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)）及其各自對應(yīng)的磷酸鐵鋰電池10,具有高能量長時間充放電特性， 可以滿足系統(tǒng)較長時間的調(diào)峰功能需求。
[0027] 儲能系統(tǒng)以500kWXlh為基本單元，每個單元內(nèi)部為1臺500kW的PCS及與之分 別連接的電池組及電池管理系統(tǒng)（BMS)構(gòu)成，PCS的交流側(cè)通過隔離變壓器接入交流電網(wǎng)； 由4套單元構(gòu)成本方案所述的2Mffh儲能系統(tǒng)。
[0028] 電池管理系統(tǒng)通過CAN總線與PCS進(jìn)行通信，實現(xiàn)對電池的監(jiān)控及保護(hù)；電池管理 系統(tǒng)通過以太網(wǎng)和后臺監(jiān)控系統(tǒng)通信，實現(xiàn)大量非實時數(shù)據(jù)的上傳和監(jiān)控。配置監(jiān)控系統(tǒng) 一套，該監(jiān)控系統(tǒng)通過網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)對各基本單元內(nèi)PCS和電池管理系統(tǒng)的監(jiān)控。
[0029] 如圖2所示，方案二的儲能系統(tǒng)中，電池系統(tǒng)采用兩種類型的電池儲能，包含 500kWh的功率型電池系統(tǒng)（如鈦酸鋰電池系統(tǒng)），和I. 5Mffh的能量型電池系統(tǒng)（如磷酸鐵 鋰儲能系統(tǒng)）。
[0030] 功率型電池儲能系統(tǒng)設(shè)有3臺PCS及其各自對應(yīng)的功率型電池30,具有大功率高 倍率充放電特性，可以滿足系統(tǒng)短時的調(diào)頻或穩(wěn)定功能需求；能量型的磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng) 由1臺PCS和對應(yīng)的磷酸鐵鋰電池20組成，具有高能量長時間充放電特性，可以滿足系統(tǒng) 較長時間的調(diào)峰功能需求。
[0031] 功率型電池儲能系統(tǒng)以500WX0. 333h為基本單元，磷酸鐵鋰儲能系統(tǒng)以 500kWX3h為基本單元，每個基本單元內(nèi)部由1臺500kW PCS及分別與之連接的相應(yīng)電池組 及電池管理系統(tǒng)構(gòu)成，PCS的交流側(cè)通過隔離變壓器接入交流電網(wǎng)；3+1套單元構(gòu)成本方案 所述的2Mffh儲能系統(tǒng)。
[0032] 電池管理系統(tǒng)通過CAN總線與PCS進(jìn)行通信，實現(xiàn)對電池的監(jiān)控及保護(hù)；電池管理 系統(tǒng)通過以太網(wǎng)和后臺監(jiān)控系統(tǒng)通信，實現(xiàn)大量非實時數(shù)據(jù)的上傳和監(jiān)控。配置監(jiān)控系統(tǒng) 一套，監(jiān)控通過網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)對各基本單元內(nèi)PCS裝置和電池管理系統(tǒng)的監(jiān)控。
[0033] 本方案中從充分發(fā)揮不同儲能元件的各自優(yōu)勢，降低投資、運行成本的角度出發(fā)， 制定協(xié)調(diào)控制策略規(guī)則為：
[0034] 1)功率密度大，循環(huán)壽命長的鈦酸鋰電池遵循優(yōu)先放電的原則，同時充當(dāng)"功率緩 沖器"，用于平抑尖峰及往復(fù)性風(fēng)電功率波動，從而減少蓄電池的匹配容量，避免蓄電池進(jìn) 行小功率、超倍率充放電，延長蓄電池使用壽命，降低投資、運行成本；
[0035] 2)能量密度大的磷酸鐵鋰電池，是系統(tǒng)中的主要能量來源，用于平抑風(fēng)電功率的 長期穩(wěn)態(tài)波動，并實時調(diào)節(jié)鈦酸鋰電池荷電狀態(tài)，以及時響應(yīng)風(fēng)電功率的下次波動。
[0036] 通過實施上述協(xié)調(diào)控制策略，使整個儲能系統(tǒng)兼具高功率密度、高能量密度、高循 環(huán)壽命的特點，既能避免單獨采用磷酸鐵鋰電池儲能造成的功率超額配置，又可避免單獨 采用鈦酸鋰電池儲能所引起的成本增加，有效降低了儲能系統(tǒng)的投資成本。
[0037] 以圖3所示由風(fēng)電場與混合儲能構(gòu)成的微網(wǎng)系統(tǒng)為例，儲能放電功率為正，充電 功率為負(fù)，圖3中的變量關(guān)系如下：
[0038] PE= P Iine-Pw
[0039] 其中：PE為儲能輸出功率；Pline為并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線功率；Pw為風(fēng)電輸出功率。
[0040] 上圖的微網(wǎng)并網(wǎng)運行時，為減少風(fēng)電等間歇式分布式電源對配網(wǎng)電能質(zhì)量的影 響，要對并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線輸出功率進(jìn)行平滑。鈦酸鋰電池功率密度大，循環(huán)壽命長，用于平抑尖 峰及往復(fù)性風(fēng)電功率波動；磷酸鐵鋰電池功率密度小能量密度大，用來補償波動頻率小但 幅值較大的分量。
[0041] 根據(jù)圖3結(jié)合分布式電源并網(wǎng)功率波動要求和混合儲能配置的容量，可確定鈦酸 鋰電池和磷酸鐵鋰電池分別需要平抑的波動頻率段，從而確定低通濾波對應(yīng)的時間常數(shù)， 得到各自的輸出功率參考值。
[0042] 可得鈦酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池的參考功率分別為：
[0045] 上述TL表示鈦酸鋰電池、LL表示磷酸鐵鋰電池，時間常數(shù)Tp Ta;PT為分布式電 源總的出力。將低通濾波得到的參考功率作為儲能系統(tǒng)恒功率控制的參考值，即可達(dá)到平 滑波動的控制效果。
[0046] 盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【主權(quán)項】
1. 一種儲能系統(tǒng)，其特征在于，包含： 多個基本單元；每個基本單元設(shè)有能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和與之連接的電池組，所述能量轉(zhuǎn)換 系統(tǒng)的交流側(cè)通過隔離變壓器接入交流電網(wǎng)； 其中，所有基本單元的電池組都是能量型儲能的電池；或者，其中一些基本單元的電池 組使用能量型儲能的電池，另一些基本單元的電池組使用功率型儲能的電池。2. 如權(quán)利要求1所述的儲能系統(tǒng)，其特征在于， 所述能量型儲能的電池是磷酸鐵鋰電池； 所述功率型儲能的電池是鈦酸鋰電池。3. 如權(quán)利要求1所述的儲能系統(tǒng)，其特征在于， 在2Mffh的儲能系統(tǒng)中設(shè)有四個基本單元；每個基本單元設(shè)有500kW的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)， 和與之對應(yīng)的500kWX Ih電池組使用磷酸鐵鋰電池。4. 如權(quán)利要求1所述的儲能系統(tǒng)，其特征在于， 在2Mffh的儲能系統(tǒng)中設(shè)有四個基本單元；每個基本單元設(shè)有500kW的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)； 其中一個基本單元設(shè)置的500kWX3h電池組使用磷酸鐵鋰電池，其余三個基本單元設(shè) 置的500kWX0. 333h電池組使用鈦酸鋰電池。5. 如權(quán)利要求3或4所述的儲能系統(tǒng)，其特征在于， 所述儲能系統(tǒng)設(shè)置有電池管理系統(tǒng)，其分別通過CAN總線與各個能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行通 信，對所述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)各自對應(yīng)的電池組進(jìn)行監(jiān)控保護(hù)。6. 如權(quán)利要求5所述的儲能系統(tǒng)，其特征在于， 所述儲能系統(tǒng)設(shè)置有后臺監(jiān)控系統(tǒng)，其通過網(wǎng)關(guān)，對所述電池管理系統(tǒng)及各個基本單 元內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。7. 如權(quán)利要求1所述的儲能系統(tǒng)，其特征在于， 所述儲能系統(tǒng)與風(fēng)電場分布式電源構(gòu)成微網(wǎng)系統(tǒng)，通過低通濾波，計算鈦酸鋰電池和 磷酸鐵鋰電池的參考功率分別為：其中，TL表示鈦酸鋰電池、LL表示磷酸鐵鋰電池，時間常數(shù)Tp Ta;風(fēng)電場分布式電源 總的出力Ρτ。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種儲能系統(tǒng)，其中包含多個基本單元；每個基本單元設(shè)有能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和與之連接的電池組，所述能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的交流側(cè)通過隔離變壓器接入交流電網(wǎng)；其中，所有基本單元的電池組都是能量型儲能的磷酸鐵鋰電池；或者，其中一些基本單元的電池組使用能量型儲能的磷酸鐵鋰電池，另一些基本單元的電池組使用功率型儲能的鈦酸鋰電池。本發(fā)明具備并網(wǎng)運行模式，可實現(xiàn)調(diào)峰控制、調(diào)頻控制、無功電壓控制的運行功能，充分發(fā)揮不同儲能元件的各自優(yōu)勢，有效降低投資、運行成本。
【IPC分類】H02J3/28
【公開號】CN105162148
【申請?zhí)枴緾N201510556063
【發(fā)明人】方陳, 張宇, 柳勁松, 時珊珊, 雷珽, 劉舒, 樸紅艷, 袁加妍
【申請人】國網(wǎng)上海市電力公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月2日