CN102347617A - 清洁能源补偿的储能电站和具有清洁能源补偿的储能系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种清洁能源补偿的储能电站，与检测电网相连，包括电池堆储能系统，用于储存电能；电池堆管理系统，用于控制电池堆储能系统处于充电或放电模式；双向逆变系统，用于实现交流电与直流电之间的双向转换；监控系统，对检测电网监控，根据检测电网的参数信号，通过双向逆变系统实现交流电与直流电之间的双向转换；监控系统通过电池堆管理系统实现电池堆储能系统充电或放电模式之间的控制；还包括直流清洁能源，用于对电池堆储能系统充电；清洁能源控制器，根据直流清洁能源的参数信号，通过电池堆管理系统控制直流清洁能源对电池堆储能系统的充电或停止充电。本发明缓解了供电紧张、削峰填谷，平衡电网负荷的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电网系统中的储能电站，尤其涉及一种削峰填谷，平衡电网负荷的清洁能源补偿的储能电站和具有清洁能源补偿的储能系统。
背景技术
随着经济和工农业的迅猛发展和人民生活水平的提高，一方面，社会对电能的要求日趋增长，需求不断地增长，使电网容量不断扩大；另一方面，电力用户对供电质量，供电可靠性高(即尽量少停电或不停电)也越来越高。但是，电力用户每天的需求量很不平衡，白天用电高峰与晚上用电低谷负荷偏差很大，使得各大电网的峰谷差日趋增大。另外，随着近年修建的大型超临界发电机组和核能发电机组的电站(不能频繁开停)陆续投产发电及国家对宏观经济的调控和高耗能企业的限制，低谷时缺乏调峰手段的问题将更为突出。电网调峰需求对于应对日趋严重的调峰问题具有极其重大的意义。总体来看，各大电网的峰谷差日趋增大，电网的调峰能力和客观上的调峰需要之间的矛盾十分尖锐。目前电网中承担调峰任务的电站主要有抽水蓄能电站。
近二三十年来，世界发达国家抽水蓄能电站发展越来越快。世界上抽水蓄能电站发展最快、装机容量最多的是日本，其次是美国、意大利、德国、法国、西班牙等，日本和美国抽水蓄能电站装机容量均已超过2000万千瓦。但是，由于抽水蓄能电站需建上、下两个水库，受地理、水源条件限制较大，在平原地区不容易建设，而且占地面积大，工期长，维护成本高，发展受到限制；另外，抽水蓄能电站起停时间长、效率低、不能快速响应电网调峰。
因此，目前迫切的需要一种能够缓解供电紧张、快速响应电网调峰填谷、高效率的储能电站。
发明内容
为了现有技术中缓解供电紧张、削峰填谷，平衡电网负荷的问题，本发明提供一种清洁能源补偿的储能电站，所述清洁能源补偿的储能电站与检测电网相连，其特征在于：所述清洁能源补偿的储能电站包括电池堆储能系统，所述电池堆储能系统用于储存电能；电池堆管理系统，所述电池堆管理系统用于控制所述电池堆储能系统处于充电或放电模式；双向逆变系统，所述双向逆变系统用于实现交流电与直流电之间的双向转换；监控系统，所述监控系统对所述检测电网监控，根据所述检测电网的参数信号，所述监控系统通过所述双向逆变系统实现交流电与直流电之间的双向转换；所述监控系统通过所述电池堆管理系统实现所述电池堆储能系统充电或放电模式之间的控制；所述清洁能源补偿的储能电站还包括直流清洁能源，所述直流清洁能源用于对所述电池堆储能系统充电；清洁能源控制器，所述清洁能源控制器根据所述直流清洁能源的参数信号，所述清洁能源控制器通过所述电池堆管理系统控制所述直流清洁能源对所述电池堆储能系统的充电或停止充电。
本发明还可以通过下述技术方案进一步完善。
所述清洁能源补偿的储能电站还包括自动切换系统，所述自动切换系统与所述双向逆变系统相连；在检测电网断电时，所述监控系统通过所述电池堆管理系统控制所述电池堆储能系统通过所述双向逆变系统和所述自动切换系统向用户提供交流电。
本发明还提供的一种具有清洁能源补偿的储能系统，其特征在于：包括高压电网；多个与所述高压电网相连的并联检测电网，每个所述检测电网包括多个并联的清洁能源补偿的储能电站，每个所述清洁能源补偿的储能电站包括电池堆储能系统，所述电池堆储能系统用于储存电能；电池堆管理系统，所述电池堆管理系统用于控制所述电池堆储能系统处于充电或放电模式；双向逆变系统，所述双向逆变系统用于实现交流电与直流电之间的双向转换；监控系统，所述监控系统对所述检测电网监控，根据所述检测电网的参数信号，所述监控系统通过所述双向逆变系统实现交流电与直流电之间的双向转换；所述监控系统通过所述电池堆管理系统实现所述电池堆储能系统充电或放电模式之间的控制；所述清洁能源补偿的储能电站还包括直流清洁能源，所述直流清洁能源用于对所述电池堆储能系统充电；清洁能源控制器，所述清洁能源控制器根据所述直流清洁能源的参数信号，所述清洁能源控制器通过所述电池堆管理系统控制所述直流清洁能源对所述电池堆储能系统的充电或停止充电。
本发明还可以通过下述技术方案进一步完善。
所述具有清洁能源补偿的储能系统还包括中央监控系统；所述中央监控系统与每个所述清洁能源补偿的储能电站的监控系统通信连接，用于采集每个所述清洁能源补偿的储能电站的运行参数和控制每个所述清洁能源补偿的储能电站。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)单个电池的内阻小于5毫欧姆，可以多倍率充放电；双向逆变系统(PCS)的开关采用高效率的大功率电子开关，如双向大功率快速通断的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)电子开关，因此削峰填谷快速响应。
2)具有清洁能源补偿的储能系统具有多个清洁能源补偿的储能电站，分散联网调节，安全可靠性高；因而发电设备可以高效率运行，提高发电设备利用率，节约用地。
3)钛酸锂电池转换效率高，并可在直流电压700V至900V较高电压安全运行，双向逆变系统的开关采用高效率的大功率电子开关，电能转换效率高(可达98％)、经济效益好，储能时可享受电力谷期的优惠电价；峰期可卖出高电价。
4)具有自动切换系统，可做应急备用电源使用，备用性强，增加供电的可靠性。
5)直流清洁能源(风能和太阳能)是绿色能源，以及使用电池作为储能的装置，这样不使用燃料对环境无污染；
6)双向逆变系统的开关采用高效率的大功率电子开关，如大功率绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)电子开关(即开断使用电子元件，无转动部件)运行噪音低(1M距离外小于50db)；切换速度快，应急效果好，最高可达40ms。
7)建设周期短，维护成本低，使用寿命长(可达30年)。
附图说明
图1是本发明的清洁能源补偿的储能电站的结构示意图；
图2是图1所示的清洁能源补偿的储能电站的电池管理系统的结构示意图；
图3是本发明的具有清洁能源补偿的储能系统的结构示意图。
其中，
1清洁能源补偿的储能电站：
11电池堆储能系统，12电池堆管理系统，13双向逆变系统，14监控系统，
15直流清洁能源，16清洁能源控制器，17自动切换系统；
2检测电网；
3高压电网。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的清洁能源补偿的储能电站和具有清洁能源补偿的储能系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
本发明实施例的清洁能源补偿的储能电站1，如图1所示，所述清洁能源补偿的储能电站与检测电网相连2，所述清洁能源补偿的储能电站包括：
电池堆储能系统11，所述电池堆储能系统用于储存电能；
电池堆管理系统12，所述电池堆管理系统用于控制所述电池堆储能系统11处于充电或放电模式；
双向逆变系统13，所述双向逆变系统用于实现交流电与直流电之间的双向转换；
监控系统14，所述监控系统对所述检测电网2监控，根据所述检测电网的参数信号，所述监控系统通过所述双向逆变系统实现交流电与直流电之间的双向转换；所述监控系统通过所述电池堆管理系统实现所述电池堆储能系统充电或放电模式之间的控制；
所述清洁能源补偿的储能电站还包括直流清洁能源15，所述直流清洁能源用于对所述电池堆储能系统11充电；
清洁能源控制器16，所述清洁能源控制器16根据所述直流清洁能源的参数信号，所述清洁能源控制器16通过所述电池堆管理系统控制所述直流清洁能源对所述电池堆储能系统的充电或停止充电。
在用电低谷时，检测电网(市电网)参数信号反馈到监控系统14，监控系统根据检测电网(市电网)参数信号向双向逆变系统13和电池堆管理系统12分别发出逆变控制信号和电池堆管理控制信号，控制检测电网(市电网)(在电池堆管理系统设定的各保护参数允许内)向电池堆储能系统充电：电池堆管理系统12根据电池堆管理控制信号向电池堆储能系统发出充放电控制信号，电池堆储能系统处于充电模式；双向逆变系统根据逆变控制信号将检测电网(市电网)的交流电电能转换为直流电电能(与电池堆储能系统频率和相位同步的直流电电能)储存在电池堆储能系统内，吸收市电网富裕电量，把原本要浪费掉的电能储存起来，同时保证市电网电压的平稳；
在用电高峰时，检测电网(市电网)参数信号反馈到监控系统14，监控系统14根据检测电网(市电网)参数信号向双向逆变系统13和电池堆管理系统12分别发出逆变控制信号和电池堆管理控制信号，控制(通过电池堆管理系统12)电池堆储能系统向检测电网(市电网)放电：电池堆管理系统12根据电池堆管理控制信号向电池堆储能系统发出充放电控制信号，电池堆储能系统处于放电模式；双向逆变系统根据逆变控制信号将电池堆储能系统存储的直流电电能转换为交流电电能(与检测电网频率和相位同步的交流电电能)传输给市电网，补充检测电网(市电网)的电能供应量，平稳电网电压，减少发电机组的投运；起到削峰填谷的功能。
清洁能源补偿的储能电站还可以将不稳定的风能和太阳能(直流清洁能源15)通过电池堆储能系统储存，待用电高峰时放电到检测电网(市电网)供给使用的功能。当晚上用电低谷时，风能充沛，产生的电能不能马上使用，只能通过电池堆储能系统储存起来，待用电高峰时放电到电网供给使用：清洁能源控制器16根据直流清洁能源15的参数信号，向电池堆管理系统12发出电池堆管理控制信号，电池堆管理系统12根据电池堆管理控制信号向电池堆储能系统发出充放电控制信号，电池堆储能系统处于充电模式，直流清洁能源15对所述电池堆储能系统充电或停止充电。当白天太阳能和风能充沛时，风能和太阳能同样可以通过电池堆储能系统储存起来。在用电高峰时，再通过双向逆变系统13将电能传输给检测电网(市电网)，供用户使用。这样，将太阳能和风能转变为直流电后存储在电池堆储能系统中，在需要时，经双向逆变系统转换为交流电，作为一种补偿输入到电网，有效利用了清洁能源。
优选的，清洁能源补偿的储能电站1还包括自动切换系统17，自动切换系统17与双向逆变系统13相连，清洁能源补偿的储能电站在检测电网2断电时，所述监控系统14通过所述电池堆管理系统控制所述电池堆储能系统11通过所述双向逆变系统13和所述自动切换系统17向用户提供交流电，起到备用电源的作用。
优选的，电池堆储能系统包括多个并联的高能量密度的大功率快速充放电和一致性能优的储能电池，如内阻小于5毫欧姆的高能量密度和长寿命的钛酸锂电池(电池寿命可达30年以上)。
优选的，电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，简称BMS)采用主从式结构，如图2所示，每个所述电池堆管理系统12包括一台主控单元和若干台信号采集/处理单元。
优选的，双向逆变系统13包括大功率电力模块双向换流器，大功率电力模块双向换流器用于交流电和直流电电能之间的双向转换。
优选的，双向逆变系统13的开关采用高效率的大功率电子开关，如双向大功率快速通断的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)电子开关。
优选的，直流清洁能源(风能和太阳能)可以是任何可以把风能和电能转变为直流电电能的发电装置。
实施例二
本发明实施例的具有清洁能源补偿的储能系统，如图3所示，包括高压电网3；多个与所述高压电网相连的并联检测电网2，每个所述检测电网2包括多个并联的清洁能源补偿的储能电站1，每个所述清洁能源补偿的储能电站1包括：
电池堆储能系统11，所述电池堆储能系统用于储存电能；
电池堆管理系统12，所述电池堆管理系统用于控制所述电池堆储能系统11处于充电或放电模式；
双向逆变系统13，所述双向逆变系统用于实现交流电与直流电之间的双向转换；
监控系统14，所述监控系统对所述检测电网2监控，根据所述检测电网的参数信号，所述监控系统通过所述双向逆变系统实现交流电与直流电之间的双向转换；所述监控系统通过所述电池堆管理系统实现所述电池堆储能系统充电或放电模式之间的控制；
所述清洁能源补偿的储能电站还包括直流清洁能源15，所述直流清洁能源用于对所述电池堆储能系统11充电；
清洁能源控制器16，所述清洁能源控制器16根据所述直流清洁能源的参数信号，所述清洁能源控制器16通过所述电池堆管理系统控制所述直流清洁能源对所述电池堆储能系统的充电或停止充电。
包括高压电网3；多个与所述高压电网3相连的检测电网2，每个所述检测电网包括多个清洁能源补偿的储能电站1，每个所述清洁能源补偿的储能电站1包括：
电池堆储能系统11，所述电池堆储能系统11用于储存电能；双向逆变系统13，所述双向逆变系统13用于交流电与直流电之间的双向转换；电池堆管理系统12，所述电池堆管理系统12用于控制所述电池堆储能系统11的充放电；监控系统14，所述监控系统14通过对检测电网2监控，控制所述双向逆变系统13进行交流电与直流电之间的转换方式，和控制所述电池堆管理系统12实现对所述电池堆储能系统11的充电或放电；直流清洁能源15，所述直流清洁能源15用于对所述电池堆储能系统11充电；清洁能源控制器16，所述清洁能源控制器16控制所述清洁能源对所述电池堆储能系统11充电或停止充电。
优选的，监控系统14通过全球定位系统(Global Positioning System，简称GPS)或网络传输信息，将采集清洁能源补偿的储能电站的运行参数和动态信息实时传输到中央监控系统(包括现场的监视影像)，根据传输的信息对照告警整定值，通过遥调和遥控，对清洁能源补偿的储能电站传输调整或通断指令，保障电站快速响应，在安全的范围内运行。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)单个电池的内阻小于5毫欧姆，可以多倍率充放电；双向逆变系统(PCS)的开关采用高效率的大功率电子开关，如双向大功率快速通断的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)电子开关，因此削峰填谷快速响应。
2)具有清洁能源补偿的储能系统具有多个清洁能源补偿的储能电站，分散联网调节，安全可靠性高；因而发电设备可以高效率运行，提高发电设备利用率，节约用地。
3)钛酸锂电池转换效率高，并可在直流电压700V至900V较高电压安全运行，双向逆变系统的开关采用高效率的大功率电子开关，电能转换效率高(可达98％)、经济效益好，储能时可享受电力谷期的优惠电价；峰期可卖出高电价。
4)具有自动切换系统，可做应急备用电源使用，备用性强，增加供电的可靠性。
5)直流清洁能源(风能和太阳能)是绿色能源，以及使用电池作为储能的装置，这样不使用燃料对环境无污染；
6)双向逆变系统的开关采用高效率的大功率电子开关，如大功率绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)电子开关(即开断使用电子元件，无转动部件)运行噪音低(1M距离外小于50db)；切换速度快，应急效果好，最高可达40ms。
7)建设周期短，维护成本低，使用寿命长(可达30年)。
最后应当说明的是，很显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型。
Claims (10)
1.一种清洁能源补偿的储能电站(1)，所述清洁能源补偿的储能电站与检测电网(2)相连，其特征在于：
所述清洁能源补偿的储能电站包括电池堆储能系统(11)，所述电池堆储能系统用于储存电能；
电池堆管理系统(12)，所述电池堆管理系统用于控制所述电池堆储能系统(11)处于充电或放电模式；
双向逆变系统(13)，所述双向逆变系统用于实现交流电与直流电之间的双向转换；
监控系统(14)，所述监控系统对所述检测电网(2)监控，根据所述检测电网的参数信号，所述监控系统通过所述双向逆变系统实现交流电与直流电之间的双向转换；所述监控系统通过所述电池堆管理系统实现所述电池堆储能系统充电或放电模式之间的控制；
所述清洁能源补偿的储能电站还包括直流清洁能源(15)，所述直流清洁能源用于对所述电池堆储能系统(11)充电；
清洁能源控制器(16)，所述清洁能源控制器(16)根据所述直流清洁能源的参数信号，所述清洁能源控制器(16)通过所述电池堆管理系统控制所述直流清洁能源对所述电池堆储能系统的充电或停止充电。
2.根据权利要求1所述的清洁能源补偿的储能电站(1)，其特征在于：
还包括自动切换系统(17)，所述自动切换系统(17)与所述双向逆变系统(13)相连；在检测电网(2)断电时，所述监控系统(14)通过所述电池堆管理系统控制所述电池堆储能系统(11)通过所述双向逆变系统(13)和所述自动切换系统(17)提供交流电。
3.根据权利要求1所述的清洁能源补偿的储能电站(1)，其特征在于：
所述电池堆储能系统(11)包括多个并联的储能电池。
4.根据权利要求1所述的清洁能源补偿的储能电站(1)，其特征在于：
所述电池堆储能系统(11)包括多个并联的内阻小于5毫欧姆钛酸锂电池。
5.根据权利要求1所述的清洁能源补偿的储能电站(1)，其特征在于：
所述双向逆变系统(13)包括电力模块双向换流器，所述电力模块双向换流器用于交流电和直流电电能之间的双向转换。
6.根据权利要求1所述的清洁能源补偿的储能电站(1)，其特征在于：
所述双向逆变系统(13)的开关采用电子开关。
7.根据权利要求1所述的清洁能源补偿的储能电站(1)，其特征在于：
所述电池堆管理系统(12)采用主从式结构，每个所述电池堆管理系统(12)包括一台主控单元和若干台信号采集/处理单元。
8.一种具有清洁能源补偿的储能系统，其特征在于：
包括高压电网(3)；多个与所述高压电网相连的并联检测电网(2)，每个所述检测电网(2)包括多个并联的清洁能源补偿的储能电站(1)，每个所述清洁能源补偿的储能电站(1)包括：
电池堆储能系统(11)，所述电池堆储能系统用于储存电能；
电池堆管理系统(12)，所述电池堆管理系统用于控制所述电池堆储能系统(11)处于充电或放电模式；
双向逆变系统(13)，所述双向逆变系统用于实现交流电与直流电之间的双向转换；
监控系统(14)，所述监控系统对所述检测电网(2)监控，根据所述检测电网的参数信号，所述监控系统通过所述双向逆变系统实现交流电与直流电之间的双向转换；所述监控系统通过所述电池堆管理系统实现所述电池堆储能系统充电或放电模式之间的控制；
所述清洁能源补偿的储能电站还包括直流清洁能源(15)，所述直流清洁能源用于对所述电池堆储能系统(11)充电；
清洁能源控制器(16)，所述清洁能源控制器(16)根据所述直流清洁能源的参数信号，所述清洁能源控制器(16)通过所述电池堆管理系统控制所述直流清洁能源对所述电池堆储能系统的充电或停止充电。
9.根据权利要求8所述的具有清洁能源补偿的储能系统，其特征在于：
所述具有清洁能源补偿的储能系统还包括中央监控系统；所述中央监控系统与每个所述清洁能源补偿的储能电站的监控系统(14)通信连接，用于采集每个所述清洁能源补偿的储能电站的运行参数和控制每个所述清洁能源补偿的储能电站。
10.根据权利要求8所述的具有清洁能源补偿的储能系统，其特征在于：
所述中央监控系统与每个所述清洁能源补偿的储能电站的监控系统(14)通过全球定位系统或网络传输实现通信连接。
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