CN104242474B - 一种混合型储能系统及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种储能系统,特指混合型储能系统及使用方法。储能系统包括双向逆变系统,双向DC/DC系统和混合电源,混合电源包括功率型储能系统和能量型储能系统;双向逆变系统的外部通信接口连接外部电网的通讯设备,内部通信接口连接双向DC/DC系统和混合电源的电池管理系统;双向逆变系统采用铜线与外部电网连接,内部也是采用铜线与双向DC/DC连接;双向DC/DC也是通过铜线和继电器分别与功率型储能系统和能量型储能系统连接。这种混合型储能系统主要是保证供电质量,如电压补偿、微网切换瞬间的快速功率补偿;提高新能源发电并网性能,如平抑风力、光伏出力的间歇性;提高能源利用效率的能量优化管理。

Description

一种混合型储能系统及使用方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种储能系统,特指混合型储能系统。
背景技术
[0002]奥巴马提出“电网2.0”概念,美国开始升级旧式电网并申请相关专利上百项;日本自核电危机以后,全面启动分布式发电及储能,相关部门已经投入上百亿资金扶持;国内十二五规划把智能电网和新能源发电做为国家战略发展目标。
[0003]微电网是指由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统,是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统,既可以与大电网并网运行,也可以孤立运行,并能通过固态开关在两种运行模式之间进行切换。
[0004]保持有功、无功功率平衡时对电力系统稳定的基本要求,对微网也是如此,但是由于分布式电源具有的间歇性和波动性特点,并且负荷的变化也具有随机性,给微电网的稳定运行带来挑战。通过有效的储能技术可以很好地解决这一问题,储能管理系统监测分布式电源的状态,了解并预测分布式电源的出力,调节储能系统工作状态以维持功率平衡,减少分布式电源对电网产生的一系列不良影响。在微网孤岛运行时,储能系统可以平抑功率波动,保持供电频率稳定,以及在微网内部电压波动时,储能系统可以提供无功补偿,保持电压稳定,提高微网内的电能质量。此外,微网在并网与孤岛两种工作模式转换时,往往会有一定的功率缺额,此时安装在微网中的储能装置就能保证系统在这两种模式下的平稳过渡,保证系统的稳定。因此,储能技术对于实现微网的安全稳定运行、提高可再生能源利用效率起着重要的作用,储能技术成为微网核心技术之一。
[0005]微电网对储能装置的要求包括:(I)保证供电质量,如电压补偿、微网切换瞬间的快速功率补偿;(2)保障供电可靠性,如在微网孤岛运行期间提供稳定电源;(3)提高新能源发电并网性能,如平抑风力、光伏出力的间歇性;(4)提高能源利用效率的能量优化管理,如在夜间存储多余的电能。现阶段微电网中可利用的储能装置主要包括铅酸蓄电池、钒电池、压缩空气储能、铁锂电池储能、飞轮储能、超导储能、超级电容储能。
发明内容
[0006]本发明的目的是:以往单一储能模式要么是功率型储能系统具有充放电时间快,但是储存能量低的缺点;要么能量型储能系统储存能量高,但是不能及时放电满足关键负载的供电。混合型储能系统综合了能量型与功率型储能的优点,实现优势互补,对微网稳态和暂态过程进行调节控制,双向逆变系统包括双向逆变器和中央控制单元,中央控制单元中的数据采集卡采集到电压、电流数据,数据运算处理集成卡进行运算逻辑判断,工业1模块控制继电器闭合和断开,调配不同类型的储能系统进行充放电,如图1工作原理图;为充分发挥两种储能设备的优势特性,主要为超级电容作为一级能量存储设备,对应于直流母线电压的瞬时波动;铁锂电池对应于长时间内发电与负荷之间的功率平衡,作为二级能量存储设备;采用滤波器分离直流母线电压,其中的高频分量用于超级电容控制,而低频分量用于铁锂电池的控制;针对直流母线电压剧烈波动时启用超级电容进行补偿,一般能量补偿采用铁锂电池进行补偿。
[0007] —种包含功率型储能和能量型储能的混合储能系统,这种储能系统包括双向逆变系统,双向DC/DC系统和混合电源,混合电源包括功率型储能系统和能量型储能系统。
[0008]双向逆变系统包括双向逆变器(PCS)和中央控制单元,中央控制单元由数据采集卡、数据运算处理集成卡、工业1模块和通讯芯片组成;数据采集卡,能够采集数据;工业1模块可以控制继电器;数据运算处理集成卡能够进行运算、判断;通讯芯片的外部通信接口为MCP2510,通讯芯片的内部通信接口为RS485接口,通讯芯片通过MCP2510通信方式连接外部电网的通讯设备,通过RS485通信方式控制双向DC/DC系统和混合电源即功率型储能系统和能量型储能系统各自的电池管理系统。
[0009]双向逆变系统采用16_2铜线与外部电网连接,内部也是采用16_2铜线与双向DC/DC连接;双向DC/DC也是通过16mm2铜线和继电器分别与功率型储能系统和能量型储能系统连接。
[0010] 双向DC/DC系统既可以把外部双向逆变器的电压较高直流电变换成电压较低直流电储存到储能系统,又可以把储能系统的低压的直流电变换成高压直流电输出到双向逆变器的电压装置,双向DC/DC系统和储能装置连接电路采用16mm2铜线连接,使用RS485通信方式受中央控制单元控制
[0011]功率型储能系统是指具有快速充放电能力的储能装置,包括管理系统(BMS)和储能电容,储能电容是由单体电容经过串联和并联连接而成;通过16mm2铜线与双向DC/DC系统连接;BMS使用RS485通信方式受中央控制单元控制,功率型储能系统为超级电容或超导储能装置,主要功能直流母线电压的瞬时波动、分离直流母线高频分量控制、电压剧烈波动进行补偿;储能系统有电池管理系统,集成数据采集卡,能够采集包括电压和温度在内的数据。
[0012]能量型储能系统是指具有大容量、使用寿命长的储能装置,包括管理系统(BMS)和储能电池,储能电池是由单体电池经过串联和并联连接而成;通过16mm2铜线与双向DC/DC系统连接;BMS使用RS485通信受中央控制单元控制,能量型储能系统为铅酸电池、铁锂电池或镍钒电池;主要功能长时间内发电与负荷之间的功率平衡、分离直流母线低频分量控制、一般能量补偿,储能系统有电池管理系统,集成数据采集卡,能够采集包括电压和温度在内的数据。
[0013]主要部件采购厂家及型号:
[0014] 双向逆变系统:江苏海航电器,型号:HHPV2000;
[0015] 双向DC/DC厂家:北京奥斯源,型号:DC3-480V ;
[0016]充电策略控制:双向逆变系统通过中央控制单元和继电器控制充电;充电时,电池管理系统(BMS)采集到单体电压或总电压超过阈值时,发出报警及信息到中央控制单元的数据采集卡,数据采集卡通知数据运算处理集成卡进行运算、判断,通知断开继电器停止充电。
[0017] 放电策略控制:双向逆变系统通过中央控制单元和继电器控制放电;放电时,BMS采集到单体电压或总电压低于阈值时,发出报警及信息到数据中央控制单元的数据采集卡,数据采集卡通知数据运算处理集成卡进行运算、判断,通知断开继电器停止放电。
[0018]混合储能系统工作过程,如图2所示,当外网电压剧烈升降引起电网非正弦波或波涌,中央控制单元的数据采集卡采集到电压、电流数据异常,数据运算处理集成卡运算立即做出判断,选择不同的储能模式进行放电,如果是瞬时的、暂态的、高频的情景,功率型储能系统就会工作放电,通过双向DC/DC变换由直流低压变换成直流高压,再通过双向逆变系统由直流变交流到外电网,调节控制外网的瞬时的、暂态的、高频的波动;如果是长时的、稳态的、低频的情景,储能型储能系统就会工作放电,通过双向DC/DC变换由直流低压变换成直流高压,再通过双向逆变系统由直流变交流到外电网,调节控制外网的长时的、稳态的、低频的波动。
[0019]当外电网工作正常时,外电网就会给混合储能系统充满电,以备不时之需。
附图说明
[0020]图1为混合储能系统工作原理图。
[0021 ]图2为混合储能系统的框图。
[0022]图3为超级电容和铁锂电池系统框图。
具体实施方式
[0023]以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
[0024] 实施案例
[0025]混合储能系统包括双向逆变系统,双向DC/DC系统、超级电容储能系统,铁锂电池储能系统。
[0026]混合储能系统工作过程,如图3所示,当外网电压剧烈升降引起电网非正弦波或波涌,双向逆变系统中的中央控制单元多功能数据采集卡可以检测到电压信号突变,数据运算处理集成卡立即做出判断,选择不同的储能模式进行放电,如果是瞬时的、暂态的、高频的情景,中央控制单元的工业1模块控制连接功率型储能系统的继电器关闭,超级电容开始工作放电;通过双向DC/DC变换由直流低压变换成直流高压,在通过双向逆变系统由直流变交流到外电网,调节控制外网的瞬时的、暂态的、高频的波动;如果是长时的、稳态的、低频的情景,中央控制单元工业1模块控制连接储能型储能系统的继电器关闭,铁锂储能系统工作放电,通过双向DC/DC变换由直流低压变换成直流高压,在通过双向逆变系统由直流变交流到外电网,调节控制外网的长时的、稳态的、低频的波动。
[0027]当外网正常工作,外网通过逆变转化成高压直流,高压直流通过DC/DC变成低压直流,先给超级电容充满电,再给铁锂储能系统充满电,当储能系统中的采集卡采集到电池电压超过额定电压的阈值时,就会告诉中央控制单元的工业1模块,模块控制继电器断开停止充电。

Claims (8)

1.一种混合型储能系统的使用方法,所述储能系统包括双向逆变系统,双向DC/DC系统和混合电源,混合电源包括功率型储能系统和能量型储能系统;双向逆变系统的外部通信接口连接外部电网的通讯设备,内部通信接口连接混合电源的电池管理系统和双向DC/DC系统;双向逆变系统采用铜线与外部电网连接,双向逆变系统内部也是采用铜线与双向DC/DC系统连接;双向DC/DC系统通过铜线和继电器与功率型储能系统连接,双向DC/DC系统通过铜线和继电器与能量型储能系统连接;其特征在于:当外部电网电压剧烈升降引起电网非正弦波,中央控制单元的数据采集卡采集到电压、电流数据异常,数据运算处理集成卡运算立即做出判断,选择不同的储能模式进行放电,如果是瞬时的、暂态的、高频的情景,工业1模块控制连接功率型储能系统的继电器闭合,功率型储能系统就会工作放电,通过双向DC/DC系统变换由直流低压变换成直流高压,再通过双向逆变系统由直流变交流到外部电网,调节控制外部电网的瞬时的、暂态的、高频的波动;如果是长时的、稳态的、低频的情景,工业1模块控制连接能量型储能系统的继电器闭合,能量型储能系统就会工作放电,通过双向DC/DC系统变换由直流低压变换成直流高压,再通过双向逆变系统由直流变交流到外部电网,调节控制外部电网的长时的、稳态的、低频的波动;当外部电网工作正常时,外部电网就会给混合储能系统充满电,以备不时之需。
2.如权利要求1所述的一种混合型储能系统的使用方法,其特征在于:所述铜线为16mm2的铜线。
3.如权利要求1所述的一种混合型储能系统的使用方法,其特征在于:双向逆变系统既可以把外部交流电变换成直流电储存到储能系统,又可以把储能系统的直流电变换成交流电输出到外部电网;双向逆变系统包括双向逆变器和中央控制单元,中央控制单元由数据采集卡、数据运算处理集成卡、工业1模块和通讯芯片组成;数据采集卡,能够采集数据;工业1模块可以控制继电器;数据运算处理集成卡能够进行运算、判断;通讯芯片的外部通信接口为MCP2510,通讯芯片的内部通信接口为RS485接口,通讯芯片通过MCP2510通信方式连接外部电网的通讯设备,通过RS485通信方式控制双向DC/DC系统和混合电源的功率型储能系统和能量型储能系统各自的电池管理系统。
4.如权利要求3所述的一种混合型储能系统的使用方法,其特征在于:双向DC/DC系统既能把外部双向逆变器的电压较高的直流电变换成电压较低的直流电储存到储能系统,又可以把储能系统的低压的直流电变换成高压直流电输出到双向逆变器的电压装置。
5.如权利要求1所述的一种混合型储能系统的使用方法,其特征在于:功率型储能系统是指具有快速充放电能力的储能装置,包括管理系统BMS和储能电容,储能电容是由单体电容经过串联和并联连接而成;通过16mm2铜线与双向DC/DC系统连接;管理系统BMS使用RS485通信方式受中央控制单元控制,功率型储能系统为超级电容或超导储能装置;功率型储能系统有电池管理系统、集成数据采集卡,集成数据采集卡能够采集包括电压和温度在内的数据。
6.如权利要求1所述的一种混合型储能系统的使用方法,其特征在于:能量型储能系统是指具有大容量、使用寿命长的储能装置,包括管理系统BMS和储能电池,储能电池是由单体电池经过串联和并联连接而成;通过16mm2铜线与双向DC/DC系统连接;管理系统BMS使用RS485通信受中央控制单元控制,能量型储能系统为铅酸电池、铁锂电池或镍钒电池;能量型储能系统有电池管理系统、集成数据采集卡,集成数据采集卡能够采集包括电压和温度在内的数据。
7.如权利要求1所述的一种混合型储能系统的使用方法,其特征在于:双向逆变系统通过中央控制单元和继电器控制充电;充电时,管理系统BMS采集到单体电容或电池电压或总电压超过阈值时,发出信息到中央控制单元的数据采集卡,数据采集卡通知数据运算处理集成卡进行运算、判断,工业1模块控制连接储能型储能系统和功率型储能系统的继电器断开停止充电。
8.如权利要求1所述的一种混合型储能系统的使用方法,其特征在于:双向逆变系统通过中央控制单元和继电器控制放电;放电时,管理系统BMS采集到单体电容或电池电压或总电压低于阈值时,发出信息到数据中央控制单元的数据采集卡,数据采集卡通知数据运算处理集成卡进行运算、判断,工业1模块控制连接储能型储能系统或功率型储能系统的继电器断开停止放电。
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