CN105006876A - 一种混合储能供电转换装置及转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合储能供电转换装置，包括至少一只二次电池及与其并联的至少一只全钒液流电池，二次电池与全钒液流电池均与一储能双向变流器的电流输入端连接，在储能双向变流器的电流输出端连接用电负载，还包括一与储能双向变流器及用电负载信号连接的用于检测用电负载用电量信号及发送驱动全钒液流电池启动信号的PCS功率控制器。还公开了一种混合储能供电转换方法，用电负载用电量超过二次电池供电效率设定值时，全钒液流电池与二次电池同时为用电负载供电，当用电负载用电量低于二次电池供电效率设定值时，二次电池独立为用电负载供电。有效解决了全钒液流电池在满负荷时效率低下的问题，提高了二次电池及全钒液流电池的使用寿命。

Description

一种混合储能供电转换装置及转换方法

技术领域

    本发明涉及供电设备技术领域，具体涉及一种混合储能供电转换装置及转换方法。

背景技术

自2009年有关环境污染问题的会议在哥本哈根召开以来,人们对燃煤和石油造成的大气污染等环境问题日益关注,并且随着全球能源资源的日益紧张。如何有效的保护自然环境,减少CO2气体的排放量,使全世界人民对能够提供更大的功率和能量的新型能源材料和储能系统的需求与日俱增。全钒氧化还原液流储能系统具有低成本、高效率、可深度放电能力、清洁和高效等独特的优势。目前,它已成为最具有应用前景的储能技术之一。

   钒电池，全称是全钒液流电池（Vanadium Redox Flow Battery，VRB），是一种活性物质呈循环流动液态的氧化还原电池。早在60年代，就有铁—铬体系的氧化还原电池问世，但是钒系的氧化还原电池是在1985年由澳大利亚新南威尔士大学的Marria Kacos提出，经过二十多年的研发，钒电池技术已经趋近成熟。在日本，用于电站调峰和风力储能的固定型（相对于电动车用而言）钒电池发展迅速，大功率的钒电池储能系统已投入实用，并全力推进其商业化进程。全钒液流电池因其功率大、.容量大、效率高、寿命长、.响应速度快及可瞬间充电等优点，被广泛的用于风力发电、光伏发电、抽水蓄能电站的电网调峰、电动汽车电源及办公大楼、剧院、医院等应急照明场所，也可用作计算机以及一些军事设备的备用电源等不间断电源和应急电源，以及海岛、偏远地区等地区建设常规电站或建设架设输电线路造价高昂时的供电系统，但同时全钒液流电池也存在一些缺点，比如造价昂贵、环保性差、体积较大、能量密度低，并且在满负荷工作情况下其供电效率低下，上述问题一直是困扰本领域技术人员的一大难题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种结构新颖、成本低廉、能够解决在满负荷工作情况下全钒液流电池供电效率低下问题，保护其他并联电池防止因过放电对电池造成的损害，提高供电效率的混合储能供电转换装置及转换方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种混合储能供电转换装置，包括至少一只二次电池及与其并联的至少一只全钒液流电池，所述二次电池与全钒液流电池均与一储能双向变流器的电流输入端连接，在储能双向变流器的电流输出端连接用电负载，还包括一与储能双向变流器及用电负载信号连接的用于检测用电负载用电量信号及发送驱动全钒液流电池启动信号的PCS功率控制器，所述PCS功率控制器检测用电负载用电量超过二次电池供电效率设定值时，发送将二次电池直流电转换为交流电的EMS指令信号给储能双向变流器，所述储能双向变流器接收转换信号后将二次电池的直流电转换为交流电并输送给全钒液流电池驱动泵运转，全钒液流电池与二次电池同时为用电负载供电，当PCS功率控制器检测用电负载用电量低于二次电池供电效率设定值时，发送停止将二次电池的直流电转变为交流电的转换信号给储能双向变流器，驱动全钒液流电池工作的泵停止工作，二次电池独立为用电负载供电。

    上述的混合储能供电转换装置，所述储能双向变流器连接有一用于分析判断负载用电效率的EMS功率预测分析单元，所述PCS功率控制器信号输入端通过EMS功率预测分析单元与用电负载信号连接，PCS功率控制器信号输出端与储能双向变流器信号连接。

上述的混合储能供电转换装置，所述二次电池设置两只，其正负极分别与全钒液流电池的正负极并联并与储能双向变流器的电流输入端连接。

上述的混合储能供电转换装置，所述二次电池设置三只，其正负极分别与全钒液流电池的正负极并联并与储能双向变流器的电流输入端连接。

上述的混合储能供电转换装置，所述二次电池为锂离子电池、铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池中的一种或几种。

上述的混合储能供电转换装置，所述储能双向变流器上设置有可与太阳能发电装置或风能发电装置相连的用于向二次电池及全钒液流电池储能的输入端口。

一种混合储能供电转换方法，包括如下步骤：

（1）、二次电池通过储能双向变流器为用电负载持续供电，EMS功率预测分析单元检测用电负载的用电量并与二次电池的电量对比分析，全钒液流电池不工作；

（2）、EMS功率预测分析单元检测用电负载的用电量超过二次电池的供电效率设定值时，EMS功率预测分析单元发送启动全钒液流电池泵工作的EMS指令信号给PCS功率控制器；

（3）、PCS功率控制器接收启动信号后，发送驱动储能双向变流器将二次电池的直流电转换为交流电的转换信号给储能双向变流器；

（4）、储能双向变流器将二次电池的直流电转变为交流电并启动全钒液流电池的泵工作，全钒液流电池持续通过储能双向变流器为用电负载供电，此时二次电池与全钒液流电池同时为用电负载供电，EMS功率预测分析单元通过用电负载反馈的用电量信号平衡二次电池与全钒液流电池之间的供电量；

（5）、当用电负载的用电量低于设定值时，EMS功率预测分析单元检测到信号后发送至PCS功率控制器，PCS功率控制器发送停止储能双向变流器将二次电池的直流电转变为交流电的信号给储能双向变流器，全钒液流电池的泵停止工作，二次电池独立为用电负载供电。

 本发明混合储能供电转换装置及转换方法的优点是：通过设置的二次电池与全钒液流电池并联的结构，以及设置的PCS功率控制器、EMS功率预测分析单元，不但最大程度上避免了了二次电池放电电流过大及过放电的问题，而且有效解决了全钒液流电池在满负荷时效率低下的问题，大大提高了二次电池及全钒液流电池的使用寿命，且通过PCS功率控制器、EMS功率预测分析单元平衡供电效率，有效保障了供电的持续性，并且设置用于外接能源发电装置的输入端口，在输出电量的同时能够储存更多的电量，在用电负载耗电量较大的时候或需要长时间供电的情况可以减少二次电池及全钒液流电池的更换及维护次数，大大降低了维护成本，保障了供电的持续性。本发明结构简单、成本低廉，实用性强，应用领域广泛，特别适合推广应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明连接能源发电装置后的结构示意图；

图3为本发明混合储能供电转换方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明；

实施例1：

如图1所示，一种混合储能供电转换装置，包括至少一只二次电池1及与其并联的至少一只全钒液流电池2，所述二次电池1可以选择锂离子电池、铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池中的一种或几种，全钒液流电池2为现有技术，根据实际负载用电量，可酌情选择合适容量规格。所述二次电池1与全钒液流电池2均与一储能双向变流器3的电流输入端4连接，电流输入端4设置正负极，二次电池1与全钒液流电池2的正负极分别并联后与电流输入端的正负极分别连接，在储能双向变流器3的电流输出端5连接用电负载6，还包括一与储能双向变流器3及用电负载6信号连接的用于检测用电负载6用电量信号及发送驱动全钒液流电池2启动信号的PCS功率控制器，所述PCS功率控制器检测用电负载6用电量超过二次电池1供电效率设定值时，发送将二次电池1直流电转换为交流电的EMS指令信号给储能双向变流器3，所述储能双向变流器3接收转换信号后将二次电池1的直流电转换为交流电并输送给全钒液流电池2驱动泵运转，全钒液流电池2与二次电池1同时为用电负载6供电，当PCS功率控制器检测用电负载6的用电量低于二次电池1供电效率设定值时，发送停止将二次电池1的直流电转变为交流电的转换信号给储能双向变流器3，驱动全钒液流电池2工作的泵停止工作，二次电池1独立为用电负载供电。 储能双向变流器3连接有一用于分析判断负载用电效率的EMS功率预测分析单元，所述PCS功率控制器信号输入端通过EMS功率预测分析单元与用电负载6信号连接，PCS功率控制器信号输出端与储能双向变流器3信号连接。

如图3所示，本发明还公开了一种混合储能供电转换方法，包括如下步骤：

以二次电池装载电量30KW，全钒液流电池装载电量70KW，用电负载用电量20-60KW计算，设定二次电池1的供电效率设定值为30KW。

（1）、当用电负载6的耗电量为20-30KW时，二次电池1通过储能双向变流器3为用电负载5持续供电，EMS功率预测分析单元检测用电负载6的用电量并与二次电池1的电量对比分析，全钒液流电池2此时不工作；

（2）、当用电负载6的耗电量为50KW时，EMS功率预测分析单元检测用电负载6的用电量超过二次电池的供电效率设定值，EMS功率预测分析单元发送启动全钒液流电池2的泵工作的EMS指令信号给PCS功率控制器；

（3）、PCS功率控制器接收启动信号后，发送驱动储能双向变流器3将二次电池1的直流电转换为交流电的转换信号给储能双向变流器3；

（4）、储能双向变流器3将二次电池1的直流电转变为交流电并启动全钒液流电池2的泵工作，全钒液流电池2持续通过储能双向变流器3为用电负载6供电，此时二次电池1与全钒液流电池2同时为用电负载6供电，EMS功率预测分析单元通过用电负载6反馈的用电量信号平衡二次电池1与全钒液流电池2之间的供电量，二次电池供电效率为20KW，全钒液流电池2的供电效率分摊30KW；

（5）、当用电负载6的用电量低于设定值为25KW时，EMS功率预测分析单元检测到信号后发送至PCS功率控制器，PCS功率控制器发送停止储能双向变流器3将二次电池1的直流电转变为交流电的信号给储能双向变流器3，全钒液流电池2的泵停止工作，二次电池1独立为用电负载6供电。

实施例2：

本实施例与实施例1相同部分不再赘述，其不同之处在于：为有效保障用电负载6满负荷时全钒液流电池2输电效率较高，二次电池1可以设置两只或三只，其正负极分别与全钒液流电池2的正负极并联并与储能双向变流器3的电流输入端4连接。

如图2所示，本发明混合储能供电转换装置，所述储能双向变流器3上设置有可与太阳能发电装置7或风能发电装置8相连的用于向二次电池1及全钒液流电池2储能的输入端口9，该结构可以实现向用电负载6供电的同时为二次电池1及全钒液流电池2储存更多的电能，在用电负载6耗电量较大的时候或需要长时间供电的情况可以减少二次电池1及全钒液流电池2的更换及维护次数，大大降低了维护成本，保障了供电的持续性。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种混合储能供电转换装置，其特征在于：包括至少一只二次电池及与其并联的至少一只全钒液流电池，所述二次电池与全钒液流电池均与一储能双向变流器的电流输入端连接，在储能双向变流器的电流输出端连接用电负载，还包括一与储能双向变流器及用电负载信号连接的用于检测用电负载用电量信号及发送驱动全钒液流电池启动信号的PCS功率控制器，所述PCS功率控制器检测用电负载用电量超过二次电池供电效率设定值时，发送将二次电池直流电转换为交流电的EMS指令信号给储能双向变流器，所述储能双向变流器接收转换信号后将二次电池的直流电转换为交流电并输送给全钒液流电池驱动泵运转，全钒液流电池与二次电池同时为用电负载供电，当PCS功率控制器检测用电负载用电量低于二次电池供电效率设定值时，发送停止将二次电池的直流电转变为交流电的转换信号给储能双向变流器，驱动全钒液流电池工作的泵停止工作，二次电池独立为用电负载供电。

2.根据权利要求1所述的混合储能供电转换装置，其特征是：所述储能双向变流器连接有一用于分析判断负载用电效率的EMS功率预测分析单元，所述PCS功率控制器信号输入端通过EMS功率预测分析单元与用电负载信号连接，PCS功率控制器信号输出端与储能双向变流器信号连接。

3.根据权利要求1所述的混合储能供电转换装置，其特征是：所述二次电池设置两只，其正负极分别与全钒液流电池的正负极并联并与储能双向变流器的电流输入端连接。

4.根据权利要求1所述的混合储能供电转换装置，其特征是：所述二次电池设置三只，其正负极分别与全钒液流电池的正负极并联并与储能双向变流器的电流输入端连接。

5.根据权利要求1、2或3所述的混合储能供电转换装置，其特征是：所述二次电池为锂离子电池、铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池中的一种或几种。

6.根据权利要求4所述的混合储能供电转换装置，其特征是：所述储能双向变流器上设置有可与太阳能发电装置或风能发电装置相连的用于向二次电池及全钒液流电池储能的输入端口。

7.一种利用如权利要求1-6所述的混合储能供电转换装置的混合储能供电转换方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）、二次电池通过储能双向变流器为用电负载持续供电，EMS功率预测分析单元检测用电负载的用电量并与二次电池的电量对比分析，全钒液流电池不工作；

（2）、EMS功率预测分析单元检测用电负载的用电量超过二次电池的供电效率设定值时，EMS功率预测分析单元发送启动全钒液流电池泵工作的EMS指令信号给PCS功率控制器；

（3）、PCS功率控制器接收启动信号后，发送驱动储能双向变流器将二次电池的直流电转换为交流电的转换信号给储能双向变流器；

（4）、储能双向变流器将二次电池的直流电转变为交流电并启动全钒液流电池的泵工作，全钒液流电池持续通过储能双向变流器为用电负载供电，此时二次电池与全钒液流电池同时为用电负载供电，EMS功率预测分析单元通过用电负载反馈的用电量信号平衡二次电池与全钒液流电池之间的供电量；

（5）、当用电负载的用电量低于设定值时，EMS功率预测分析单元检测到信号后发送至PCS功率控制器，PCS功率控制器发送停止储能双向变流器将二次电池的直流电转变为交流电的信号给储能双向变流器，全钒液流电池的泵停止工作，二次电池独立为用电负载供电。