CN106936149A - 链式储能设备和储能电站 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种链式储能设备以及储能电站。其中，链式储能设备包括三相线路，三相线路通过电抗器并联在电网上。其中，每一相线路包括多个串联的链节；每一链节包括储能单元、DC/DC单元和H桥变流器。其中，储能单元在交流输出侧串联，匹配电网电压后串联电抗器接入电网，并且包括：电池、DC/DC双向逆变器和DC/AC逆变模组。其中，DC/DC双向逆变器与电池直接连接。DC/AC逆变模组与DC/DC双向逆变器相连。DC/DC单元用于将储能单元输出的电压控制在恒定值，并将恒定值输入H桥变流器。通过上述技术方案，本发明解决了三相电流和电压不平衡、由非线性负荷引起的谐波、电压波动和闪变以及区域间阻尼震荡的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及电能技术领域，尤其是涉及一种链式储能设备以及储能电站。
背景技术
目前，储能技术研究及产业发展十分迅速，国家储能电站项目建设加速。当前，储能设备多采用电池储能技术，并采用蓄电池的梯次利用技术，使得蓄电池的利用率更高，投资回报率更高。
同时，在配电网中，存在很多非线性负载、冲击性负荷，这些非线性、冲击性负荷在运行过程中产生大量的无功和谐波，甚至与电网产生谐振，进一步引起电压波动、大电网谐振等各种电能质量问题。供电公司为了管控，根据该类问题制定了相应的国家标准，传统的方法会在设备末端或配电侧增加专用的补偿电容器、有源补偿设备等。然而，传统的方法仍然存在以下问题：(1)由三相负载不平衡所引起三相电流和电压不平衡；(2)由负荷引起的无功功率；(3)由非线性负荷引起的谐波；(4)由冲击性负荷及线路大阻抗引起的电压波动、闪变；(5)输电线路中存在的区域间阻尼震荡。
发明内容
为了解决现有技术中的有关技术问题，本发明提供一种链式储能设备以及储能电站。
为了实现上述目的，一方面，提供以下技术方案：
一种链式储能设备，其应用于电网；该设备包括三相线路，三相线路通过电抗器并联在电网上，或者通过隔离变压器串联在电网上；其中，每一相线路包括多个串联的链节和电能质量优化模块；电能质量优化模块用于平衡负荷产生的无功功率和谐波以及电网电压波动。
优选地，链节包括储能单元、DC/DC单元和H桥变流器；其中，DC/DC单元用于将储能单元输出的电压控制在恒定值，并将恒定值输入H桥变流器。
优选地，储能单元在交流输出侧串联，匹配电网电压后串联电抗器接入电网，并且包括：
电池；
DC/DC双向逆变器，与电池直接连接；
DC/AC逆变模组，与DC/DC双向逆变器相连。
优选地，电能质量优化模块包括：
电压传感器，用于检测电网电压的相位和电压峰值，并根据电网电压波动进行电压支撑和电压抑制；
电流传感器，用于根据电压的相位和峰值，计算无功功率和反谐波，平衡负荷产生的无功功率和谐波。
优选地，上述设备还包括第一检测模块；其中，第一检测模块用于通过电流传感器检测负荷侧是否有无功功率，并在检测到有无功功率时发出反向无功功率进行抵消。
优选地，上述设备还包括第二检测模块；其中，第二检测模块用于通过电流传感器检测负荷侧是否有谐波含量，并在检测到谐波含量时发出反向谐波进行抵消。
优选地，上述设备还包括第三检测模块；电网包括开关，开关分别与三相线路相连；其中，第三检测模块用于通过电压传感器检测开关的测量电压是否分别低于额定电压和第一电压限值且高于第二电压限值，若是，则根据电网阻抗计算补偿无功值进行电压支撑。
优选地，上述设备还包括第四检测模块；电网包括开关，开关分别与三相线路相连；其中，第四检测模块用于通过电压传感器检测开关的测量电压是否分别高于额定电压和第三电压限值且低于第四电压限值，若是，则根据电网阻抗计算补偿感性无功值进行电压抑制。
优选地，上述设备还包括评估模块，评估模块用于采集电网的电压信号，评估电网的低频波动，并利用线路阻抗和设备的无功功率发出反向阻尼波动进行抑制。
优选地，上述设备还包括第五检测模块；电网包括开关，开关分别与三相线路相连；其中，第五检测模块用于通过电压传感器检测开关的测量电压是否低于第五电压限值，若是，则断开开关，同步跟踪电网侧电压的相位及频率，并发出额定电压，为负荷供电。
优选地，上述设备还包括第六检测模块；电网包括开关，开关分别与三相线路相连；其中，第六检测模块用于通过电压传感器检测开关的测量电压是否低于第五电压限值，若是，则断开开关，同步跟踪电网侧电压的相位及频率，并发出额定电压，为负荷供电。
优选地，上述设备还包括第七检测模块；第七检测模块用于通过电压传感器检测开关的测量电压是否低于第五电压限值，若是，则断开开关，同步跟踪电网侧电压的相位及频率，并发出额定电压，为负荷供电。
优选地，上述设备还包括切换模块，用于在待机模式、电能优化模式和能量供给模式之间进行切换；其中，在待机模式中，电网给负荷供电；电能优化模式为电能质量优化模块工作的模式；在能量供给模式中，链式储能设备为负荷供电。
优选地，切换模块还用于使链式储能设备同时处于电能优化模式和能量供给模式，并还用于使链式储能设备从电能优化模式切换至待机模式。
优选地，上述设备还包括切换模块，切换模块用于在待机模式、电能优化模式和能量供给模式之间进行切换，还用于分别使得：第一检测模块发出反向无功功率，第二检测模块发出反向谐波，第三检测模块进行电压支撑，第四检测模块进行电压抑制，评估模块发出反向阻尼波动，第五检测模块发出额定电压并为负荷供电；其中，在待机模式中，电网给负荷供电；电能优化模式为电能质量优化模块工作的模式；在能量供给模式中，链式储能设备为负荷供电。
优选地，上述设备还包括切换模块，切换模块用于在待机模式、电能优化模式和能量供给模式之间进行切换，以及用于使得第六检测模块发出额定电压并为负荷供电；其中，在待机模式中，电网给负荷供电；电能优化模式为电能质量优化模块工作的模式；在能量供给模式中，链式储能设备为负荷供电。
优选地，上述设备还包括切换模块，切换模块用于在待机模式、电能优化模式和能量供给模式之间进行切换，以及用于使得第七检测模块发出额定电压并为负荷供电；其中，在待机模式中，电网给负荷供电；电能优化模式为电能质量优化模块工作的模式；在能量供给模式中，链式储能设备为负荷供电。
优选地，三相线路为星型或三角型连接形式。
优选地，当三相线路通过隔离变压器串联在电网上时，根据电网侧当前电压与电网额定电压的偏差，将负荷侧的电压维持在电网额定电压。
为了实现上述目的，另一方面，还提供了以下技术方案：
一种储能电站，包括上述链式储能设备。
本发明提供一种链式储能设备以及储能电站，其应用于电网。其中，链式储能设备包括三相线路，三相线路通过电抗器并联在电网上或者通过隔离变压器串联在所述电网上。其中，每一相线路包括多个串联的链节和电能质量优化模块；其中，链节包括储能单元、DC/DC单元和H桥变流器；其中，DC/DC单元用于将储能单元输出的电压控制在恒定值，并将恒定值输入H桥变流器；电能质量优化模块用于平衡负荷产生的无功功率和谐波以及电网电压波动。本发明通过将储能单元与DC/DC单元和H桥变流器集成在一起，同时考虑了动力应用与储能，从而可以解决以下技术问题：(1)由三相负载不平衡所引起三相电流和电压不平衡；(2)由负荷引起的无功功率；(3)由非线性负荷引起的谐波；(4)由冲击性负荷及线路大阻抗引起的电压波动、闪变；(5)输电线路中存在的区域间阻尼震荡；当从动力应用到储能时，可以直接针对储能单元，重新标定相关控制与保护参数即可，并且通过将储能设备与电能治理设备合二为一，从而节省了安装空间和成本。
方案1、一种链式储能设备，其应用于电网；其特征在于，所述设备包括三相线路，所述三相线路通过电抗器并联在所述电网上，或者通过隔离变压器串联在所述电网上；其中，每一相线路包括多个串联的链节和电能质量优化模块；所述电能质量优化模块用于平衡负荷产生的无功功率和谐波以及电网电压波动。
方案2、根据方案1所述的链式储能设备，其特征在于，所述链节包括储能单元、DC/DC单元和H桥变流器；其中，所述DC/DC单元用于将所述储能单元输出的电压控制在恒定值，并将所述恒定值输入所述H桥变流器。
方案3、根据方案2所述的链式储能设备，其特征在于，所述储能单元在交流输出侧串联，匹配电网电压后串联所述电抗器接入所述电网，并且包括：
电池；
DC/DC双向逆变器，与所述电池直接连接；
DC/AC逆变模组，与所述DC/DC双向逆变器相连。
方案4、根据方案1所述的链式储能设备，其特征在于，所述电能质量优化模块包括：
电压传感器，用于检测电网电压的相位和电压峰值，并根据所述电网电压波动进行电压支撑和电压抑制；
电流传感器，用于根据电压的相位和峰值，计算无功功率和反谐波，平衡所述负荷产生的所述无功功率和所述谐波。
方案5、根据方案4所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括第一检测模块；其中，所述第一检测模块用于通过所述电流传感器检测负荷侧是否有无功功率，并在检测到有所述无功功率时发出反向无功功率进行抵消。
方案6、根据方案4所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括第二检测模块；其中，所述第二检测模块用于通过所述电流传感器检测负荷侧是否有谐波含量，并在检测到所述谐波含量时发出反向谐波进行抵消。
方案7、根据方案4所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括第三检测模块；所述电网包括开关，所述开关分别与所述三相线路相连；其中，所述第三检测模块用于通过所述电压传感器检测所述开关的测量电压是否分别低于额定电压和第一电压限值且高于第二电压限值，若是，则根据电网阻抗计算补偿无功值进行电压支撑。
方案8、根据方案4所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括第四检测模块；所述电网包括开关，所述开关分别与所述三相线路相连；其中，所述第四检测模块用于通过所述电压传感器检测所述开关的测量电压是否分别高于所述额定电压和第三电压限值且低于第四电压限值，若是，则根据所述电网阻抗计算补偿感性无功值进行电压抑制。
方案9、根据方案5所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括评估模块，所述评估模块用于采集所述电网的电压信号，评估所述电网的低频波动，并利用线路阻抗和所述设备的无功功率发出反向阻尼波动进行抑制。
方案10、根据方案4所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括第五检测模块；所述电网包括开关，所述开关分别与所述三相线路相连；其中，所述第五检测模块用于通过所述电压传感器检测所述开关的测量电压是否低于第五电压限值，若是，则断开所述开关，同步跟踪电网侧电压的相位及频率，并发出额定电压，为所述负荷供电。
方案11、根据方案5、6或9所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括第六检测模块；所述电网包括开关，所述开关分别与所述三相线路相连；其中，所述第六检测模块用于通过所述电压传感器检测所述开关的测量电压是否低于第五电压限值，若是，则断开所述开关，同步跟踪电网侧电压的相位及频率，并发出额定电压，为所述负荷供电。
方案12、根据方案7或8所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括第七检测模块；所述第七检测模块用于通过所述电压传感器检测所述开关的测量电压是否低于第五电压限值，若是，则断开所述开关，同步跟踪电网侧电压的相位及频率，并发出额定电压，为所述负荷供电。
方案13、根据方案10所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括切换模块，用于在待机模式、电能优化模式和能量供给模式之间进行切换；其中，在所述待机模式中，所述电网给所述负荷供电；所述电能优化模式为所述电能质量优化模块工作的模式；在所述能量供给模式中，所述链式储能设备为所述负荷供电。
方案14、根据方案13所述的链式储能设备，其特征在于，所述切换模块还用于使所述链式储能设备同时处于所述电能优化模式和所述能量供给模式，并还用于使所述链式储能设备从所述电能优化模式切换至所述待机模式。
方案15、根据方案5、6、7、8、9或10所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括切换模块，所述切换模块用于在待机模式、电能优化模式和能量供给模式之间进行切换，还用于分别使得：所述第一检测模块发出反向无功功率，所述第二检测模块发出反向谐波，所述第三检测模块进行电压支撑，所述第四检测模块进行电压抑制，所述评估模块发出反向阻尼波动，所述第五检测模块发出额定电压并为所述负荷供电；其中，在所述待机模式中，所述电网给所述负荷供电；所述电能优化模式为所述电能质量优化模块工作的模式；在所述能量供给模式中，所述链式储能设备为所述负荷供电。
方案16、根据方案11所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括切换模块，所述切换模块用于在待机模式、电能优化模式和能量供给模式之间进行切换，以及用于使得所述第六检测模块发出额定电压并为所述负荷供电；其中，在所述待机模式中，所述电网给所述负荷供电；所述电能优化模式为所述电能质量优化模块工作的模式；在所述能量供给模式中，所述链式储能设备为所述负荷供电。
方案17、根据方案12所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括切换模块，所述切换模块用于在待机模式、电能优化模式和能量供给模式之间进行切换，以及用于使得所述第七检测模块发出额定电压并为所述负荷供电；其中，在所述待机模式中，所述电网给所述负荷供电；所述电能优化模式为所述电能质量优化模块工作的模式；在所述能量供给模式中，所述链式储能设备为所述负荷供电。
方案18、根据方案1所述的链式储能设备，其特征在于，所述三相线路为星型或三角型连接形式。
方案19、根据方案14所述的链式储能设备，其特征在于，当所述三相线路通过隔离变压器串联在所述电网上时，根据电网侧当前电压与电网额定电压的偏差，将负荷侧的电压维持在所述电网额定电压。
方案20、一种储能电站，其特征在于，包括方案1-19中任一所述的链式储能设备。
附图说明
图1为根据本发明实施例的链式储能设备的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的链式储能设备为星型拓扑结构且三相线路通过电抗器并联在电网上的结构示意图；
图3为根据本发明实施例的链式储能设备为星型拓扑结构且三相线路通过隔离变压器串联在电网上的结构示意；
图4为根据本发明实施例的链式储能设备为三角型拓扑结构且三相线路通过电抗器并联在电网上的结构示意图；
图5为根据本发明实施例的链式储能设备为三角型拓扑结构且三相线路通过隔离变压器串联在电网上的结构示意；
图6为根据本发明实施例的链节的结构示意图；
图7为根据本发明实施例的储能单元的结构示意图；
图8为根据本发明实施例的链节拓扑结构示意图；
图9为根据本发明实施例的储能电站的结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明实施例提供一种链式储能设备，其应用于电网。该链式储能设备100包括三相线路，三相线路通过电抗器并联在电网上，或者通过隔离变压器串联在电网上；其中，每一相线路包括多个串联的链节(101,102,103,104,105,106)和电能质量优化模块107；电能质量优化模块用于平衡负荷产生的无功功率和谐波以及电网电压波动。
本实施例中，三相线路的连接形式可以是星型连接形式也可以是三角型连接形式。图2示例性地示出了链式储能设备为星型拓扑结构且三相线路通过电抗器并联在电网上的结构示意图；图3示例性地示出了链式储能设备为星型拓扑结构且三相线路通过隔离变压器串联在电网上的结构示意；图4示例性地示出了链式储能设备为三角型拓扑结构且三相线路通过电抗器并联在电网上的结构示意图；图5示例性地示出了链式储能设备为三角型拓扑结构且三相线路通过隔离变压器串联在电网上的结构示意。
根据接入电压等级设备的情况，每相线路可以有N个链节，其中N取正整数。上述实施例中的附图标记不应视为对本发明保护范围的不当限定。
本发明实施例通过采取上述技术方案将储能单元与DC/DC单元和H桥变流器集成在一起，同时考虑了动力应用与储能；解决了以下技术问题：(1)由三相负载不平衡所引起三相电流和电压不平衡；(2)由负荷引起的无功功率；(3)由非线性负荷引起的谐波；(4)由冲击性负荷及线路大阻抗引起的电压波动、闪变；(5)输电线路中存在的区域间阻尼震荡；当从动力应用到储能时，可以直接针对储能单元，重新标定相关控制与保护参数即可，并且通过将储能设备与电能治理设备合二为一，从而节省了安装空间和成本。
在一些实施例中，在上述实施例的基础上，如图6所示，该链节60包括储能单元61、DC/DC单元62和H桥变流器63；其中，DC/DC单元62用于将储能单元61输出的电压控制在恒定值，并将恒定值输入H桥变流器63。其中，对于DC/DC单元的具体结构，本领域技术人员可以参见以下文献中的实施方式：《高电压宽范围输入低电压输出的DC-DC辅助电源设计》，胡亮灯等，电工技术学报，第30卷，第3期，2015年。对于H桥变流器的具体结构，本领域技术人员可以参考以下文献中的设计构思：《基于H桥级联变流器的功率单元设计》，刘景芳等，电源学报，第4期，2011年；《级联H桥型变流器的调制方法建模与优化策略》，高志刚等，电力自动化设备，第30卷，第10期，2010年；《基于DSP和FPGA的七电平级联H桥型变流器的控制研究》，王刚等，硕士论文，2006年。
在一些实施例中，如图7所示，上述储能单元70包括电池71、DC/DC双向逆变器72和DC/AC逆变模组73。其中，DC/DC双向逆变器72与电池71直接连接。DC/AC逆变模组73与DC/DC双向逆变器72相连。储能单元在交流输出侧串联，匹配电网电压后串联电抗器接入电网。
上述储能单元可以是储能电池组。在储能单元中，电池为DC/DC单元提供直流电压，DC/DC单元将该直流电压进行变换，然后输入至H桥变流器。
在一些实施例中，电能质量优化模块包括电压传感器和电流传感器。其中，电压传感器用于检测电网电压的相位和电压峰值，并根据电网电压波动进行电压支撑和电压抑制。电流传感器用于根据电压的相位和峰值，计算无功功率和反谐波，平衡负荷产生的无功功率和谐波。
在一个优选的实施例中，上述链式储能设备还包括第一检测模块。其中，第一检测模块用于通过电流传感器检测负荷侧是否有无功功率，并在检测到有无功功率时发出反向无功功率进行抵消。
本实施例中，链式储能设备在检测到负荷侧的无功功率时，发出反向无功功率以抵消该无功功率。在实际应用中，本实施例可以实施为链式储能设备的电能优化工作模式。
在一个优选的实施例中，上述链式储能设备还包括第二检测模块。其中，该第二检测模块用于通过电流传感器检测负荷侧是否有谐波含量，并在检测到谐波含量时发出反向谐波进行抵消。
本实施例中，链式储能设备通过产生反向谐波来抵消负荷侧的谐波含量。示例性地，可以通过电流传感器对补偿对象的电流进行检测，得到补偿电流，从而使补偿电流与负荷侧的谐波电流相抵消。例如，本领域技术人员可以参考《有源电力滤波器的非线性控制策略研究》，杨覆岳，硕士学位论文，2011年。在实际应用中，本实施例可以实施为链式储能设备的电能优化工作模式。
在一个优选的实施例中，上述链式储能设备还包括第三检测模块；电网包括开关，开关分别与三相线路相连。其中，第三检测模块用于通过电压传感器检测开关的测量电压是否分别低于额定电压和第一电压限值且高于第二电压限值，若是，则根据电网阻抗计算补偿无功值进行电压支撑。
其中，额定电压由电网设计的原理和条件决定。第一电压限值和第二电压限值可以根据电网特性进行设置。
上述实施例中，当第三检测模块检测到开关两端的测量电压低于额定电压和第一电压限值且高于第二电压限值时，补偿无功，进行电压支撑。本领域技术人员可以根据电能质量中电压补偿的标准方法来由电网阻抗计算得到补偿无功值，以进行电压支撑，也可以参考以下文献进行实施：《10kV馈线无功补偿选点的负荷功率阻抗矩方法》，颜伟，电力系统及其自动化学报，第17卷，第5期，2005；《配电网无功与谐波综合补偿原理及方法的研究》，潘发君，学位论文，2007；《地区电网感性无功补偿优化配置方法》，张勇军等，电网技术，第11期，2011年；《地区电网感性无功补偿优化配置研究》，刘瀚林，学位论文，2012年。在实际应用中，本实施例可以实施为链式储能设备的电能优化工作模式。
在一个优选的实施例中，上述链式储能设备还包括第四检测模块；电网包括开关，开关分别与三相线路相连。其中，第四检测模块用于通过电压传感器检测开关的测量电压是否分别高于额定电压和第三电压限值且低于第四电压限值，若是，则根据电网阻抗计算补偿感性无功值进行电压抑制。本领域技术人员可以利用电能质量中电压补偿的标准方法由电网阻抗计算补偿感性无功值进行电压抑制，也可以参考以下文献进行实施：《10kV馈线无功补偿选点的负荷功率阻抗矩方法》，颜伟，电力系统及其自动化学报，第17卷，第5期，2005；《配电网无功与谐波综合补偿原理及方法的研究》，潘发君，学位论文，2007；《地区电网感性无功补偿优化配置方法》，张勇军等，电网技术，第11期，2011年；《地区电网感性无功补偿优化配置研究》，刘瀚林，学位论文，2012年。
其中，第三电压限值和第四电压限值可以根据电网特性进行设置。
本实施例中，当第四检测模块检测到开关两端的测量电压高于额定电压和第三电压限值且低于第四电压限值时，则进行感性无功补偿，进行电压抑制。本领域技术人员可以利用电能质量中电压补偿的标准方法由电网阻抗计算补偿感性无功值进行电压抑制。在实际应用中，本实施例可以实施为链式储能设备的电能优化工作模式。
在一个优选的实施例中，上述链式储能设备还包括评估模块，评估模块用于采集电网的电压信号，评估电网的低频波动，并利用线路阻抗和设备的无功功率发出反向阻尼波动进行抑制。
本实施例中，链式储能设备对采集到的电网电压信号进行分析，评估电网的低频波动情况，并利用线路阻抗和链式储能设备的无功功率，产生反向阻尼波动，进行波动抑制。示例性地，本领域技术人员可以参考电力系统中针对区域电网震荡频率在0.1～5Hz之间的震荡所采用的标准阻尼控制算法来产生反向阻尼波动，进行波动抑制。在实际应用中，本实施例可以实施为链式储能设备的电能优化工作模式。
在一个优选的实施例中，上述链式储能设备还包括第五检测模块；电网包括开关，开关分别与三相线路相连；其中，第五检测模块用于通过电压传感器检测开关的测量电压是否低于第五电压限值，若是，则断开开关，同步跟踪电网侧电压的相位及频率，并发出额定电压，为负荷供电。
本实施例中，当第五检测模块通过电压传感器检测开关的测量电压低于第五电压限值时，断开开关，同步跟踪电网侧电压的相位及频率，并产生额定电压，来为负荷供电。在实际应用中，本实施例可以实施为能量供给工作模式。其中，第五电压限值可以根据电网特性进行设置。
在一个优选的实施例中，上述链式储能设备还包括第六检测模块；电网包括开关，开关分别与三相线路相连。其中，第六检测模块用于通过电压传感器检测开关的测量电压是否低于第五电压限值，若是，则断开开关，同步跟踪电网侧电压的相位及频率，并发出额定电压，为负荷供电。
其中，当第六检测模块通过电压传感器检测开关的测量电压低于第五电压限值时，则断开开关，同步跟踪电网侧电压的相位及频率，并产生额定电压，为负荷供电。这里，第五电压限值可以根据电网特性进行设置。
本实施例可以与包括第一检测模块的链式储能设备实施例、包括第二检测模块的链式储能设备实施例以及包括评估模块的链式储能设备实施例同时实施。这在实际应用中可以表现为能量供给工作模式与电能优化工作模式共存的情况。
在一个优选的实施例中，上述链式储能设备还包括第七检测模块；第七检测模块用于通过电压传感器检测开关的测量电压是否低于第五电压限值，若是，则断开开关，同步跟踪电网侧电压的相位及频率，并发出额定电压，为负荷供电。
本实施例可以与包括第三检测模块的链式储能设备实施例和包括第四检测模块的链式储能设备实施例同时实施。这在实际应用中可以表现为能量供给工作模式与电能优化工作模式共存的情况。
在一个优选的实施例中，在包括第五检测模块的链式储能设备实施例的基础上，上述链式储能设备还包括切换模块。其中，切换模块用于在待机模式、电能优化模式和能量供给模式之间进行切换；其中，在待机模式中，电网给负荷供电；电能优化模式为电能质量优化模块工作的模式；在能量供给模式中，链式储能设备为负荷供电。
在上述待机模式、电能优化模式和能量供给模式三种工作模式中均可以采用星型结构或三角型结构，也均可以采用串联拓扑结构或并联拓扑结构。
本实施例通过采用切换模块，实现了由电能优化工作模式向待机工作模式的转换。
在上述实施例的基础上，本发明链式储能设备实施例中的切换模块还用于使链式储能设备同时处于电能优化模式和能量供给模式，并还用于使链式储能设备从电能优化模式切换至待机模式。
在一个优选的实施例中，在包括第一检测模块的链式储能设备实施例、包括第二检测模块的链式储能设备实施例、包括第三检测模块的链式储能设备实施例、包括第四检测模块的链式储能设备实施例、包括评估模块的链式储能设备实施例的基础上，链式储能设备还包括切换模块，切换模块用于在待机模式、电能优化模式和能量供给模式之间进行切换，还用于分别使得：第一检测模块发出反向无功功率，第二检测模块发出反向谐波，第三检测模块进行电压支撑，第四检测模块进行电压抑制，评估模块发出反向阻尼波动，第五检测模块发出额定电压并为负荷供电；其中，在待机模式中，电网给负荷供电；电能优化模式为电能质量优化模块工作的模式；在能量供给模式中，链式储能设备为负荷供电。
本实施例通过采用切换模块，实现了链式储能设备在待机模式、电能优化模式和能量供给模式三种工作模式之间的相互切换。该链式储能设备可以利用第一检测模块通过电流传感器检测负荷侧是否有无功功率，并发出反向无功功率来抵消负荷侧的无功功率，可以利用第二检测模块通过电流传感器来检测负荷侧的谐波含量，并发出反向谐波抵消负荷侧的谐波，可以利用第三检测模块通过电压传感器检测电网电压值是否低于额定电压和第一电压限值并大于第二电压限值，若是，则根据电网阻抗计算补偿无功值进行电压支撑，可以利用四检测模块，通过电压传感器检测电网电压值是否高于额定电压且高于第三电压限值并低于第四电压限值，若是，则根据电网阻抗计算补偿感性无功值进行电压抑制，可以利用评估模块对采集到的电网电压信号进行分析，评估电网的低频波动情况，并利用线路阻抗及链式储能设备的无功功率发出反向阻尼波动进行抑制，可以利用第五检测模块检测电网侧电压是否低于电压阈值(在实际应用中，该电压阈值可以小于第一电压限值)，若是，则分断电网侧的开关，同步跟踪电网侧的电压、相位及频率，发出额定电压，以为负荷供电。
在一个优选的实施例中，在包括第六检测模块的链式储能设备实施例的基础上，本实施例还可以包括切换模块，该切换模块用于在待机模式、电能优化模式和能量供给模式之间进行切换，以及用于使得第六检测模块发出额定电压并为负荷供电；其中，在待机模式中，电网给负荷供电；电能优化模式为电能质量优化模块工作的模式；在能量供给模式中，链式储能设备为负荷供电。
本实施例通过采用切换模块，实现了由能量供给工作模式向待机工作模式的转换。本实施例的其他相关说明可以参考其他实施例，在此不再赘述。
在一个优选的实施例中，在包括第七检测模块的链式储能设备实施例的基础上，本实施例还可以包括切换模块，该切换模块用于在待机模式、电能优化模式和能量供给模式之间进行切换，以及用于使得第七检测模块发出额定电压并为负荷供电；其中，在待机模式中，电网给负荷供电；电能优化模式为电能质量优化模块工作的模式；在能量供给模式中，链式储能设备为负荷供电。
本实施例通过采用切换模块，实现了由能量供给工作模式向待机工作模式的转换。本实施例的其他相关说明可以参考其他实施例，在此不再赘述。
在一个优选的实施例中，在链式储能设备的三相线路通过隔离变压器串联在电网上时，根据电网侧当前电压与电网额定电压的偏差ΔV，将负荷侧的电压维持在电网额定电压。
举例来说，以星型或三角型拓扑结构的链式储能设备为例，在三相线路通过隔离变压器串联在所述电网上的情况下，链式储能设备通过电压互感器检测到电网侧当前电压值V1，V1与电网额定电压Vn的偏差为ΔV＝V1-Vn，则链式储能设备发出ΔV的电压，以保证负荷侧的电压维持在电网额定电压，从而实现了电压抑制。
下面结合图2-5和8以一优选实施例来详细说明本发明。
图2、3、4、5示例性地示出了链式储能设备连接到电网上的示意图。这里，以链式储能设备为星型拓扑结构且三相线路通过电抗器并联在电网上为例进行说明。如图2所示，本优选实施例假设链节(A1,A2,…An-1,An,B1,B2,…Bn-1,Bn,C1,C2,…Cn-1,Cn)的数量为3n，储能单元个数为3n个，每个链节包括储能单元、DC/DC单元与H桥变流器。其中，H桥变流器作为逆变单元。储能单元包括电池、与电池直接连接的DC/DC双向逆变器和与DC/DC双向逆变器相连的DC/AC逆变模组。3n个储能单元在交流输出侧串联，并匹配电网电压后串联电抗器L直接接入电网。
图8示例性地示出了链节拓扑结构示意图。如图8所示，链式储能设备的工作原理为：蓄电池提供直流电压DCB+/DCB-给DC/DC模块作为输入，DC/DC模块将该电压变换为DC+/DC-输入H桥变流器。DC/DC环节的主要目的是为了提高蓄电池的利用率，将DC+/DC-的直流电压控制在一个恒定值。T1、T2、T3和T4是4个IGBT(绝缘栅门极晶体管)，将DC+/DC-侧的直流电逆变成脉冲交流从AC1和AC2输出。
本发明实施例通过采用上述技术方案，将储能单元与DC/DC单元和H桥变流器集成在一起，同时考虑了动力应用与储能；解决了以下技术问题：(1)由三相负载不平衡所引起三相电流和电压不平衡；(2)由负荷引起的无功功率；(3)由非线性负荷引起的谐波；(4)由冲击性负荷及线路大阻抗引起的电压波动、闪变；(5)输电线路中存在的区域间阻尼震荡；当从动力应用到储能时，可以直接针对储能单元，重新标定相关控制与保护参数即可，并且通过将储能设备与电能治理设备合二为一，从而节省了安装空间和成本；而且还可以实现待机工作模式、电能优化工作模式与能量供给工作模式，这与现有技术相比(常规的传能工作模式，即能量供给模式)，本发明实施例可单独运行于能量供给(工作)模式，也可同时运行于电能优化工作模式与能量供给工作模式的组合模式。链式储能设备实施例可以为电动汽车、电动自行车等进行充电。
此外，本发明实施例还提供一种储能电站。如图9所示，该储能电站实施例与上述链式储能设备实施例属于一个总的发明构思。该储能电站90包括上述各个链式储能设备实施例91。
需要说明的是，文中术语“第一”、“第二”等不应视为对本发明的不当限定。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，上述各实施例相同的部分可以相互参见，出于简要的目的，不再赘述，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种链式储能设备，其应用于电网；其特征在于，所述设备包括三相线路，所述三相线路通过电抗器并联在所述电网上，或者通过隔离变压器串联在所述电网上；其中，每一相线路包括多个串联的链节和电能质量优化模块；所述电能质量优化模块用于平衡负荷产生的无功功率和谐波以及电网电压波动。
2.根据权利要求1所述的链式储能设备，其特征在于，所述链节包括储能单元、DC/DC单元和H桥变流器；其中，所述DC/DC单元用于将所述储能单元输出的电压控制在恒定值，并将所述恒定值输入所述H桥变流器。
3.根据权利要求2所述的链式储能设备，其特征在于，所述储能单元在交流输出侧串联，匹配电网电压后串联所述电抗器接入所述电网，并且包括：
电池；
DC/DC双向逆变器，与所述电池直接连接；
DC/AC逆变模组，与所述DC/DC双向逆变器相连。
4.根据权利要求1所述的链式储能设备，其特征在于，所述电能质量优化模块包括：
电压传感器，用于检测电网电压的相位和电压峰值，并根据所述电网电压波动进行电压支撑和电压抑制；
电流传感器，用于根据电压的相位和峰值，计算无功功率和反谐波，平衡所述负荷产生的所述无功功率和所述谐波。
5.根据权利要求4所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括第一检测模块；其中，所述第一检测模块用于通过所述电流传感器检测负荷侧是否有无功功率，并在检测到有所述无功功率时发出反向无功功率进行抵消。
6.根据权利要求4所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括第二检测模块；其中，所述第二检测模块用于通过所述电流传感器检测负荷侧是否有谐波含量，并在检测到所述谐波含量时发出反向谐波进行抵消。
7.根据权利要求4所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括第三检测模块；所述电网包括开关，所述开关分别与所述三相线路相连；其中，所述第三检测模块用于通过所述电压传感器检测所述开关的测量电压是否分别低于额定电压和第一电压限值且高于第二电压限值，若是，则根据电网阻抗计算补偿无功值进行电压支撑。
8.根据权利要求4所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括第四检测模块；所述电网包括开关，所述开关分别与所述三相线路相连；其中，所述第四检测模块用于通过所述电压传感器检测所述开关的测量电压是否分别高于所述额定电压和第三电压限值且低于第四电压限值，若是，则根据所述电网阻抗计算补偿感性无功值进行电压抑制。
9.根据权利要求5所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括评估模块，所述评估模块用于采集所述电网的电压信号，评估所述电网的低频波动，并利用线路阻抗和所述设备的无功功率发出反向阻尼波动进行抑制。
10.根据权利要求4所述的链式储能设备，其特征在于，所述设备还包括第五检测模块；所述电网包括开关，所述开关分别与所述三相线路相连；其中，所述第五检测模块用于通过所述电压传感器检测所述开关的测量电压是否低于第五电压限值，若是，则断开所述开关，同步跟踪电网侧电压的相位及频率，并发出额定电压，为所述负荷供电。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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